电去离子技术在电厂中的应用

1、132电去离子技术在电厂中的应用王仁雷1,孙心利1,何彩燕1,张义敏21.河北省电力研究院,河北石家庄0500212.晋州秸秆电厂,河北石家庄052260摘要简要介绍了晋州秸秆电厂锅炉补给水处理工艺及电去离子(EDI 技术的原理和运行特点,并对进水水质、浓水流量及电导率,以及操作电流对EDI 运行效果的影响进行了分析。结果表明,应根据系统的实际运行情况,及时调整各运行参数,以满足机组对补给水的质量要求。关键词电厂;锅炉补给水;电去离子技术;深井水中图分类号TU991.2文献标识码B 文章编号100223364(20081120132204作者简介:王仁雷(19802,男,浙江宁波人,2006年

2、毕业于重庆大学,硕士,主要从事电厂化学研究。E 2mail :wangrlcqu 晋州秸秆电厂12MW 机组锅炉补给水处理系统出力为2×22m 3/h ,水源为晋州市附近地下深井水(表1,采用超滤加2级反渗透(RO 加EDI 处理工艺。表1地下深井水水质指标项目数值1/2Ca 2+/mg L -142.51/2Mg 2+/mg L -115.1K +/mg L -1 2.2Na +/mg L -147.1p H8.1化学耗氧量/mg L -10.5HCO -3/mg L -1266.01/2SO 2-4/mg L -128.8Cl -/mg L -115.6NO -3/mg L -1

3、1.2活性SiO 2/mg L -120.0F -/mg L -10.321锅炉补给水处理系统该电厂锅炉补给水处理系统采用PL C 程序控制,其工艺流程为:地下深井水生水箱生水泵自动反洗过滤器超滤装置超滤水箱超滤输送泵保安过滤器1级RO 高压泵1级RO 装置1级淡水箱2级RO 高压泵2级RO 装置2级淡水箱EDI 给水泵EDI 装置除盐水箱。补给水预处理采用机械过滤和超滤工艺。机械过滤采用自动反洗过滤器,运行周期由过滤器进出口压差和进水流量控制;超滤通过变频恒水量控制,以全流过滤、频繁反洗的自动循环方式运行。预脱盐系统设置2级RO 装置,第1级RO 装置膜组件排列方式为32,回收率为75%;第

4、2级RO 装置膜组件排列方式为31,回收率为90%。该系统主要设备如表2所示,其中EDI 装置分为2组,每组11个模块,共22个模块,出力为2×22m 3/h ,回收率为95%。表2锅炉补给水处理系统主要设备设备名称规格流量Q /m 3h -1数量生产厂自动反洗过滤器CTF 2S302M3382台以色列AMIAD 公司超滤装置SFR2860342套浙江欧美环境公司1级RO 装置272套1级RO 膜元件L FC3回收率75%60支美国海德能公司1级RO 压力容器300psi (6支装10根美国CODL IN E 公司2级RO 装置242套2级RO 膜元件CPA4回收率90%48支美国海

5、德能公司2级RO 压力容器300psi (6支装8根美国CODL IN E 公司EDI 装置EDI 22型222套河北电力设备厂2EDI 装置运行情况EDI 是将电渗析与离子交换有机结合的膜分离技术,构造类似电渗析器。EDI 在淡水室中填充有阴阳离子交换树脂,其工作原理如图1所示。 图1E DI 装置工作原理 EDI 装置中,离子交换树脂的导电性能比其接触的高纯度水高2到3个数量级,因此从溶液到膜面的离子迁移由树脂来完成。水中离子首先吸附在树脂颗粒上,再经树脂颗粒构成的“离子传播通道”迁移到膜表面并透过其进入浓水室。同时,在树脂、膜与水相接触的界面处,界面扩散中的极化使水解离为氢离子和氢氧根离

6、子。它们除小部分形成负载电流外,大部分起到树脂再生的作用,使离子交换、离子迁移、电再生3个过程相伴发生,相互促进,从而达到连续脱除离子的目的。EDI 装置对离子的脱除顺序与离子交换树脂对离子的吸附顺序相同,离子交换树脂沿淡水的流向可分为3层:第1层为饱和树脂层,第2层为混合树脂层,第3层为保护树脂层。饱和树脂层主要起吸附和迁移大部分电解质的作用,混合树脂层则承担去除弱电解质等较难去除的离子任务,而保护树脂层树脂则处于较高的活化状态,起到最终纯化水的作用。晋州秸秆电厂EDI 装置采用浓水循环方式,其进水分为2路,其中大部分由模块下部流入淡水室中进行脱盐,其余作为浓水循环回路的补充水。浓水从模块的

7、浓水室流出,经浓水循环泵升压后送入模块的下部再次分流后(浓水压力应低于淡水压力(0.040.07M Pa ,以避免膜两侧压力失衡造成渗漏,其中大部分进入淡水室,继续参与浓水循环,其余进入极水室作为电解液,电解后携带电极反应的产物和热量排放。整个系统无独立的浓水排放点。EDI 装置最初调试时,模块处于再生状态,每组模块给定电流为40A ,采用稳流运行模式,初始电压为160V 左右。通电后浓水电导率迅速升高,电压随之缓慢降低,当浓水电导率升到1100S/cm 时,增大极水排放量,同时浓水循环泵排出部分浓水,此时浓水电导率不再升高。模块持续再生90h 后,浓水电导率降至200S/cm ,模块再生结束

8、,系统投入正常运行。正常运行后,调整浓水循环流量为3m 3/h ,极水排放流量为1m 3/h ,进水流量为23m 3/h ,进水与产水压差、浓水进出口压差均调节至给定值,此时产水量为22m 3/h ,电流为25A ,电压在(90105V 范围内。再对浓水循环泵出口处的浓水加盐,以提高其电导率(浓水电导率维持在(110140S/cm 之间,从而在确保产水水质的同时降低系统的耗电量。EDI 装置具体运行参数如表3所示。经过1年的运行,EDI 装置的产水电导率一直稳定在(0.060.08S/cm 之间,产水硅含量始终小于10g/L ,产水水质优于传统的水处理系统,完全符合锅炉补给水对水质的要求。表3

9、E DI装置运行参数项目数值进水电导率/Scm-1 1.3产水电导率/Scm-10.07浓水电导率/Scm-1121产水硅/gL-18.0产水流量/m3h-122浓水流量/m3h-13极水流量/m3h-11回收率/%95进水压力/MPa0.16产水压力/MPa0.09浓水进口压力/MPa0.10浓水出口压力/MPa0.053EDI运行影响因素的分析3.1进水水质(1进水电导率对产水电导率的影响。在一定的操作电流下,随着进水电导率的增加,EDI产水电导率增加。当进水电导率在一定范围内时,产水水质变化并不明显,一旦其超过某一范围,会因进水中离子显著增多,水的导电能力增强,极化趋势和水解离程度减弱,

10、生成的H+和O H-减少,导致树脂再生效果差,甚,从而引起产水水质恶化。(2进水硬度对回收率的影响。淡水室阴膜极化产生的O H-在浓水室中向阳极方向定向移动,使浓水室的阴膜表面保持较高的p H值,导致淡水室中透过阳膜的Ca2+和Mg2+极易沉淀,另外阴极表面由于水电解产生的O H-,也使阴极区p H值较高。因此,在进水硬度高的条件下,必须降低水的回收率,从而有效控制浓水室的结垢。(3进水中的CO2对EDI产水水质的影响。CO2进入EDI组件后,与水电解产生的O H-结合产生如下反应:CO2+O H-=HCO-3HCO-3+O H-=CO2-3+H2OCO2-3是弱电解质,它的存在会干扰EDI对

11、HSiO-3等弱电解质离子的去除。过高的CO2可通过调整RO进水的p H值或对RO产水脱气的方式去除。秸秆电厂EDI装置的进水水质要求如表4所示。预处理和预除盐系统的正常运行是保证EDI装置进水水质合格的关键,其RO的出水水质如表5所示。由表4、表5可以看出,1级RO设备出水的电导率及硬度已满足EDI装置的进水要求,但考虑到今后的水源是城市污水再生水,水质较杂,故增加了2级RO设备。在RO出水基本无硬度的情况下,该EDI的回收率设定为95%,其运行状态稳定。表4E DI进水水质要求项目数值进水电导率/Scm-1<30p H 6.09.0硬度/mgL-1<1.0活性硅/mgL-1&l

12、t;0.5游离氯/mgL-1<0.05浊度/N TU 1.0铁锰离子/mgL-1<0.01水温/540CO2/mgL-1<5总有机碳/mgL-1<0.5表5R O系统出水水质项目1级RO2级RO进水污染指数0.7进水电导率/Scm-1450 3.5产水电导率/Scm-1 3.5 1.3产水硬度/mgL-1003.2浓水流量及电导率(1对产水水质的影响。调试中发现,减小浓水流量,可以提高系统的电流(稳流运行时还可降低系统电压,并能在一定程度上提高产水水质。在恒压工况下,浓水流量越小,则其含盐量越高,电导率越大,使浓水室电压相应降低,而淡水室电压增加,这样浓水更易于分解生成

13、H+和O H-,从而提高产水水质。但是,浓水流量过小会造成膜两侧浓度差过大,形成浓差扩散,影响产水水质。另外,运行过程中浓水室阴膜表面处的p H值较高,浓水中的成垢物质在低流速下会引起结垢,同时会引起EDI装置组件因极水室过热而变形损坏,所以运行时要求浓水流量为进水流量的5%10%。(2对产水电导率的影响。运行中淡水所有被去除的离子最终会汇集到浓水中,使浓水的电导率持续升高。调试发现,当浓水电导率在(100200S/cm 时,产水电导率相对稳定;当浓水电导率低于100S/ cm时,产水电导率持续上升。因为浓水电导率越低,产水水质越差,所以浓水电导率必须维持在一定范围134内,以保证EDI装置组

14、件有足够的电流通过。浓水电导率大于140S/cm时,产水电导率变化趋于平缓(稳流情况下电压有所下降,如果进水电导率较低,采用浓水循环方式也无法满足要求时,就需向浓水循环系统中加盐以提高浓水电导率。同时,还需考虑耗盐量及浓差扩散的问题。因此,在运行中可通过保持较大的浓水流量,降低EDI装置进水硬度,适当增加浓水电导率的方法来维持EDI系统具有较高的电流和产水水质。3.3操作电流EDI装置与电渗析不同,除盐过程中会发生极化现象,即在水与离子交换膜或树脂的界面上发生水的解离反应,生成大量的H+和O H-离子,使树脂不断得到再生。因此,EDI装置设有工作电流下限,且该工作电流必须大于发生极化现象时的极

15、限电流,它的确定与进水水质、膜及树脂性能和组件结构有关。理论上系统电流越大,产水水质越好,因为在较大的电流下,参与电子流迁移的离子也较多,这使得更多的盐份离子从淡水室迁移至浓水室。同时,淡水室中水的解离度也会增大,产生的H+和O H-离子数量增多,树脂的再生效果提高,从而使产水的电导率减小。但是,当电流增大到一定值时,淡水室离子交换和树脂再生达到极限,电流继续增大已无法降低产水电导率,反而,导致产水水质降低。同时极室中还会产生大量的氢气和氧气,也不利于EDI装置的正常运行。因此,电流的调节应以产水水质最佳为目的,即在产水水质达到要求的前提下电流越小越好。为了降低设备运行电耗,在其它运行条件不变

16、的情况下改变操作电流,产水电导率的变化如表6所示。当每组EDI装置操作电流在(1525A之间时,产水电导率均能保证在0.08S/cm以下。为此,建议EDI 装置正常运行时每个模块供电电流设定为(1.52.0 A之间,当模块出水不合格需要再生时,每个模块再生电流可设定为(35A之间。表6E DI装置操作电流试验数据试验编号操作电流/A操作电压/V产水电导率/Scm-1115600.075220800.0733251000.0684结论晋州秸秆电厂的运行结果表明,在进水水质满足设计要求的条件下,采用超滤加2级RO加EDI工艺处理地下深井水,可使产水水质维持稳定,满足锅炉补给水对水质的要求。EDI装

17、置的进水水质、浓水流量和电导率、操作电流等是影响EDI装置正常运行的重要因素。应当根据实际情况调整各个参数以及它们之间的关系。参考文献1李志军,夏中明,周柏青.EDI连续脱盐机理的研究J.工业用水与废水,2004,35(4:15217,22.2王方,杨斌斌,杨建.电去离子净水设备的最佳工作参数J.工业水处理,2004,24(10:24226.3李福勤,张先,唐跃刚.电去离子技术去除弱电解质的影响因素J.中国给水排水,2005,21(7:39242.4张胜昔,张华政,张雋.电去离子EDI系统的运行管理J.热力发电,2007(6:1152118.APPL ICATION OF E L ECTRO2

18、DEIONIZATION TECHNOLOG YIN POWER PLANTWAN G Ren2lei1,SUN Xin2li1,H E Cai2yan1,ZHAN G Y i2min21.Hebei Provincial Elect ric Power Research Instit ute,Shijiazhuang050021,Hebei Province,PRC2.Jinzhou St raw Power Plant,Shijiazhuang052260,Hebei Province,PRCAbstract:The boilers make2up water treatment technology as well as the principle and operation featurs of electro2deionization(EDI technology in Jinzhou Straw Power Plant has been briefly presented,and the influence of intaking water quality,the flowrate and con2 ductivity of concentrated water,as well as operating current upon