反渗透技术在电站锅炉水处理中的工程应用

佟得吉

（中国特种设备检测研究院，北京 100029）

近年来，我国工业发展速度较快，加大了电力需求，除了风能、太阳能等可再生能源应用开发以外，煤炭等资源是电能开发的主要能源，构建了较多电厂[1]。煤炭资源能量较大，可以满足大部分地区用电需求，所以我国以煤炭资源作为电能开发的主要资源[2]。然而，这种开发方式需要借助锅炉燃烧，对锅炉水质要求较高，如何处理电站锅炉水成为重点研究问题，本文将对此展开研究。

一、反渗透处理工艺

反渗透技术是一种借助过滤器、水箱、水泵等装置对原水进行高效处理的综合技术，多用于水质改善处理。本文将选取此项技术作为锅炉水质处理核心技术，如图1所示。

向生水箱中注入原水，开启生水泵，添加絮凝剂，经过多介质过滤器处理，利用阻垢剂阻止锅炉水生成水垢，将经过处理后的锅炉投放到保安过滤器中，开启高压泵，经过清洗处理，除碳，锅炉水流至中间水箱，开启中间水泵，借助混床，连接再生装置和除盐水箱，开启除盐水泵，生成用户用水[3]。在此过程中，利用罗茨风机去除空气罐中杂质，构建再生装置，此装置将作为混床及多介质过滤器辅助器具，完成锅炉水质处理。

图1 反渗透处理工艺流程图

二、基于反渗透技术的系统设计

本文将利用反渗透处理工艺，将多器具集中起来，构建一套锅炉水质处理系统，以此消除锅炉水中杂质，经过一系列处理，得到用户用水，达到提高水资源利用率的目的。

（一）系统组成及原理

本系统由多介质过滤器、添加混凝剂装置、添加阻垢剂控制机制、保安过滤器、反渗透装置、反渗透化学清洗机制、除二氧化碳器具、混床装置、再生装置九部分组成。

系统工作原理：利用混凝剂及多介质过滤器去除锅炉水中杂质，通过添加阻垢剂控制锅炉水状态，避免水中生成水垢，经过保安过滤器及反渗透化学清洗机制清洗滤除，去除锅炉水中碳，在混床装置、再生装置作用下，滤除水中盐，得到水质干净的用户用水。

（二）系统详细设计

1.多介质过滤器

该装置主要用于去除原水中颗粒性杂质，例如胶体、悬浮物等[4]。其中，无烟煤和石英砂是过滤器的核心成分，具有良好的滤除颗粒性杂质的作用。经过此装置处理后的原水浑浊度有所降低，出水SDI低于3，符合反渗透进水处理要求。

2.添加混凝剂装置

聚合氯化铝是此装置的核心部分，不仅沉降速度快、工作效率高，而且不容易受到其他因素影响，具有较好的稳定性。在水质处理应用中，能够有效吸附颗粒物质，滤除悬浮物[5]。

3.添加阻垢剂控制机制

系统下达压力驱动命令后，反渗透脱盐装置将纯水与溶解性盐分离开来，在水中形成物质分割界限，便于盐水分离。浓水端容易形成水垢，所以向其中添加阻垢剂，延缓易结垢时间，为后续处理赢得更多时间，在物质结垢前去除盐，得到纯净用水。

4.保安过滤器

该装置又称精滤器，利用此装置再次滤除原水中的悬浮物、胶体、颗粒等杂质，为反渗透膜与高压泵等装置提供安全运行环境，降低外界因素干扰，延长使用寿命[6]。

5.反渗透装置

本系统选取BW30-400/CPA3反渗透膜构建反渗透装置，在PLC控制下驱动运行。在实际应用中，为了便于操作，添加自动控制阀，用来操控反渗透装置启停。运行期间，装置自动产水冲洗，无需使用时，将其浸泡于淡水中，保养渗透膜。

6.反渗透化学清洗机制

为了延长渗透装置使用寿命，本系统添加了清洗机制，定期清洗反渗透装置。该机制由五部分组成，包括管件、仪表、过滤器、清洗水泵、清洗水箱[7]。

7.除二氧化碳器具

按照水质处理要求，水中二氧化碳含量不得高于5mg/L。由于反渗透膜在气体滤除方面性能较低，为了达到水质气体处理标准，本系统利用二氧化碳专属滤除器加以处理，以此降低阴离子交换树脂负荷，使其达到预期处理目标。

8.混床装置

该装置在系统中起到阴离子与阳离子交换作用，通过设置水质硬度，借助混床处理，控制水质阴离子与阳离子分布状态，从而达到控制水质电导率的目的，生成硬度达标的用水。

9.再生装置

再生装置是对原水浓度及流量进行调节的辅助装置，利用酸雾吸收器、酸碱喷射器、酸碱储蓄罐等装置控制再生液，使得浓度及流量在某一区间范围内恒定。

三、系统在电站锅炉水处理中的应用研究

本文将水质处理系统应用到华能长春热电厂锅炉水处理工程中进行探究，通过观察水处理效果，验证系统开发方案的可靠性。

（一）工程简介

华能长春热电厂锅炉水处理工程是对电站锅炉水杂质及水垢等进行处理，得到达标用水的水质处理工程。此工程水处理500m3/日，水质要求较高，传统的水质处理方式无法满足。本文将应用反渗透系统，通过污垢滤除等一系列处理，净化水源，使得水质各项指标达到标准。

（二）预处理

取PH为6.9～7.1的锅炉水原水，控制水温范围在20～25℃。利用多介质过滤器和絮凝剂加药装置组建预处理装置。利用此装置对锅炉水采取预处理，滤除颗粒状杂质，经过多次连续冲洗，降低水浊度。

本次实践应用实验，对系统预处理装置进行测试，经过60天的测试观察，装置过滤强度满足处理需求，反洗强度为14L/（s·m2）。对于气体的反洗，强度达到了17L/（s·m2），膨胀高度大约为50%，具有较高过滤性能。

（三）电站锅炉水处理

将经过预处理后的反渗透系统搭建于电站锅炉水处理环境中，设置反渗透膜元件通量为22.4L/（s·m2），出水与进水压差为0.1MPa，阻垢剂添加量为4mg/L，运行水质处理系统5天，对电站锅炉水进行处理，结果如表1所示。

通过观察表1中的数据可知，在反渗透系统控制下，锅炉水脱盐率在97.5%以上，满足锅炉水处理要求。

（四）工程效益分析

本文设计的锅炉水处理系统成本为3.52元/m3。其中，折旧费1.90元 /m3，药剂费0.22元 /m3，人工费0.41元/m3，电费0.99元/m3。在整个工程水质处理中，系统损耗电量费用和设备折旧费用较高，减少了药剂使用量，按照日处理锅炉水500m3计算，日耗费用1760元。而传统锅炉水处理装置日耗费用在2000元以上，并且污水处理超标情况频繁出现，不利于环境保护。所以，无论是费用消耗，还是环境保护，本文设计的反渗透系统优势更大一些，符合电站锅炉水处理要求。

四、总结

本文围绕电站锅炉水质处理问题展开研究，基于反渗透工艺原理，构建反渗透水质处理系统。以华能长春热电厂锅炉水处理工程为例，经过预处理后投入使用。应用结果表明，锅炉水脱盐率在97.5%以上，可以有效去除锅炉水中的杂质，生成用户用水。与传统锅炉水处理装置相比，反渗透系统装置成本更低，对提高企业经济效益有所帮助。

表1 反渗透系统锅炉水处理数据统计表