锅炉补给水处理中的节水措施分析

锅炉补给水处理中的节水措施分析
发布时间：2023-01-04T05:55:05.259Z 来源：《中国科技信息》2023年17期作者：赵波[导读] 电厂锅炉补给水处理中，若排水不回用则水回收率只有50%左右，存在巨大的水资源浪费。

本文介绍了各级处理设备的水回收率及其影响因素，列出了各级排水可行的回用方式。

得出结论为采取综合节水措施后，水处理系统内部水的回收率可提高约30%。

赵波
杭州汽轮新能源有限公司浙江杭州 310022
摘要：电厂锅炉补给水处理中，若排水不回用则水回收率只有50%左右，存在巨大的水资源浪费。

本文介绍了各级处理设备的水回收率及其影响因素，列出了各级排水可行的回用方式。

得出结论为采取综合节水措施后，水处理系统内部水的回收率可提高约30%。

关键词：锅炉补给水；水处理；回收率；回用；节水
引言
水是生命之源，也是火力发电厂的“血液”，锅炉补给水处理直接关系着火电厂生产的安全经济稳定运行。

出于安全性考虑，机组对水汽质量的要求不断提升，水处理系统的复杂程度也不断提高。

随之而来的是系统级数的增加和水的综合回收率的下降，即生产一定量的成品水，级数越多废水排量越增大。

1水的回收率
水的回收率，通常是指水处理设备的进水转化为产品水的百分率。

其公式为：Rec=Qp/Qf×100%
其中：Rec-回收率；Qp-产水量；Qf-进水量
对多级水处理系统，总回收率为各级回收率的乘积，其计算公式为：
Rec.t= Rec.1×Rec.2×……×Rec.n
其中：Rec.t–总回收率；Rec.n–第n级回收率
2 锅炉补给水处理系统内部结构及其回收率
锅炉补给水处理通常由三部分组成：预处理部分、预脱盐部分、除盐部分。

2.1预处理部分
该部分的是通过对水的过滤，去除其中的悬浮物、胶体及有机物等杂质，以确保后续工艺的安全运行。

（1）机械过滤
传统的预处理方式常采用机械过滤器，原水在压力作用下穿过一定厚度的滤料，其中的悬浮物、胶体及有机物等杂质被截留在滤料的表面和内部空隙中，使得出水澄清。

机械过滤器运行一段时间后，滤料表面及内部截留的杂质越来越多，会导致运行阻力增加、出水水质降低，必须停止过滤并用大量的洁净水对滤料进行冲刷、清洗，该过程称为“反洗”。

反洗水的排放也可以看做是耗用进水量的一部分，即机械过滤器的回收率Rec=产水量/（进水量+反洗水量）。

对于完全采用水反洗的机械过滤器，其反洗的耗水量一般占进水的20%以上，对于进水水质差、反洗频繁的系统甚至高达30%以上。

换算为机械过滤器的回收率约80%。

为了节约反洗水，可以采用有空气擦洗的气水合洗方式，即在向滤料通入反洗水时通入压缩空气，通过增加滤料的扰动来增强反洗效果，减少反洗水量及反洗时间。

以多介质过滤器为例，采用气水和洗时，水反洗的强度可由单纯水反洗时的13-16L/(m3·s)降低为8-10L/(m3·s)。

换算为水的总回收率可提高约3%，即气水合洗的机械过滤的总回收率约83%
（2）超滤
近年来采用膜过滤技术的超滤方式由于存在其多方面的优势，正在获得越来越广泛的应用，并逐步替代传统的机械过滤器。

超滤采用具有选择性的高分子材料，能将更细小的杂质截留在膜表面，使得出水水质更好、更稳定。

和机械过滤的原理类似，截留在超滤膜表面的杂质也需要靠水的反向流通来清理。

即超滤膜也存在“反洗”耗水的问题。

超滤膜在水反洗前，先通入适当压力的压缩空气，利用压缩空气在膜丝间形成气泡造成剧烈的震荡，使附着在膜丝外表面的污染物得以剥落，并被后续通入的反洗水带走。

从而达到增强反洗效果、节约反洗耗水的目的。

通常反渗透膜每运行20-60分钟，即进入反洗程序，该过程续约2-4分钟。

由于反洗过程耗用进水及超滤产水，超滤的水回收率一般在90%左右。

2.2预脱盐部分
预脱盐就是利用反渗透膜对预处理产水中的盐分进行初步脱除，以减轻后续除盐阶段负担的一种分离方式。

预脱盐阶段能去除进水中大约95%以上的离子成分,规范规定当原水中含盐量高于400mg/L时进行预脱盐处理[1]；实际设计中当原水含盐量高于200mg/L时，一般即采取预脱盐处理。

采用预脱盐处理时，后续除盐系统的酸碱及再生水耗量可减少约90%-95%，经济性十分显著。

由于反渗透膜对水中盐分脱除的机理的限制，反渗透对水的利用率存在极限。

当水透过反渗透膜成为产水后，剩余的含有盐分的水则相当于被浓缩，当浓缩倍数过高时会对反渗透膜的性能及产水质量产生不利影响。

因此第一级反渗透装置的回收率设定上限为80%，第二级反渗透回收率上限为90%。

一般对于处理普通地表水，一级反渗透设定的水回收率为75%；一、二级反渗透系统总的水回收率为65%。

也即采用两级反渗的工艺，单在预脱盐步骤每生产65吨预脱盐水即产生约35吨的排水。

2.3除盐部分
除盐就是对水中的各种除水以外的成分进行彻底地去除，实现水的纯化的过程。

经除盐处理后水中的离子总量降至极低水平（ug/L以下），因此被称为除盐水或纯水。

除盐过程一般有两种方式，一是离子交换器除盐，二是电除盐。

（1）离子交换除盐
离子交换除盐就是将水通过离子交换树脂，利用阴树脂、阳树脂的选择性吸附分别除去水中的所有阴、阳离子。

初级除盐称为“一级除盐”包含阳床、除碳器、阴床等；深度除盐增加混床，经混床处理后的水电导率小于0.2μS／cm，可视为纯水。

离子交换树脂对水中离子的吸附存在饱和的情况。

当树脂不能继续吸附离子时，需要对其进行处理以使其恢复吸附的能力，该过程称为树脂的“再生”。

再生就是利用高浓度的酸液、碱液对树脂上吸附的离子进行清洗，使其解析、分离下来并被水带离树脂表面。

因此再生不仅要消耗酸碱，还需要大量的除盐水，用于稀释、冲洗、压脂等步骤。

一般一级除盐的水回收率约90%，混床的水回收率约95%。

[2]相对预处理及预脱盐等步骤，离子交换除盐的水回收率受运行管理水平影响最大，例如由于流量控制不当导致的树脂层穿透、再生时乱层等问题，将大大降低运行周期，增加再生水耗量。

（2）电除盐
电除盐也称EDI，全称“连续电去离子技术”,采用电渗析与离子交换技术相结合，主要用于替代传统的混床。

其原理是在电场的作用下,通过导电物质将离子从水中迁移出,以达到生产高纯水的过程。

电除盐生产过程会产生约10%的浓水和极水排放，用以将脱除下来的离子成分带离设备内部。

因此电除盐的回收率约为90%，低于混床的水回收率。

[3]
3 提高水回收率的措施及效果
3.1不同工艺的水回收率比较
锅炉补给水处理总的水回收率根据所采用的工艺流程的不同而不同。

目前常用的工艺流程有：
（1）传统法：机械过滤+反渗透+一级除盐+混床
若不将各部分排水的回收利用，该流程水的总回收率REC.t=80%×75%×90%×95%≈51%
（2）全膜法：超滤+两级反渗透+EDI
若不计各部分排水的回收利用，该流程下水的总回收率REC.t=90%×65%×90%≈53%
可见传统法和全膜法在水回收率方面虽有差异但并不明显，二者均只有勉强过半的回收率。

3.2各部分节水措施的考量
在锅炉补给水处理的各阶段，某一步骤排放的废水，存在被其它步骤利用的可能性。

本节主要以逐渐成为电厂主流的“全膜法”工艺中的节水措施进行分析。

（1）加强运行管理
加强管理、优化运行永远是提高效益的第一步。

加强设备运行监控、规范运行操作，能在很大程度上提高效率、减少浪费。

例如，规范离子交换设备的运行和再生程序，延长其运行周期、减少再生频次、提高再生效果都将大大减少药品及用水耗量。

（2）利用电除盐的排水作为反渗透的进水
电除盐装置的排水虽被称为“浓水”，但其中离子含量并不高（ppb级）,且经过之前的各级过滤处理，水中除残存的离子外无任何悬浮物、胶体等杂质，其水质可以作为预脱盐阶段的进水。

工程设计上，可以考虑将该部分浓水接入两级反渗透级间水箱，与第一级反渗透产水混合后作为第二级反渗透的进水。

对电除盐排放的浓水进行回用，可将总回收率提高约5%，节水效果显著。

（3）利用第二级反渗透的排水作为第一级反渗透的进水
与（1）中类似，第二级反渗透的浓水排水也满足第一级反渗透的进水水质要求。

工程设计上，可以考虑将其排入超滤产水箱或原水箱（无超滤装置时），总回收率可提高约6%。

（4）利用第一级反渗透的浓水作为机械过滤器的反洗用水
第一级反渗透的浓水，由于其无悬浮物、胶体等杂质，其成分对滤料性能无显著影响[4]，可以作为机械过滤器的反洗用水。

且按照25%的排水量计，刚好与机械过滤器反洗的耗用水量相符，在合理的反洗水箱设计和反洗运行频率之下，可以实现浓水量与反洗水量的匹配。

对第一级反渗透排放的浓水进行回用，可以将总回收率提高约20%。

同样在无机械过滤器的全膜法系统中，第一级反渗透的浓水也可以用作超滤装置的反洗用水，可将总回收率提高约10%。

为了保持正常稳定的反洗用水，反洗水箱除接入反渗透浓水外，还应接入其它备用水源，以便当浓水量不足时也能保证设备的正常反洗、不影响生产过程。

另外，由于一级反渗透的浓水承载了原水中绝大部分的离子，不能作为预处理进水利用。

电厂中常将该部分排水经简单沉淀后，作为脱硫系统的补充水，实现了废水的梯级利用。

需要特别说明的是，有研究表明浓水中的含盐量会影响脱硫效果[5]，应控制脱硫补充水中浓水的合理比例，以降低对脱硫系统的影响。

4 结语
通过对水处理系统各级生产过程中产生的废水来源及比例的分析，确定了其存在被其它步骤利用的可能性。

为了尽量在水处理系统内部消化产生的废水、梯级利用、变废为宝，通过加强管理、优化设计，可以将锅炉补给水处理系统内部的水回收率由约50%提高到80%左右，大大减少了外排废水量。

参考文献：
[1] 袁萍帆等.发电厂化学设计规范[S]. 北京：中国计划出版社，2015
[2] 朱志平等.火力发电厂锅炉补给水处理设计[M].北京：中国电力出版社，2009
[3] 金明柏.水处理系统设计实务[M]. 北京：中国电力出版社，2010
[4] 张胜，徐旋等. 反渗透浓水的回用[J].工业用水与废水，2007，38（3）：56-57
[5] 赵宁,冯永新等. 燃煤电厂反渗透浓水回用于湿法脱硫补充水的试验研究[J].电力科技与环保，2021，37（1）：32-37。