（环境工程专业论文）采用双膜混床系统处理热电厂锅炉补给水工程研究.pdf

采用双膜 混床系统处理热电厂锅炉补给水工程研究 采用双膜 混床系统处理热电厂锅炉补给水工程研究 专业 环境工程 硕士生 刘爱武 指导教师 魏在山副教授 摘要 反渗透水处理技术作为目前最为有效的水脱盐技术之一 已在众多领域得到广泛 的应用 而将超滤作为反渗透进水预处理系统 能够快速 连续 稳定地提供高质量 的水给反渗透系统 可有效保护反渗透膜 延长其清洗周期 双膜 超滤 膜 反渗透 r o 膜 混床系统是将先进的膜分离技术与传统的离子交换除盐技术组合 运用的一种新兴的化学水处理工艺 采用双膜 混床系统制备热电厂锅炉补给水 既 可防止水源水质波动对系统造成的冲击 又能满足大型热电厂补水率高 补水水质要 求高 补水负荷变化大等特点 具有良好的经济效益和社会效益 论文从补给水水质对电站锅炉的影响和意义入手 分析了目前国内外水除盐技术 的现状和发展方向 阐述了锅炉补给水处理的重要性 以南海长海发电厂的锅炉补给 水处理改造工程为主线 研究了工程背景 工程方案的可行性 工艺方案的选择以及 工艺系统的设计 针对超滤系统 反渗透系统及混床系统的运行结果 分析了影响双 膜 混床系统产水量及产水水质的因素 对于系统存在的问题进行了原因分析并采取 了相应的有效对策 根据工程实际对该锅炉补给水处理系统进行了技术经济分析 长海电厂锅炉补给水处理工程采用双膜 混床系统的运行结果研究表明 系统出 水水质好 混床出水电导率基本在0 0 91 t s c m 以下 二氧化硅在3 0p g l 以下 远低 于电导率o 2l a s c m 二氧化硅2 0p g l 的锅炉补给水水质要求 双膜 混床系统虽一 m 采用双膜 混床系统处理热电厂锅炉补给水工程研究 次性投资成本比传统的全离子交换系统高出4 8 3 万元 但吨水运行成本为3 0 8 8 元 比全离子交换系统低3 0 而且厂房占地面积节省约4 2 具有显著的社会经济效 益 论文总结了热电厂采用双膜 混床系统处理锅炉补给水的技术经济优势 提出了 双膜 混床系统的运行维护建议 关键词 双膜 混床 锅炉补给水 除盐水 热电厂 采用双膜 混床系统处理热电厂锅炉补给水工程研究 r e s e a r c ho nb o i l e rm a k e u pw a t e rt r e a t m e n t p r o j e c tb yd u a l m e m b r a n e m i x e db e ds y s t e mi nt h e r m a lp o w e rp l a n t m a j o r e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g n a m e l i ua i w u s u p e r v i s o r a s s o c p r o f w e iz a i s h a n a b s t r a c t r e v e r s eo s m o s i s r o w a t e rt r e a t m e n tt e c h n o l o g yh a sb e e nw i d e l yu s e di nw a t e r d e s a l i n a t i o n u l t r a f i l t m t i o na st h ep r t r e a t m e n te q u i p m e n to fr e v e r s eo s m o s i s c a ns u p p l y t h ec o n t i n u o u sw a t e rt or e v e r s eo s m o s i ss y s t e m p r o t e c tr e v e r s eo s m o s i sm e m b r a n ea n d p r o l o n gt h er e c y c l et i m e o fr ob a c kw a s h u l t r a f i l t r a t i o n u f r o m i x e db e d t e c h n o l o g yi san e wp r o c e s s w h i c hm a ya v o i di n l e tw a t e rq u a l i t yf r o mi n s p e c t i n gt h e w a t e rt r e a t m e n ts y s t e ma n dm e tb o i l e rm a k eu pw a t e rr e q u i r e m e n t h i g hf l o wr a t h i g h q u a l i t ya n du n s t a b l e n e s so ft h eb u r t h e n t h e r e f o r e d u a lm e m b r a n e m i x e db e ds y s t e m w a t e rt r e a t m e n ti so fg o o de c o n o m i cb e n e f i ta n ds o c i e t a lb e n e f i t t h eh a r m f u le f f e c t so fb o i l e rm a k eu pw a t e rq u a l i t ya n ds o m eo r d i n a r yp r o c e s s e so f t h ed e s a l i n a t i o nw a t e rt r e a t m e n ti nt h e r m a lp o w e r p l a n ta r er e v i e w e da th o m ea n da b r o a d i nt h et h e s i s t h ep a p e ra i m e da tb o i l e rm a k e u pw a t e rt r e a t m e n tp r o j e c ti nc h a n g h a i t h e r m a lp o w e rp l a n ti nf o s h a mt h ew a t e rw a st r e a t e dw i t ht e c h n o l o g y u l t r a f i l t r a t i o n u f r o m i xb e d t h ep r o j e c td e s i g ni n c l u d e dt oc h o o s et h ea p p r o p r i a t et e c h n o l o g i e s d e s i g nt h er e a s o n a b l ed e v i c e sa n ds e l e c tt h et y p eo ft h ee q u i p m e n t s s u c ha su fs y s t e m r os y s t e ma n dm i x e d b e ds y s t e m v 采用双膜 混床系统处理热电厂锅炉补给水工程研究 u l t r a f i l t r a t i o n u f r o m i x e db e dw a ss e tu pt os t u d yt h eb o i l e rm a k e u pw a t e r t r e a t m e n t t h er u nr e s u l t ss h o w e dt h a tt h ei n d e x e so fd i s c h a r g ew a t e rc a nm e e tt h ew a t e r q u a l i t yr e q u i r e m e n to fb o i l e rm a k e u pw a t e r t h es y s t e mi si u ns t a b i l t y c o n d u c t a n c ei s l o w e rt h a n0 0 9 u s c m d i s s o h t i o no fs i 0 2i sl o w e rt h a n3 0 u g l t h ei n v e s t m e n to ft h e p r o j e c ti s4 8 3 0t h o u s a n dr m b w h i c hi sh i g h e rt h a nt r a d i t i o n a lt r e a t m e n tt e c h n i q u e t h e m a i n t e n a n c ec o s to ft h ep r o j e c ti s3 0 8 8 r m b t o n w h i c hi sq u i t el o w e rt h a nt h et r a d i t i o n a l t r e a t m e n t a c c o u n t sf o r7 0 o ft h et r a d i t i o n a lt r e a t m e n tt e c h n i q u e a n dt h es y s t e ms a v e 4 2 p l a c e t h i sw i l lb r i n gm u c he c o n o m i cb e n e f i tt h a nt r a d i t i o n a lt r e a t m e n tp r o c e s s k e yw o r d s d u a lm e m b r a n e m i x e db e ds y s t e m b o i l e rm a k e u pw a t e r t h e r m a l p o w e rp l a n t s v i 采用双膜 混床系统处理热电厂锅炉补给水工程研究 论文原创性声明 本人郑重声明 所呈交的学位论文 是本人在导师的指导下 独立进行研究工作 所取得的成果 除文中已经注明引用的内容外 本论文不包含任何其他个人或集体已 经发表或撰写过的作品成果 对本文的研究作出重要贡献的个人和集体 均已在文中 以明确方式标明 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担 学位论文作者签名 刳默 日期 p 弋年i 上月歹日 学位论文使用授权声明 本人完全了解中山大学有关保留 使用学位论文的规定 即 学校有权保留学位 论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版有权将学位论文用 于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆 院系资料室被查阅 有权将学 位论文的内容编入有关数据库进行检索 可以采用复印 缩印或其他方法保存学位论 文 学位论文作者签名 主 l 瑗试 日期 峰l2 月se l f 导师签名施如沙 醐 1 年 2 彤日 采用双膜 混床系统处理热电厂锅炉补给水工程研究 第1 章文献综述 1 1 锅炉补给水水质 1 1 1 水中的杂质 天然水中含有很多杂质 通常这些杂质都是常见元素的酸 碱 盐之类的化合物 只有少量是呈单质或复杂化合物的形态 1 1 根据颗粒大小的不同 一般将这些杂质分为三大类 悬浮物质 1 0 0 n m l m m 胶 体物质 1 o l o o n m 和溶解物质 o 1 1 o h m 具体的杂质类型参见表1 1 根据杂 质的化学结垢划分为三类 无机物质 有机物质和生物物质 表1 1 天然水中的杂质 溶辑物胶体物悬浮物 水中杂质 杂质形态离子和溶解态非离子和非溶解态 杂质尺寸 i r a m 1 0 71 0 61 0 5l o 41 0 31 0 21 0 111 0 杂质名称 阳离子 阴离子气体有机物淤泥 泥渣污物和其他悬浮物 钙 重碳酸根二氧化碳 胶体硅有机物 镁 碳酸根 硫化氢 微生物藻类 钠 氢氧根 氨 钾 硫酸根 氧 浮游生物 铵 氯根 甲烷腐植质油 铁 硝酸根 氯 锰 磷酸根 腐蚀产物 有机物 特征 透明 光照下混 肉眼可见 混浊浊 悬浮物的存在会影响除盐系统的运行效果 污染和污堵除盐工艺设备 增加运行 成本 甚至影响除盐系统的产水水质 如果悬浮物直接进入锅炉 它会在锅筒内沉积 使传热情况变坏 甚至金属因过热损坏而发生事故 胶体物质表面带有同性电荷 它们的颗粒之间互相排斥 所以胶体颗粒在水中是 呈稳定状态的细小悬浮物 不会自然沉降 所以可在水中稳定存在 如果不去除水中 采用双膜 混床系统处理热电j 锅炉补给水工程研究 的胶体物质 将会使锅炉结成难以去除的坚硬水垢 并易使锅水产生大量泡沫 引 起汽水共腾 污染蒸汽品质 影响锅炉的正常运行 溶解物质主要是气体和矿物质的盐类 水中溶解的气体都以分子状态存在 能够 引起锅炉腐蚀的有害气体主要是氧气和二氧化碳气体 有时还有些硫化氢气体 氧是 由大气中溶解进去的 二氧化碳和硫化氢是有机物分解或氧化而产生的 水中溶解的盐类都是以离子状态存在的 它们是由于地层中矿物质溶解而来的 这些杂质若不去除 也会造成锅炉结垢 腐蚀和污染蒸汽品质 使锅炉金属过热变形 腐蚀穿孔 缩短锅炉使用寿命 浪费燃料 降低锅炉热效率 产生汽水共腾 甚至发 生堵管 爆管等重大事故 破坏锅炉的安全经济运行 正因为天然水中通常都会这些杂质 所以不能将其直接输送到锅炉系统当中 否 则会对锅炉系统造成污染 甚至破坏设备等诸多危害 1 1 2 锅炉补给水的水质指标 既然水质好 坏会直接影响到锅炉的运行 水就像是锅炉的血液 优良的水质对 锅炉的稳定运行有着至关重要的作用 获得优质的除盐水或高纯水是保障锅炉 尤其 是中高压以上的锅炉长期稳定运行 消除安全隐患 保护设备资产的必要条件和重要 任务 所以 各国政府和各个行业协会等都制定了严格的锅炉补水标准 以保证锅炉 系统的安全和稳定运行 在我国颁布的 火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量标准 g b 1 1 2 1 4 5 1 9 9 9 中对补给水和锅炉给水的质量标准做了明确的规定 必须符合如下标准 2 表1 2 锅炉给水质量标准 锅炉过热 电导率硬度 溶解氧铁铜钠二氧化硅 炉 u s c m u m o v l u g l 蒸汽压力 标期标标标标期标 期 标期 型 准望准准准准望准望准望 m p a 值值 值值值值值值值值值 2 采用双膜 混床系统处理热电厂锅炉补给水工程研究 3 5 5 85 2 0 s 1 5 5 0s 1 0 汽 5 9 1 2 6 i 应保证蒸汽二 包 5 2 0 夕9 0 霸仳硅符会棕 炉 1 2 7 1 5 6璺d 3s 1 o 7殳o 准 1 5 7 1 8 31 35 0 2 0 夕 9 2 0 直 5 9 1 8 39 3三d 2 0 夕5 1 0 59s 1 0 5翌o 流 炉 1 8 4 2 59 29 1 5 0 s 7s 1 0 55 3 s 1 5s 1 0 表1 3 奉卜给水质量标准 注 1 离子交换器出水质量应能满足炉水处理的要求 2 对于用一级化学除盐系统加混床出水的一级盐水的电导率可放宽至1 0 9 s c m 1 2 国内外常用除盐水制备工艺 针对不同的锅炉系统 为了得到适宜的 优质的补给水 选用什么样的处理工艺 就很值得我们去深入探讨 通观国内 外的除盐水的制各技术 种类繁多 各种工艺技术相互融合 扬长避 短 按制备机理划分 主要分为四类 3 1 热力除盐法 以热力源为推动力使水与盐分离的一种除盐方法 如蒸馏法 2 化学除盐法 利用化学反应原理去除水中全部或某种盐类的除盐方法 如 离子交换法 3 膜分离法 利用选择性膜的特点 通过外界施加的电场 压力等能量 将 水与盐分离的脱盐方法 如电渗析 e d 反渗透 r o 连续电脱盐 e d i 等技术 4 电吸附法 利用带电电极表面吸附水中的带电粒子 使水中的盐类离子在 电极表面富集浓缩与水分离 并达到除盐目的的方法 3 采用双膜 混床系统处理热电厂锅炉补给水工程研究 在除盐水的生产的最初阶段 主要采用能耗高的蒸馏法 随着人工合成树脂技术 的发展 开发出了以离子交换树脂为核心的化学法制备除盐水技术 可产生接近理论 纯水电导率的高纯水 离子交换方法虽然较蒸馏法大幅度降低了能耗和制水成本 但 用离子交换法制备除盐水的过程中会产生大量的酸 碱废液 对环境存在一定的污染 随着科技的不断发展 膜技术被运用到了水处理领域 并得到了迅速发展 如电渗析 反渗透等技术 更加减少了除盐水制备过程的酸 碱废液的量 减少幅度达到9 0 以上 基本解决了酸 碱废液的污染问题 随后 又开发出更环保的组合除盐水生产 工艺 r o e d i 工艺 该工艺基本不产生任何酸碱废液 另外 随着材料技术的 进一步发展 开发出以高性能电吸附材料为基础的电吸附技术 e s t 也显示出良 好的应用前景1 4 1 下面将分别对各种较典型除盐水制备技术做简要说明 1 2 1 蒸馏法除盐 蒸馏法除盐又称蒸发法除盐 是最早被人们采用的除盐技术 它是利用水沸点较 低易蒸发 盐沸点较高不蒸发的特点将水和盐分离 得到高纯度的除盐水的技术 蒸 馏法除盐工艺可以追溯到2 0 世纪3 0 年代 是早期开发的主要除盐水制备技术 可得 到电导率为1 1 0 u s c m 的除盐水 根据蒸馏工艺 蒸馏法可分为单级闪蒸 s s f 多 级闪蒸 m s f 压汽蒸馏 v c 多效闪蒸 d 垂直管蒸发 v t e 横管蒸 发 h i e 和浸没管蒸发 s t 等 m s f 最常用 约占蒸发用户总数的5 0 产水 总量的9 0 t 3 1 蒸馏法除盐具有以下特点 1 水与盐分离的推动力为热能 2 适合于利用低位热能 既可制水又可节能 这一方面可以利用热电厂低压 段抽汽制水 另一方面又可利用工业余热制水 3 蒸馏法除盐所能处理的原水水质比其他除盐方法更加广泛 原水含盐量从 几百m g l 到几万m g l 都适应 4 容易制造成简易的小型蒸馏设备 只要有电即可生产除盐水 因此 该技 4 采用双膜 混床系统处理热电厂锅炉补给水工程研究 术常用于实验室 5 由于加热是很好的杀菌方法 所以蒸馏法目前被广泛用于医药卫生行业 制造医用无菌除盐水 6 除盐的彻底性不如离子交换法 不适合除盐水的精制 7 对于含盐量高的水源 如海水 苦咸水 经济性不如反渗透法 对于含 盐量低的水源 如江河水 大多数水库水 经济性不如离子交换法 8 用蒸馏法淡化海水的水利用率为2 5 4 0 9 已与膜技术结合形成一项新的除盐技术 即膜蒸馏 习技术 该技 术与常规蒸馏相比 蒸馏效率高 与反渗透相比 操作压力低 蒸馏法运行操作较为简单 除盐的同时具有消毒作用 目前在许多地区 蒸馏法 仍然被大量使用在海水淡化 医药卫生或实验室领域 蒸馏法除盐存在着能耗高 设备腐蚀 结垢和夹带挥发性杂质等技术问题 在工 业制水领域应用较少 1 2 2 离子交换法除盐 离子交换法除盐是指采用离子交换剂 使交换剂和水溶液中的可交换离子之间发 生等物质量规则的可逆性交换 从而使水质改善而离子交换剂的结构并不发生实质性 变化的水处理方式 6 1 经过交换而失效的离子交换剂又可以通过一定浓度的酸 碱或 盐的溶液来再生 并重复使用 离子交换过程通常可以分为5 个连续阶段 7 1 交换离 子从溶液中扩散到树脂颗粒表面 交换离子在树脂颗粒内部扩散 交换离子与结合在 树脂活性基团的可交换离子发生反应 被交换下来的离子在树脂颗粒内部扩散 被交 换下来的离子在溶液中扩散 离子交换技术在水处理领域中有广泛的应用 如水质软化 除盐 工业废水处理 重金属和贵重金属回收等 它是较早期制备除盐水 高纯水的主导工艺之一 较常使 用的离子交换工艺有固定床 移动床 复床 混床 满室床 双层床等 离子交换法除盐具有以下特点 3 l 1 优点 工艺成熟 出水水质稳定 设备初期投入低 是目前除盐最彻底的 s 采用双膜 混床系统处理热电厂锅炉补给水工程研究 水处理技术 除盐率可达到9 9 9 9 对低含盐量的原水 运行成本较低 2 缺点 需要酸碱再生 再生废水必须经处理合格后排放 存在安全和环境 污染隐患 再生操作相对较复杂烦琐 需要较精确的控制 离子交换法自动化操作难 度大 投资不低 细菌易在床层中繁殖 且离子交换树脂易向纯水中渗溶有机物 水 体含盐量高时 再生频繁 运行成本较高 当水体的含盐量较低时 含盐量小于等于5 0 0 m e 叽时 离子交换技术具有很高 的经济吸引力 随盐度增加 离子交换经济优势就呈下降趋势 市场需求也减弱 因 为离子交换剂的交换容量是有限的 水中的电解质越多就会导致其再生的频度越高 再生剂的使用量增加 制水成本也就增加了 虽然离子交换法用于较低含盐量的水体除盐时 具有水质好 投资费用低 运行 成本低 赦术成熟等突出优点 但再生树脂产生的大量酸 碱废液容易造成环境污染 另外 目前各地的地表水和地下水都受工业发展的影响 水质受到不同程度的污 染 当应用离子交换法处理这些微污染水源时 也会受此影响 轻则再生频繁 增加 成本 重则污染树脂 难以恢复 并造成产水不合格 所以要根据不同的水源水质选 择不同的除盐方法 1 2 3 电渗析法除盐 渗析是指溶液中溶质透过半透膜的现象 自然渗析的推动力是半透膜两侧的溶质 浓度差 电渗析 e d 就是在直流电场的作用下 利用离子交换膜选择透过性 把 带电组分与非带电组分分离 电渗析技术的核心是利用了两种离子交换膜 一种是阳 离子交换膜 简称阳膜 另一种是阴离子交换膜 简称阴膜 当水进入电渗析装置 水中的阴 阳离子在电场的作用下 透过各自的离子选择性膜形成浓缩盐水 这样 阴 阳离子便被选择性的移除 也就生产出了除盐水 电渗析法除盐具有以下特点 水与盐分离的推动力为直流电场 适合于含盐量为 1 0 0 0 5 0 0 0 m g l 的水源 除盐率一般为5 0 9 0 明显不如离子交换法 因此 它常用于高含盐量水源的初步除盐 或作为离子交换法的前置脱盐 既有淡化功能又 有浓缩功能 因此 可利用淡化功能制造除盐水 利用浓缩功能生产食盐 必须不断 6 采用双膜 混床系统处理热电厂锅炉补给水工程研究 排放相当多的极水和浓水 故水的利用率较低 浓水直排时水的利用率约为4 0 浓 水循环时水的利用率为7 0 一 8 0 容易极化 结垢 电耗高 从1 9 5 2 年美国i o n i c s 公司制成世界上第一台电渗析装置到现在 电渗析技术已 有了多元化的发展 引 早期的电渗析工艺现在已经很少使用了 通过工艺的改进和多 种工艺的结合运用 电渗析也发展出了很多的衍生工艺 并且交换膜材料也有了很大 的改进 已开发出的工艺有频繁倒极电渗析 e d r 填充床电渗析 e d i 液膜电 渗析 e d l m 高温电渗析 离子膜电渗析 双极膜电渗析 e d m b 9 1 等等 在水 处理领域也有较多的应用 电渗析技术曾在历史上发挥过重要作用 但是 它运行维护工作大 水利用率低 和脱盐率低等缺陷 限制了它的发展 尤其是反渗透技术出现后 单独使用电渗析的 工程迅速减少 1 2 4 压差式膜分离技术 电渗析是利用电场驱动的膜分离技术 现在运用得更为广泛的是压力差式膜分离 技术 这类膜分离技术有 纳滤 超滤 微滤 反渗透等 它们都是利用加压或抽真 空的方式来实现水质净化处理 根据各种膜自身的不同技术特点 都有不同的应用方式 在除盐水制备时 纳滤 反渗透工艺可以用作脱盐过程 反渗透工艺的脱盐率可以达到9 5 以上 可以脱除绝大部分的溶解质 应用范围 很广 纳滤对一价以上的离子有很强的脱除率 对一价的离子脱除率不高 它的操作 压力也比反渗透低很多 所以能耗也较低 正因为如此 纳滤也被成为 宽松反渗透 所以它通常应用于对脱盐率要求不高的系统 并常应用于物料的浓缩 分离系统 超滤和微滤一般作为除盐工艺的预处理单元或独立使用 微滤用于截留悬浮性物 质 超滤用于截留细小的悬浮物 胶体 大分子量的有机物和细菌等 对离子态的小 分子量溶解质基本不截留 图1 1 为膜分离技术图谱 1 0 l 能直观的反应各种膜技术的 特点 7 采用双膜 混床系统处理热电厂锅炉补给水工程研究 a 诬 h 膜 肺虫 i 口b n i1i 1 l i 1 鑫 i l 譬i黼 霪 糖清 广 l j t f r o l i l 盯1 图1 1 过滤图谱 反渗透 r o 法除盐是目前普及速度最快的除盐技术 起源于2 0 世纪6 0 年代 该技术的核心是利用了反渗透膜 这种膜具有透水而难透盐的特性 在压力推动下 盐水中水分子透过膜成为除盐水 盐分继续保留在原水中而被浓缩i 反渗透法除盐具有以下特点 水与盐分离的推动力为压力 可适用于各种舍盐量 的水源 但用于含盐量大致在3 0 0 m 扎以上的水源经济性更好 己广泛用于生产饮 用纯净水 医用纯化水 电子级水和高压以上锅炉的补给水 除盐率一般为9 9 0 高 于电渗析 低于离子交换法 故一般用于高含盐量水源的初步除盐 或作为离子交换 法的前置除盐技术 不作为生产超纯水的终端除盐手段 化学药品用量少 没有酸碱 废水排放 必须不断排放一部分浓水 对于苦咸水和含盐量不高的天然水 水的利用 率一般为7 5 8 5 对于海水 水的利用率一般为3 0 5 0 随着市场化需求的不断加大 各种高脱盐率 低运行压力 大通量 抗污染类型 的膜元件被开发出来 使反渗透的投资和运行成本逐年降低 从技术和经济观点来看 反渗透是用途最多的脱盐过程 能适用于很广的进水脱盐范围 而其它技术有的只适 用于较高的盐度 有的则只适用于较低的盐度 8 采用双膜 混床系统处理热电厂锅炉补给水工程研究 1 2 5 电吸附法 电吸附 e s t 除盐又称电容去离子技术 它是利用带电电极表面能够吸附水中 离子或带电粒子 使水中溶解的盐类及其他带电物质在电极表面富集浓缩而实现水的 淡化的一项技术 电吸附技术对进水水质要求不高 被成为吃 粗粮 的高新除盐技术 还具有运行成本低 操作维护方便 不产生二次污染等优点 但同时该项技术目前还 没有完全成熟 脱盐率也不高 在污水处理领域逐渐开始应用 而在锅炉补给水处理 方面还用得很少 但却是一项很有前景的脱盐技术 1 2 1 2 6 电除盐技术 电除盐 e l e c t r o d e i o n i z a t i o n 简称e d i 技术是一种将离子交换与电渗析技术有 机结合在一起的膜分离脱盐过程 属高科技绿色环保技术 l 该技术的核心是以离子 交换树脂作为离子迁移的载体 以阳膜和阴膜作为鉴别阳离子和阴离子通过的关卡 在直流电场推动下 实现盐与水的分离 1 4 1 e d i 装置的构造类似于电渗析器 所不同 的是在淡水室中充填有阴树脂与阳树脂 该室相当于混合离子交换器 e d i 除盐是离 子交换除盐和电渗析除盐两个过程的叠加 即在化学位差作用下的离子交换和在直流 电场作用下的离子选择性定向迁移的叠加 与此同时 由于浓差极化迫使h 2 0 发生 电离 所产生的矿 o h 保证阳树脂和阴树脂一直不失效 15 1 这样就能在无需酸 碱的情况下 实现离子交换树脂的连续再生和连续运行 e d i 生产出来的水电导率能 达到o 1 u s c m 甚至更低 由于e d i 装置的离子迁移和树脂再生在同一工作室内完成 所以迁移离子的能力有限 因而对进水水质有严格的要求 电除盐技术具有以下特点 与盐分离的推动力为直流电场 适合于电导率低于 4 0 p s c m 的水源的深度除盐 用于生产纯水 锅炉补给水和电子级水 除盐非常彻底 除盐率与离子交换法基本相同 故它常作为生产除盐水的终端除盐技术 生产除盐水 只需电能 不用酸碱 一般只用少量的n a c l 必须不断排放极水和部分浓水 水的 利用率一般为8 0 9 5 e d i 装置普遍采用模块化设计 便于维修和扩容 电除盐技术的应用源于2 0 世纪9 0 年代 1 2 j 由于其具有连续出水 不用酸碱再生 和无人值守等一系列优点 使它能在脱盐系统中代替混床作为精处理设备使用 1 3 9 采用双膜 混床系统处理热电厂锅炉补给水工程研究 e d i 技术在我国起步较晚 自1 9 9 7 年国外e d i 技术开始进入中国市场以来 随着e d i 产品价格降低和人们认识的提高 其在国内制药 电子 电力 冶金和石化等行业的 应用呈快速增长趋势 在研发方面也取得了一些专幂ue 1 6 1 7 1 3 研究目的和意义 水除盐技术经过多年的发展 从早期的高能耗 高成本 操作复杂 污染环境的 较差工艺状况 发展到如今低能耗 低成本 易操作 环境友好的良好状况 现今的 水除盐技术越来越多样化 各种先进技术的相互融合 工艺越来越成熟 完善 取得 了良好的经济效益和社会效益 双膜法 混床系统制备除盐水的工艺 与传统的蒸 馏法 离子交换法和电渗析等方法相比 有着很强的优势 具有设备集成化 自动化 程度高 操作 维护方便 无需用酸 碱再生 投资和运行成本逐年下降等优点 而 且 随着膜工业的规模日益壮大 膜分离技术的市场化程度越来越高 各种先进技术 材料的应用 使膜元件的成本逐年降低 应用领域不断扩大 膜工业将还会有很好的 发展前景 1 4 本论文的研究内容 本文以南海长海发电厂的锅炉补给水项目为主线 从锅炉补给水质对锅炉的影响 和意义入手 分析了目前国内 外的除盐水制备技术的现状和发展方向 并进一步阐 述了锅炉补给水的重要性 理论与实践相结合 从项目方案的可行性分析到项目方案 确定 项目实施阶段 并结合项目完工后的系统运行状况 详细的说明了双膜法 混 床制备除盐水 用于锅炉补水的优缺点和在实际工程和运行过程中碰到的问题 也提 出了行之有效的改进方法并付诸实施 取得了良好的效果 1 锅炉补给水处理改造工程设计 包括对处理工艺进行选择研究 并对处理 工艺流程及装置进行设计计算 2 锅炉补给水处理改造工程运行结果分析 超滤系统 反渗透系统 浓水反 渗透系统 混床系统运行结果分析 考察压力 温度 p h 进水水质等因素对出水 水质及水量的影响 3 锅炉补给水处理改造工程技术经济分析 分析工程的投资 运行费用 1 0 采用双膜 混床系统处理热电厂锅炉补给水工程研究 第2 章锅炉补给水处理改造工程设计 2 1 f 程概况 2 1 1 锅炉补给水处理改造工程背景 1 广东西樵纺织产业基地 广东省佛山市南海区西樵镇是我国主要的 传统的纺织品生产和销售基地 全镇 有纺织企业1 6 0 0 多家 具有年产各类纺织面料1 2 亿米的生产加工能力 是华南地区 纺织品制造中心之一 西樵镇有全国档次最高 交易环境最好的纺织品批发市场 西樵轻纺城 也是广东和华南地区纺织业主要的对外窗口和销售基地 作为全国四大 纺织品市场之一在国内及东南亚享有较高的知名度 西樵的纺织工业经过多年的发展 已经确立了其在全国同行业的重要地位 南 海区西樵镇政府为了做大 做强 规范管理纺织印染行业 1 9 9 9 年开发建设了西樵 科技工业园 并于2 0 0 4 年将其升级为国家级的广东西樵纺织产业基地 2 0 0 6 年7 月 2 6 日 广东省发展和改革委员会正式批准西樵科技工业园为广东西樵纺织产业 示 范 基地 从而提升了广东西樵纺织产业基地的地位 为西樵纺织产业的集聚发展和 产业升级提供了良好的条件 为了促进广东省纺织业集群的发展和产业结构战略性结构调整巩固和提高纺织业的 国际竞争力和国内领先的地位 近一年来 西樵镇政府按照区委 区政府 创新 创 造 加速 加力 的方针 凭借传统产业的基础 利用产业创新平台的优势 扎实推 进纺织产业基地的建设 取得较好的效果 招商引资取得新的突破 一大批国内外的 纺织服装印染龙头企业 如 沃尔玛一颢天国际商事有限公司 深圳中冠集团 广州 康辉纺织服装有限公司 光阳服装有限公司 南海n o 1 服装有限公司 香港动力公 司等由于看好广东西樵纺织产业基地良好的发展前景和具有 三统一 的优势 争相前 来投资建厂 产业基地涌现新一轮的发展热潮 这批企业的进入 基本形成了以大型 纺织企业为主体的纺织产业链 大大增强了广东西樵纺织产业基地的竞争力和知名 度 1 1 采用双膜 混床系统处理热电厂锅炉补给水工程研究 2 纺织产业基地供热工程 广东西樵纺织产业基地根据南海区和西樵镇政府基地发展规赳确定在该基地内 企业实行集中统一供热 供水 产业基地供热工程是基地基础建设的主要配套项目之 一 供热工程是由位于产业基地西南区域的长海 江南发电厂热电联产机组 通过专 用供汽站 供热管网系统向基地内企业进行集中统一供热 从而取消区域内的企业供 热自备小型锅炉 达到资源综合利用 降低能源消耗 改善大气污染以营造良好投资 营商环境的目的 产业基地供热工程将根据产业基地及企业的发展和用热情况 实行 统一规划 分期建设方式 以求获得最佳的社会 经济效益 供热工程的第一期工程 是利用长海 江南发电厂现有7 台热电联产抽汽机组的抽汽实行对外供热 其中 长 海发电厂l 台5 0 m w 热电联产抽汽机组外供热 蒸汽 能力为5 0 t h 两间电厂总外 供热 蒸汽 最大能力为2 7 0 t h 直接向产业基地最大供热 蒸汽 能力2 0 0 t h 第 一期工程还同期建设2 x d n 4 0 0 主供汽管道 预留2 条管道 支座构架 和部份分支 供热管基本满足首批进入广东西樵纺织产业基地的佛山新纺集团企业和利致牛仔布 有限公司 黛富妮家饰用品有限公司等企业的用汽需求 现第一期供热工程已建成 今年8 月具备供应蒸汽的条件 2 0 0 5 年 产业基地集中供热规划的推出和第一期供热工程的建设 立即引发了产业 基地的积聚效应 一大批纺织用热企业纷纷表示了对进入基地投资建厂的强烈愿望 致使基地计划供热量大幅增加 按基地园区管理公司提供的基地己建 拟建企业申请 用汽计划 预计到2 0 0 9 年初 基地供热 蒸汽 量将从原来1 8 0 t h 猛增到8 0 2 6 t h 这样 长海 江南发电厂现有热电联产机组的供热 蒸汽 能力以及第一期供热管网 系统均已远远满足不了产业基地的需求 因此 为满足产业基地新增用热 蒸汽 需 求 必须扩大长海电厂现有热源设施以及产业基地区域管网系统的规模 3 纺织产业基地供热扩模工程 纺织产业基地供热扩模工程将依据产业基地供热工程二期规赳对供热热源点的 设施和基地区域管网系统进行扩模 扩模工程主要包括两部份 第一部份是增加敷设由长海电厂至纺织产业基地的蒸汽管 1 2 采用双膜 混床系统处理热电厂锅炉补给水工程研究 道 即供热管网 第二部份是在长海电厂新建燃水煤浆锅炉及相应的供热设施 供热扩模工程将由南海长海发电有限公司负责投资 供热扩模工程完成后 长海发电 厂对外供热能力将达到5 0 0 t h 加上江南发电厂后两发电厂向西樵产业基地供热能力 将由现在的2 0 0 t h 提高到6 5 0 t h 供热扩模工程每年增加供热量为2 6 0 万吨 同时增 加供电量约4 0 5 亿度 2 1 2 炉机建设规模及主要参数 本期工程炉机建设规模为l 炉1 机1 台6 7 0 t h 高温高压燃水煤浆锅j 炉 l 台7 5 m w 高温高压抽汽背压式汽轮发电机组 1 锅炉 型式 高温高压燃水煤浆锅炉 最大连续出力 6 7 0t h 过热蒸汽压力 9 8 1m p a 过热蒸汽温度 5 4 0 2 汽轮机 型号 c b 7 5 8 8 3 4 4 1 2 7 5 型高温高压抽汽背压式汽轮机 3 发电机 型号 q f j 7 5 2 型空冷发电机 2 2 锅炉补给水原有化学水处理工程概况 1 原有化学水处理系统概况 厂内原有化学水处理系统均采用传统的离子交换除盐技术 制水能力为 一级除 盐出水1 6 0 t h 和一级除盐 混床出水5 0 t h 工艺流程如下 1 一级除盐系统 水厂来有压自来水 升压泵 机械过滤器 阳离子交换器 脱碳器 中间水箱 中间水泵一阴离子交换器 树脂捕捉器 除盐水箱 除盐水泵 一主厂房 2 一级除盐 混床系统 水厂来有压自来水 升压泵 活性炭过滤器一阳离子交 换器 脱碳器 中间水箱 中间水泵 阴离子交换器 混合离子交换器 树脂捕捉 1 3 采用双膜 混床系统处理热电厂锅炉补给水工程研究 器 除盐水箱 除盐水泵 主厂房 根据供热扩模工程供热要求 厂内原有化学水处理系统制水能力是远不能满足机 组补水要求的 2 水源 长海电厂厂址地处珠江三角洲河网区 西江下游 西江是珠江的主要支流 多年 平均流量7 4 4 5 m a s 最大负流量为 4 5 8 0 m a s 水量充沛 历年各月最小日平均流量 也有5 2 5 m 3 s 电厂厂址所在位置江面大于1 0 0 0 m 正常水深达7m 8 m 取水口河 段过水断面有冲有淤 多年对比变化不大 但总的趋势是淤 河水在枯水期受潮水上 涨顶托时会出现负流向 但仍属淡水水源 1 水源水 水源水为西江水 水质分析报告见表2 1 表2 1 水源水水质分析报告 采样时间 2 0 0 7 4 2 4分析时间 2 0 0 7 4 2 5 3 0 分析项目结果分析项目结果 全固体q g m g l 1 8 0 4 0镁离子m 9 2 m g l 4 5 2 溶解性固体r g m g l 1 6 0 8 0铁离子f e 2 m g l 0 0 8 灼烧减少圆形物 m g l 2 6 8 0铁离子f c a m g l 0 7 1 悬浮性固体x g m g l 1 9 6 0铝离子a l 弘 m g l 0 2 3 总硬度y d l 2 c a q m 矿 m m o v l 2 1 2 氨离子n i h m g l 0 0 3 碳酸盐硬度1 2 c a 2 m 9 2 b m m o v l 1 4 4 氯离子c r m g l 7 7 2 非碳酸盐硬度1 2 c a 2 m 季 m m o l m 0 6 8硫酸根s 0 4 2 q m e l 3 1 6 2 总碱度j d m m o l l 1 6 7 碳酸氢根h c 0 3 i m e l 1 0 2 0 7 甲基橙碱度 m m o l l 1 6 7 铜离子c u 2 m g l 0 0 0 0 1 酚酞碱度 mmovl 0硝酸根n 0 3 m e l 5 7 1 游离c 0 2 m g l 5 5 9 亚硝酸根n 0 2 m g l 0 4 6 1 4 采用双膜 混床系统处理热电厂锅炉补给水工程研究 全硅s i 0 2 m g l 6 6 1 溶解氧d 0 2 m g l 6 5 8 活性硅 m g l 5 8 0 电导率d d 2 5 x 2 1 a s e m 2 4 6 胶体硅 m l 0 8 1 p h 值 7 5 8 化学耗氧量c o d m n 法 r a g l 2 0 8氢氧根o h m e l 0 钾离子k m g l 3 2 5 磷酸根p o m g l o 0 0 5 钠离子n a m g l 10 9 9 铁铝氧化物r 2 0 a m g l 1 5 6 钙离子c a 2 m g l 3 5 0 2 腐植酸盐f y m g l o 2 3 2 自来水 西江水源经过混凝加药 澄清 过滤和消毒等处理工艺后 作为锅炉补给水处理 系统的进水 系统进水水质分析报告参见表2 2 表2 2 自来水水质分析报告 采样时间 2 0 0 7 5 2 8分析时间 2 0 0 7 5 2 8 项目数值项目数值 p h 值 7 7 0 氟离子 r a g l 0 2 7 全固体 m g l 1 5 8 0 0 氯离子 m g l 7 5 8 悬浮固体 m g l 6 0 0 氨 m g l o 0 3 溶解性固体 m g l 15 2 0 0 游离二氧化碳 r a g l 3 7 2 全碱度 r e t o o l l 1 6 7 溶解氧 n a g l 8 5 0 酚酞碱度 r e t o o l l 0化学耗氧量 r a g l 1 3 2 全硬度 m i n o r l 2 2 5 全硅 m g l 5 2 1 碳酸盐硬度 m m o l l 1 4 0 活性 r a g l 4 9 8 非碳酸盐硬度 r e t o o l l o 8 5 胶体硅 m g l 0 2 3 1 5 采用双膜 混床系统处理热电厂锅炉补给水工程研究 钙离 子c m g l 3 7 7 0 重碳酸根 m g l 1 0 2 1 6 镁离 j c m g l 4 4 8 硫酸根 m g l 2 2 0 4 钠离子 r a g l 4 8 9 硝酸根 m g l 7 4 3 钾离子c r a g l 3 0 5 亚硝酸根 m g l 0 11 总铁离子 m g l o 0 1 浊度 n t o 0 3 5 水源水为地表水 硬度不高 主要为悬浮物 经过厂区自来水厂的处理后 基本 被去除 水样是在5 月份取的 属于丰水期阶段 所以大多数测试数据较好 但进行 工艺设计时 应考虑水质的季节性变化 丰水期和枯水期的水质变化往往会很大 2 3 锅炉补给水处理要求及扩容改造方案选择 2 3 1 锅炉补给水水质要求 原水经过各种方法净化处理后 用来补充火电厂汽水损失的水 称为锅炉补给水 为了防止发电厂水汽系统 如锅炉 过热器 汽轮机 高压及低压加热器等 结垢 腐蚀和积盐 锅炉补给水应以不影响给水质量为标准 锅炉对给水水质要求与锅炉压 力有关 压力越高 对水质要求越严 根据本工程机组参数 锅炉补给水质量应达到 以下标准 硬度 0g m o f l 二氧化硅 s 2 0 腿几 电导率 2 5 c s0 2p s c m 2 3 2 锅炉补给水处理系统工艺方案概述 锅炉补给水按其处理方法的不同 可分为软化水 蒸馏水和除盐水等 无论用哪 种方法 作为锅炉补给水 都要将水中的所有悬浮物和胶体物质去除 并去除绝大部 分的溶解性物质 对于一个完整的锅炉补给水处理系统的工艺方案 一般分为三大工 艺单元 1 8 如下 一是 将水中的所有悬浮物和胶体物质去除 称为预处理或前处理 二是 将水中的大部分溶解性物质去除 称为主处理或除盐处理 前边讨论的除 1 6 采用双膜 混床系统处理热电厂锅炉补给水工程研究 盐工艺主要就是集中在这一部分 三是 将剩下的杂质再更精细的处理一番 以达到最终供水要求 称为深度处理 或后处理 预处理单元通常采用沉淀 介质过滤等传统工艺 它是保障后续除盐工艺稳定运 行的重要单元 现今 水源污染的情况时常发生 预处理单元的重要性越来越被设计 人员所重视 随着膜技术应用领域不断扩大 现在有很多除盐水项目的预处理工艺都 采用膜处理技术 如微滤或超滤 预处理工艺做好了 就能保证后续除盐工艺的稳定 和长周期 降低系统运行成本 除盐单元通常采用离子交换 蒸馏 反渗透等工艺 这一部分在工艺选择上十分 重要 根据水中的含盐量不同 选择合适的工艺 水中的盐含量由低到高分为如下几 种类型 表2 3 水的含盐量分类 深度处理部分通常是精脱盐处理工艺并辅助一些杀菌 消毒等防止二次污染的工 艺 目前 常用的精脱盐工艺有混合离子交换 e d i 等 由于水处