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反渗透技术在电厂水脱盐系统中的应用
       反渗透技术由于具有除盐率高(可达97%)、自控操作强等特点,在海水淡化、苦咸水脱盐、纯水制备等方面得到了广泛的应用,并产生了重大的社会和经济效益。特别是近年来,在电力行业锅炉补给水预脱盐方面应用较为广泛。

        1、反渗透在电力行业中的应用

       由于电力行业中电厂锅炉需用电导率<0.2μS/cm(电阻率>5MΩ·cm),SiO2<0.002mg/L的补给水,而二级反渗透出水电导率一般大于1μS/cm,故反渗透在电力行业一般用于锅炉补给水的预脱盐(一级脱盐)处理(见图1)。


反渗透在电力行业的应用工艺


      (1)反渗透+电去离子脱盐系统

       反渗透+电去离子(RO+EDI)脱盐系统是20世纪末发展起来的一种用于水处理的新型脱盐系统。该脱盐系统出水电导率一般为0.057~0.067μS/cm(电阻率为15~17.5MΩ·cm),系统出水水质完全满足电厂锅炉补给水的要求,是一种环保型的脱盐系统。与传统离子交换相比,具有出水水质稳定、连续生产、使用方便、无人值守、不用酸碱、不污染环境、占地面积小、运行经济等优点。

  由于RO+EDI脱盐系统具有一系列的优点,自从1986年EDI技术工业化以来,全世界已安装近2000套RO+EDI脱盐系统,尤其在制药、半导体、电力和表面冲洗等工业中得到了很大发展,同时在废水处理、饮料及微生物等领域也得到了广泛的应用。目前,国内已有近百套RO+EDI脱盐系统装置在运行,个别电厂也已开始试用。在电力行业,RO+EDI脱盐系统极具发展前途,随着EDI设备的发展及投资费用的降低,该脱盐系统必将成为电厂锅炉补给水脱盐系统的主流。反渗透技术也将成为其他技术不可替代的一种预脱盐技术。

      (2)反渗透+混合离子交换脱盐系统

        反渗透技术在反渗透+混合离子交换脱盐系统中的应用,起初是在电厂锅炉补给水离子交换脱盐系统改造中引入的。自从1934年发明离子交换树脂以来,离子交换技术就被应用到纯水制备方面,采用离子交换法可制得水质接近理论纯水的超纯水(电导率为0.055μS/cm,电阻率为18.2MΩ·cm)。但离子交换法却带来了树脂再生时产生的废酸碱造成的环境污染。反渗透技术的引入,使得废酸碱排放量与单用离子交换脱盐系统相比减少了90%,这是脱盐技术的一大进步。但近年来随着反渗透设备投资费用的降低,特别是1998年以后,国内大批电厂在原有离子交换脱盐系统改造中引入了反渗透技术,且有一种盲目跟上的趋势。笔者认为,反渗透技术的引入应结合本地区的水资源状况,原水水质特点并考虑制水成本,方可取得好的效果和收益。

        2、引入反渗透技术应考虑的因素

     
(1)工程投资和制水成本的比较

       本文结合中国铝业公司山东分公司自备电厂原离子交换脱盐系统引入反渗透技术的工程投资和制水成本的变化来说明这一问题。

      
(2)工程投资(设备及安装工程费)的比较

        对同规模反渗透+混合离子交换脱盐系统与离子交换脱盐系统(复床)建筑工程费基本相当,仅设备费及安装工程费相差较大,根据本实例工程投资(静态投资)分析,反渗透+混合离子交换脱盐系统设备及安装工程费每m3水投资不低于4.33万元人民币,离子交换脱盐系统(复床)设备及安装工程费每m3水投资不高于2.56万元人民币。对于产水量为200m3/h脱盐系统,反渗透+混合离子交换脱盐系统工程投资不小于986万元人民币,而离子交换脱盐系统(复床)工程投资一般在630万元人民币左右。

      
(3)制水成本的比较

        对同一种原水,离子交换脱盐系统与反渗透+混合离子交换脱盐系统的制水成本是不同的。该公司自备电厂原离子交换脱盐系统为复床(强酸氢型阳离子交换器+强碱氢氧型阴离子交换器)+混合离子交换器,产水能力为200m3/h,系统进水含盐量为630mg/L。2001年10月引入反渗透技术,形成反渗透+混合离子交换脱盐系统。现将系统改造前后相关运行情况及制水成本分别列于表1,表2,表3(表中物料的价格以32%的HCl530元/t,31%的烧碱530元/t,电费0.44元/(kW·h),原水3元/m3,阻垢剂8万元/t计)。
 

耗电量(万Kw·h/a

耗电费(万元/a)

耗酸量(t/a)

耗酸费(万元/a)

57.78

25.42

1658

87.9

耗碱量(t/a)

耗碱费(万元/a)

耗原水量(万m3/a

耗原水费(万元/a)

1802

95.5

194.5

583.4

注:再生周期18.1h,产水量175.2m3/a

表一:原离子交换脱盐系统相关情况

耗电量(万Kw·h/a

耗电费(万元/a)

耗酸量(t/a)

耗酸费(万元/a)

耗碱量(t/a)

耗碱费(万元/a)

26.3

11.58

83

4.4

90

4.8

注:再生周期362.h,产水量175.2m3/a

表二:改造后混合离子交换部分相关情况

耗电量(万Kw·h/a

耗电费(万元/a)

耗阻垢剂量(万t/a

耗阻垢剂费(万元/a

耗原水量(万m3/a

耗原水费(万元/a)

319

140

11.65

93

233

699

表三:改造后反渗透部分相关情况 

        从表中可以看出,系统改造后对于离子交换部分可以大大提高树脂的再生周期,降低了酸、碱耗量。但经统计,系统改造后每年各项费用增加160.56万元,制水成本增加0.92元/m3。比原系统的运行成本增加了约20%,分析原因主要有以下几个方面。

       ①反渗透系统能耗较高。原水需用高压升压后送入反渗透装置,能耗较高。目前,国内用于非高含盐量水的反渗透脱盐系统其电耗不低于1.6kW·h/m3,而国内已有的海水反渗透淡化系统电耗为5~6kW·h/m3。且国内用于非高含盐量水的反渗透脱盐系统一般没有采取浓水能量回收措施(能量透平装置或压力转换器),造成能量极大浪费。

       ②阻垢剂费用较高。反渗透装置浓水含盐量一般为原水含盐量的4倍,为防止浓水端出现诸如CaCO3,CaSO4浓度积大于其平衡溶解度指数时结晶析出而损坏膜元件,一般均在反渗透装置之前设置了阻垢剂投加装置。现国内常用的KingLee,Flocon,Argo等公司的阻垢剂均为进口产品,价格为8万元/t左右。

       ③水利用率较低。反渗透装置的水利用率一般为75%,同时其对进水水质要求较高(SDI≤5),致使原水预处理难度加大,这进一步降低了整套脱盐系统的水利用率,增加了原水耗量。

       ④清洗维修费用较大。保安过滤器滤芯在正常工作情况下,可维持3~4个月的使用寿命,需定期更换。反渗透膜组件受污染时,需进行化学清洗。

     
(4)结合原水水质的特点选择

        在电厂锅炉补给水脱盐系统中,是否在离子交换脱盐系统前引入反渗透预脱盐,应结合本地区的水资源状况及原水水质特点来决定。
 
        ①当原水含盐量不大于1000mg/L时,采用复床+混合离子交换脱盐是比较经济合理的。对于这种水,树脂再生周期一般不小于10h,再生操作劳动强度及再生频率也是可以接受的。若采用自动控制,离子交换脱盐将是一种最佳的选择。如果引入反渗透预脱盐,必将使后续离子交换脱盐系统再生周期极长,使其接近零负荷运行,造成投资加大,制水成本偏高。

       ②如原水含盐量为1000~4000mg/L,预脱盐是否采用反渗透法需与电渗析法进行经济比较确定。

       ③如原水含盐量大于4000mg/L且水质满足反渗透进水水质要求时,引入反渗透预脱盐是一种经济合理的方案。

       
3、结语

   反渗透是一种先进的脱盐技术,它具有脱盐率高、自控程度强等优点,在海水淡化、苦咸水脱盐、纯水制备等方面得到了广泛的应用。其与EDI配合,组成反渗透+电去离子脱盐系统,在电力行业将有广阔的发展前景。但由于其运行费用较高,在电厂锅炉补给水中反渗透+混合离子交换脱盐系统的应用应结合原水水质的情况并考虑制水成本来选择,否则盲目选用势必造成经济损失。

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作者:大河水网/发布日期:2008-7-4 15:49:00
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