试论电厂除盐水系统设计的优化

潘冠旭+黄盼+刘海蛟

摘 要：核电厂除盐水系统设计主要采用的是膜处理工艺和渗透-离子交换树脂工艺两种。但在实际的设计与应用中，两种工艺均存在一定的缺陷。笔者就自身工作经验，对两种工艺的优化设计进行分析，从成本技术以及能耗两个方面进行分析。

关键词：核电厂 全膜法 渗透技术 优化

中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）02（c）-0115-02

某核電厂在三期锅炉补给水和四期锅炉补给水上分别采用全膜工艺和渗透-离子交换树脂工艺。随着科技的发展，电厂全膜盐水处理法已经趋于成熟，反渗透元件的比例也在不断增加，保证了除盐水出水水质。但在相关技术上，还需要进一步优化，我们将两种工艺的优化过程分析如下。

1 全膜法和渗透-离子交换树脂法简介

1.1 两种方案的概念及使用

全膜法主要应用于某厂的三期锅炉补给水处理过程中，处理盐水体积为228 m3/h，以电化学除盐为主要工艺技术，经过一级渗透和二级渗透两个过程。在设计上，全膜法充分考虑了渗透浓水和EDI浓水的回收再利用问题，提高了发电水利用率。由于该厂在用水上选择的是自然水，近年来环境的破坏已经严重影响了水质，因此在核电厂水处理过程中，要增加砂滤池来降低反渗透技术造成的膜污染。反渗透-离子交换树脂工艺是该厂的四期工程锅炉盐水处理过程，处理盐水体积为228 m3/h。工艺流程与全膜法基本保持一致，经过一级反渗透和超滤过程。超滤反洗水回收至预处理沉淀池使系统的回收率得以提高，在同一盐水处理体积下，对两种方案的优缺点进行比较，促进核电厂除盐水系统的优化。

1.2 两种方法的比较与优化

将两种方案按上文顺序分别命名为方案1和方案2。在成本支出上，方案1的预处理水量更大，设备费用高于方案2，并且产生一定的辅汽加热费用。而方案2的主要费用体现在水处理过程中的药剂量，水处理量越大时，药剂成本越大，并且当废水需要再处理时，方案2的成本就会远高于方案1。其中，在人力成本上、运行维修成本上，两种方案的差别不大，通常方案1的费用略高。分别对两种方案的成本结构进行分析发现，方案1的主要成本依然在传统的人工费用、设备维护费用以及电费上，其中电费约占整体费用的40%，系统的自动化程度不高。而方案2的成本主要集中于药剂和再生废水的处理，且处理时间较长。总之，两种方案各具优势，目前全膜法的应用较为广泛，这与其简单的处理方式有关，但两种方法均存在优化空间。

2 电厂除盐水系统设计优化

我们主要针对两种方案的优势和劣势来分析盐水系统的设计，致力于提高系统的EDI回收率。对方案2而言，主要是降低药剂成本，改善药剂作用，增加辅助设备都是可行的方法。另外渗透技术对于水温有一定要求，还要合理调节水温度来降低单位面积的反渗透能力。对于方案1，在基础建设上要注重监工，尽量将成本降到最低，来实现电厂的可持续发电，具体的优化过程如下文分析。

2.1 水温

水温的合理性将决定渗透膜的性能，温度过高，处理产量提高，但处理质量将受到影响。水温过低，反渗透能力降低，同样影响除盐过程。根据要求，在除盐过程中水温也保持在20 ℃，需要辅汽系统来维持温度。但对电厂而言，还要考虑到成本问题，辅汽的成本通常较高，增设辅汽装置将大大提高成本，因此最佳办法是维持低温状况并设计膜系统，提高系统的反渗透能力。尤其是对于一级渗透和二级渗透，可以在温度5 ℃下操作，对温度和环境的要求均不高，因此不仅提高了效率，也从整体上降低了成本。全膜法以低压膜为主要材料，不仅可以在低温环境下工作，同时可以将压力控制在一定范围内，对于系统运行成本和维护成本的降低都具有积极作用。

2.2 能耗节约

利用全膜法后，电费的比例较大，尤其是反渗透增压泵的使用大大提高了电费。因此要采用一定的方法来降低反渗透膜的压力，进水压力减少是控制电量消耗的主要方式之一。将方案1的一级渗透膜和二级渗透膜分别改换为陶氏FILMTECTM XFRLE-400/34i膜元件和陶氏FILMTECTM HRLE-440i膜元件，结果表明，能耗明显降低。但是在除盐水水质上，低压膜的处理效果并不理想，脱盐率较低。改进后的二级渗透膜具有除硅离子功能，且降低了盐水的EDI指数，依然可以满足目前核电厂的用水水质需求。

2.3 排列比

在传统的反渗透膜设计中，笔者认为提高回收率必须要增加系统级内段数，因此将反渗透系统设计为3段。但只要提高一级反渗透系统的水质处理能力，完全可以采用二段式渗透膜处理方案，并且在除盐过程中可以逐渐提高回收率，保证循环水处理过程。这就要求对上述两种工艺的排列比进行优化，但由于反渗透系统受到很多因素的影响，比如温度的波动。因此水泵的选择只能大体上满足管道曲线的设计需求。另外，从节能优化上，通过调整进水泵的频率可有效解决。此次我们采取了原水泵变频的方式，结果每吨位的盐水处理就可以节约能耗0.2～0.3 kW·h/m3 ，可见适当降低水压有助于节约能耗。

2.4 低压膜产水水质

优化后的系统EDI工作参数和离子交换床明显优于未优化的设备，通过我们计算出的EDI指数就可以说明。反渗透膜具有一定的生命周期，一般为5年，而改进后的渗透膜在工作年限内的除盐能力明显提高。地下渗透膜的出水水质也较之前有所提高。而对于方案2的优化虽然没有在除盐能力上有所改变，但在成本控制上起到了较好的效果，因此是值得推荐的方案。

3 结语

从我国核电厂的运行现状看，除盐水技术对企业来说是十分重要的。目前的除盐水系统中，主要采取全膜法和渗透-离子交换树脂法来处理盐水，但传统的技术在成本上、能耗上和除盐效果上均存在一定的弊端。笔者将两种方案进行了对比，发现两种方式各有优势和劣势，并提倡通过一系列措施来对两种方案进行优化。优化方式包括渗透膜的更换，低压渗透膜对于除盐效果具有十分理想的效果。另外，还包括对加热位置的优化。通过相关工艺处理后，除盐成本明显降低。综合两种方法，全膜法的应用更为广泛，因此应通过工艺设计和管理来进一步优化全膜除盐法，提高除盐效率，并降低成本。

参考文献

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