热力发电厂水处理论文

热力发电厂水处理

摘要：目前电厂用水水源主要有两种：地表水和地下水。其水质是指水和其中杂质共同表现出来的综合特性，也就是常说的水的质量。表示水中杂质个体成分或整体性质的项目成为水质指标，它是衡量水质好坏的参数。膜技术是一项具有巨大潜力的实用性技术,反渗透技术的核心是反渗透膜,这是一种用高分子材料制成的、具有选择性半透性质的薄膜。

关键词：电厂水处理水质分析膜分离技术

热力发电厂中,由于汽水品质不良,会引起热力设备结垢和腐蚀,引起过热器和汽轮机积盐,为了保证热力系统中有良好的水质,必须对水进行适当的净化处理和严格地监督汽水质量,确保发电厂热力设备安全、经济运行。全球淡水资源短缺问题日趋严重，使中水回用成为解决水资源问题的有效途径。近年来，随着电力建设的高速发展，作为用水大户的火电厂已将循环冷却系统用水放在城市中水回用和“零排放”。虽然中水经二级处理后已经去除了大部分的SS、COD、BOD、色度、浊度，但是，由于中水、成分复杂、千变万化给回用工程带来了诸多问题和影响。当前，在火电厂中水深度处理和回技术中还存在一些技术难题，需要进一步研究和解决。

1.锅炉水处理对锅炉能效的影响因素

1.1 锅炉水处理原理因素

当前我国锅炉水处理可分为锅外水、锅内水处理两个环节,二者的目的均是防止锅炉的腐蚀、结垢。锅外水重点在于水的软化,以物理、化学及电化学处理方法去除原水中存在的钙、氧、镁硬度盐等杂质;而锅内水则以工业药剂添加为主要处理手段。作为锅炉水处理关键性环节的锅外水处理包含3个部分,其中,预处理、除氧处理的应用较少,效果不尽理想,而软化处理所采用的钠离子交换法在阴离子HCO3-的去除上难以完成预期目标,水的碱度不能有效降低。

1.2 水质对锅炉能效的关键性影响

水处理不当造成的水质问题往往会引发锅炉结垢、腐蚀以及排污率增大等现象,导致锅炉热效率下降,而锅炉热效率每个百分点的下降都会增加1.2~1.5的能耗。

首先,结垢对锅炉能效的影响。锅炉结垢可分为硫酸盐、碳酸盐、硅酸盐水垢以及混合水垢,其导热性能相较于普通锅炉钢,仅为后者的1/20~1/240。由傅立叶公式推导可知,结垢会极大降低锅炉传热性能,使燃烧热量为排烟所带走,造成锅炉出力、蒸汽品质的下降,通常而言,1mm结垢会造成3%~5%的燃煤损失;其次,锅炉排污率的影响。如前文对水处理原理的分析,目前软化处理中采用的钠离子交换法无法完成除碱目标,为保障受压元件免受腐蚀,工业锅炉需通过排污及锅内水处理加以控制,确保原水碱度达标。因此,我国工业锅炉排污率长期保持在10%~20%之间,而排污率每增长1%,就会造成燃料损耗增长0.3%~1%,锅炉能效严重受限;再次,汽水共腾造成的蒸汽含盐量上升也会造成设备损害及锅炉能耗的增加。

1.3 热力除氧效率偏低造成的热量损耗

受工艺技术的影响,容量较大的工业锅炉通常需要安装热力除氧器。其应用普遍存在这些问题:第一,大量蒸汽的耗费降低了锅炉热量的有效利用率;第二,锅炉给水温度与省煤器平均水温的温差增大,致使排烟热损失的增加。

2.电厂水处理的几种基本除杂方法

2.1水的混凝

天然水中含有泥沙、粘土、腐殖质等悬浮物和胶体，在对原水进行深度处理之前，必须除去他们。尺寸较小的悬浮物和胶体可以通过混凝处理使他们聚集成大颗粒而除去。混凝就是向水中投加化学药剂，削弱这些物质的稳定性而沉淀。

2.2沉淀与澄清

固体颗粒在水中的沉降受到许多因素的影响，包括颗粒本身的特性、水的密度和粘度、水中悬浮物含量和水流状态等。

2.3过滤

水经过澄清处理后，还不能直接送入后续除盐系统，还要先进行过滤处理。在重力或压力差作用下，水通过多孔材料层的孔道，而悬浮物被截留在截至上。用于过滤的多孔材料称为滤料或过滤介质。

2.4反渗透除盐

在一定温度下，用一张易透水而难透盐的半透膜将淡水与盐水隔开，由于淡水中的化学位高，水分子会自动的从左边的淡水室穿透半透膜向右边盐室转移。

2.5离子交换除盐

除去水中离子态杂质最为普遍的方法是离子交换法。离子交换法是指当某些材料遇水时，能将本身具有的离子与水中带同类电荷的离子进行交换反应的方法。

3.几种常见的电厂水处理方法

3.1循环冷却水处理

用水来冷却工艺介质的系统称作冷却水系统。冷却水系统通常有三种：直排式冷却水系统、密闭式循环冷却水系统、和敞开式循环冷却水系统。在发电厂中的循环冷却系统中，凝汽器是主要的换热设备。它的作用是将汽轮机的排气冷却称为凝结水，送回热力系统继续循环使用。凝汽器的传热性能可用凝汽器的真空度和端差表示。

3.2凝结水精处理

发电厂锅炉的给水由汽轮机凝结水和化学补给水组成，其中凝结水的水量占给水总量的绝大部分。所以，给水质量不仅取决于补给水的水质，还取决于凝结水的水质。由于现代高参数机组对给水的水质要求很高，故凝结水还必须进行深度处理。由于这是对杂质含量很低的水进行处理，因此称为凝结水精处理。

4.膜分离技术简介

膜分离技术的发展给废水处理和提制纯水提供了新的解决方案。膜分离技术是一类技术的总称,和水处理有关的主要包括反渗透、微滤、超滤、钠滤以及电除盐等。其原理均是利用特定材料,选择性地分离水和水中的杂质。锅炉补给水制备工艺中,可采用反渗透技术替代阳阴床一级除盐,用EDI技术替代混床离子交换,其流程为:原水→预处理→反渗透(RO)→电除盐(EDI)→锅炉补给水。即通过膜分离技术可以从预处理后的原水生成出可用的锅炉补给水。

膜技术中的反渗透技术实质上是一种横流过滤技术,它与一般过滤技术不同点在于:一般过滤技术是采用垂直过滤,需过滤液体全部流过过滤介质,过滤介质中截留液体中的悬浮物和胶体;而反渗透技术则是需过滤液体横向流过反渗透膜,部分水在压力的作用下透过反渗透膜被淡化形成产品水。反渗透技术可有效的滤除有机物、溶质等杂质。

5．膜技术技术在电厂水处理中的应用

预处理的主要目的是滤除原水中的机械杂质,如泥沙、植物、有机物等。多介质过滤器可以保证进水浊度低于2mg/L,活性炭过滤器保证有机物COD低于2mg/L,钠离子交换器用以控制进水硬度,以保证反渗透及EDI装置的进水硬度进而保证其长期稳定运行。 EDI结合电渗析技术与离子交换技术,从而无需盐碱即可去除离子。某电厂采用了GE 公司的设备,其出水水质可以达到以下标准:硬度≈0、二氧化硅<10μg/L、电导率(25℃)<0.1μS/cm。实际应用中,电导率一直低于0.1μS/cm,足以满足锅炉用水0.2μS/cm的要求,可以直接作为锅炉补充水使用。

反渗透装置可以去除绝大部分的无机盐、有机物和微生物,从而达到EDI对进水水质的要求,不同的EDI对进水水质的要求不尽相同。

6.膜技术在电厂水处理应用中的新发展

在以前的大量应用中,都是采用了案例中“预处理→反渗透→EDI电除盐”的工艺流程。随着膜技术的发展,超滤(UF)和微滤(MF)作预处理过程的替代将三个步骤全部采用膜技术。超滤和微滤也是一种压力型驱动膜,但其分离原理与反渗透膜不同,基本上属于多孔膜上的机械截留,用以分离范围为大分子物质、病毒、胶体等,表征其分离性能的指标通是截留分子量,如截留分子量为10万,表示水中分子量大于10万的物质基本上都无法透过膜,被截留在膜面。经试验和实际运行检验,微滤作为预处理装置,其后反渗透的产水量比澄清、过滤预处理系统提高了15% 25%,可将反渗透膜的污染降低到最低水平,因此反渗透膜化学清洗次数可从每月1次降到每年1次或更少。如果考虑预处理工艺出水水质对后续反渗透膜的寿命影响,可以大幅延长反渗透膜的寿命,从而降低维修、清理、更换方面的成本。据研究,“MF-RO-EDI”全膜工艺进行除盐试验,其出水硬度、活性硅、电导率等参数均能满足电厂超高压、亚临界锅炉的补水水质要求。

7.结束语

工业锅炉水处理对锅炉能耗的影响极为明显,针对水处理环节的节能降耗是一项系统工程。笔者以为,这一改造应与锅炉的整体技术革新相配合,通过对节能潜力的详细分析,制定具有针对性的措施,实现节能效果的最优化。

我国反渗透膜的性能及膜的投资费用是膜技术在电厂中迅速推广应用的主要障碍。随着反渗透膜新材料的研究及其制造成本的不断下降,以及运行经验的不断积累,反渗透的投资和运行费用会不断降低。但应当注意到,随着水资源的日趋紧张以及环保等要求的逐步加强,膜技术必将在我国电厂水处理中取得越来越广泛的应用,从而创造更大的经济价值和社会价值。

参考文献

1.周柏青热力发电厂水处理中国电力出版社

2.曲书芳 EDI技术在发电行业化学水处理系统中的应用山东电力技术出版

3.郑体宽热力发电厂中国电力出版社