湯舟虹

（大唐華銀金竹山火力發(fā)電分公司)

簡(jiǎn)析電站鍋爐補(bǔ)給水一級(jí)除鹽方法

湯舟虹*

（大唐華銀金竹山火力發(fā)電分公司)

電站鍋爐補(bǔ)給水除鹽是保證機(jī)組安全、穩(wěn)定、連續(xù)、高效運(yùn)行的重要手段之一。以電站鍋爐補(bǔ)給水一級(jí)除鹽技術(shù)為研究對(duì)象，分析了離子交換法、反滲透法、電滲析法的發(fā)展歷史、工作原理、優(yōu)缺點(diǎn)等，并對(duì)比其經(jīng)濟(jì)性，探討其適宜的原水含鹽濃度。對(duì)新建電站鍋爐補(bǔ)給水一級(jí)除鹽方法的選擇提出了建議。

電站鍋爐 一級(jí)除鹽 離子交換法 反滲透法 電滲析法 補(bǔ)給水

0 前言

水是鍋爐進(jìn)行熱傳導(dǎo)的重要工質(zhì)，電站鍋爐各部件對(duì)水質(zhì)中的含鹽量要求較為嚴(yán)格，如含鹽量過(guò)高，極易造成排污增多、熱力設(shè)備 （水側(cè)金屬表面）結(jié)垢、腐蝕以及過(guò)熱器和汽輪機(jī)內(nèi)部積鹽等問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)甚至造成機(jī)組事故停機(jī)。因此補(bǔ)給水在進(jìn)入鍋爐前，必須進(jìn)行除鹽處理。電站鍋爐補(bǔ)給水一級(jí)除鹽方法較多，除常規(guī)的混凝、沉淀、過(guò)濾外，目前較為常見(jiàn)的一級(jí)除鹽技術(shù)主要有離子交換法、反滲透法、電滲析法等。本文旨在剖析以上三種方法的發(fā)展歷史、基本原理、優(yōu)缺點(diǎn)，比較各自的適用范圍、經(jīng)濟(jì)特性等，為新建電站鍋爐補(bǔ)給水一級(jí)除鹽水處理方法的選擇提供參考意見(jiàn)。

1 離子交換法

離子交換法始于19世紀(jì)中葉，在20世紀(jì)40年代得到了極大的發(fā)展。上世紀(jì)，國(guó)內(nèi)電站鍋爐絕大多數(shù)采用離子交換法作為補(bǔ)給水一級(jí)除鹽方法。它利用離子交換劑和水溶液中可交換的離子間發(fā)生符合某物質(zhì)的量規(guī)則的可逆性交換，分離出特定離子，達(dá)到除鹽的目的?？捎糜陔x子交換法的化學(xué)試劑品種很多，使用最普遍的是陽(yáng)離子交換樹(shù)脂和陰離子交換樹(shù)脂，簡(jiǎn)稱(chēng) “陽(yáng)樹(shù)脂”和 “陰樹(shù)脂”[1]。整個(gè)脫鹽過(guò)程是由H＋交換Na＋、Ca2＋等金屬陽(yáng)離子，OH-交換Cl-、SO42-等陰離子，交換下的 H＋和OH-結(jié)合生成水，從而達(dá)到去除鹽分、改善水質(zhì)的目的。

對(duì)于鍋爐補(bǔ)給水一級(jí)除鹽制備工藝而言，采用該技術(shù)的工作流程為：原水—預(yù)處理—陽(yáng)離子交換床—陰離子交換床—陰陽(yáng)離子混床—精處理—鍋爐補(bǔ)給水。在實(shí)際運(yùn)行中，往往采用動(dòng)態(tài)離子交換方式，即以一定體積的原水、以一定的速度通過(guò)離子交換劑進(jìn)行離子交換。

離子交換法操作復(fù)雜、運(yùn)行費(fèi)用高、自動(dòng)化程度低。從機(jī)理而言，該方法需要大量酸堿等化學(xué)試劑用于維持離子交換再生，并產(chǎn)生大量的廢再生液，其排放將嚴(yán)重污染環(huán)境。在環(huán)保要求日趨嚴(yán)格的當(dāng)下，離子交換法的應(yīng)用已越來(lái)越受到限制。

2 反滲透法

自上世紀(jì)70年代末開(kāi)始，我國(guó)已逐步在電廠水處理中引進(jìn)反滲透法。其基本原理如下：在某種驅(qū)動(dòng)力的作用下，利用特定膜材料的透過(guò)性能，實(shí)現(xiàn)對(duì)水中的離子、分子和雜質(zhì)的分離，從而獲得滿(mǎn)足一定品質(zhì)需求的水源。對(duì)于鍋爐補(bǔ)給水一級(jí)除鹽制備工藝而言，利用該技術(shù)進(jìn)行一級(jí)除鹽，其工作流程為：原水—預(yù)處理—一級(jí)反滲透—二級(jí)反滲透—精處理—鍋爐補(bǔ)給水。

早期的反滲透法一般遵循 “預(yù)處理—一級(jí)反滲透—二級(jí)反滲透”的工藝流程。隨著技術(shù)的發(fā)展，目前新型的膜技術(shù)中普遍采用超濾 (UF)和微濾(MF)技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的預(yù)處理過(guò)程。據(jù)文獻(xiàn)介紹，利用這種 “超濾 （MF）/微濾 （UF） —一級(jí)反滲透—二級(jí)反滲透”的全膜工藝進(jìn)行除鹽，其出水硬度、活性硅、電導(dǎo)率等參數(shù)均可滿(mǎn)足電廠超高壓、亞臨界鍋爐補(bǔ)給水的水質(zhì)要求[2]。

盡管目前國(guó)內(nèi)膜產(chǎn)品普遍存在使用壽命短、初始投資大、占地面積廣等諸多問(wèn)題，但就發(fā)展前景而言，利用反滲透法進(jìn)行電廠鍋爐補(bǔ)給水一級(jí)除鹽水處理，無(wú)需額外添加酸、堿等化學(xué)試劑，具有安全、方便、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，是減緩資源利用、減少能源消耗和保護(hù)環(huán)境的一項(xiàng)重要新技術(shù)。該法必將成為我國(guó)未來(lái)電廠水處理技術(shù)的發(fā)展熱點(diǎn)之一。

3 電滲析法

電滲析法是20世紀(jì)50年代發(fā)展起來(lái)的一種新型水處理技術(shù)，該法最初用于海水淡化，經(jīng)多年發(fā)展，目前已廣泛應(yīng)用于電力、化工、冶金等行業(yè)。電滲析法在處理含鹽量濃度較高（500～30 000 mg/L）的原水時(shí)，效果尤為突出，具有極高的性?xún)r(jià)比。

電滲析技術(shù)同樣是膜分離技術(shù)的一種。它將陰、陽(yáng)離子交換膜交替排列于正負(fù)電極之間，利用離子交換膜對(duì)溶液中離子的選擇透過(guò)性 （陰、陽(yáng)離子交換膜只允許相同極性的離子通過(guò)），在外加直流電場(chǎng)作用下，水中離子作定向遷移，使一部分溶液中的離子遷移到另一部分溶液中去，從而達(dá)到濃縮、純化、分離的目的。

對(duì)于鍋爐補(bǔ)給水一級(jí)除鹽制備工藝而言，利用該技術(shù)進(jìn)行一級(jí)除鹽，其工作流程為：原水—預(yù)處理—電滲析—軟化 （脫堿）—精處理—鍋爐補(bǔ)給水。就其工作方式而言，通常采用立式倒極電滲析法，即根據(jù)電滲析原理，每隔一定時(shí)間 （一般為15～20 min），正負(fù)電極極性相互倒換，自動(dòng)清洗離子交換膜和電極表面形成的金屬鹽垢，以確保離子交換膜工作效率的長(zhǎng)期穩(wěn)定。采用立式結(jié)構(gòu)可有效防止電滲析器漏水，腐蝕電極接線端子。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，采用該結(jié)構(gòu)的電滲析設(shè)備在每三個(gè)月拆洗一次的基礎(chǔ)上，可至少穩(wěn)定運(yùn)行半年[3]。在電廠中，電滲析技術(shù)除可用于制備鍋爐補(bǔ)給水外，還可用于對(duì)水膜除塵器后循環(huán)水中主要有害物SO2-x進(jìn)行處理，以減少二次污染及管道的腐蝕，提高水的循環(huán)使用率[4]。

電滲析法因其具有能耗低、應(yīng)用靈活、操作方便、工藝潔凈、回收率高和使用壽命長(zhǎng)等明顯優(yōu)勢(shì)，在未來(lái)具有較大的發(fā)展空間。而與此同時(shí)，制約電滲析技術(shù)的瓶頸則是離子交換膜的污染問(wèn)題及高昂的初投資、維護(hù)費(fèi)用。

4 三種方法的經(jīng)濟(jì)性比較

離子交換法、反滲透法和電滲析法均具有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，其適用的范圍也不盡相同。表1為三種方法的經(jīng)濟(jì)性比較。

從表1可知，離子交換法初投資較低，日常維護(hù)費(fèi)用主要集中在購(gòu)置酸、堿溶液上，適合處理低含鹽量的原水。而當(dāng)其處理高含鹽量的原水時(shí)，則需消耗大量的酸、堿溶液，這將勢(shì)必增加其使用費(fèi)用及廢棄液的排放量，故其經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性較差。反滲透法、電滲析法的初投資較大，日常維護(hù)費(fèi)用主要集中于膜組件、零配件的更換，因此其更適宜用于處理高含鹽量的原水。目前，我國(guó)膜系統(tǒng)專(zhuān)家正致力于研究無(wú)污染、使用壽命長(zhǎng)的新型膜材料，這將使得反滲透法、電滲析法具有更為廣闊的發(fā)展前景。

表1 離子交換法、反滲透法和電滲析法經(jīng)濟(jì)性比較

5 總結(jié)

本文針對(duì)電站鍋爐補(bǔ)給水一級(jí)除鹽技術(shù)進(jìn)行研究，總結(jié)了常見(jiàn)的離子交換法、反滲透法和電滲析法的發(fā)展背景、工作原理，分析了各方法的優(yōu)缺點(diǎn)，比較了其經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性。結(jié)果表明，處理低含鹽量原水時(shí)，離子交換法更為經(jīng)濟(jì)，處理高含鹽量原水時(shí)，可考慮反滲透法、電滲析法。也可根據(jù)電廠自身水源特點(diǎn)，選擇兩種或兩種以上的一級(jí)除鹽方法進(jìn)行組合，但這勢(shì)必將增加整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜性。

在實(shí)際使用過(guò)程中，很多電廠采用離子交換法＋反滲透法或反滲透法＋電滲析法的組合來(lái)進(jìn)行一級(jí)除鹽。對(duì)于新建電廠，應(yīng)經(jīng)過(guò)充分的調(diào)研論證，選擇適應(yīng)水源特點(diǎn)、初投資費(fèi)用適合、可長(zhǎng)期經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行的一種或多種組合的一級(jí)除鹽方法。

[1]李杰,江霜英,董斌.低濃度金屬離子廢水處理技術(shù)研究進(jìn)展 [J].工業(yè)水處理,2010,30(2):15-17.

[2]朱紅星.膜技術(shù)及其在電廠水處理中的應(yīng)用 [J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè),2010(20):42-44.

[3]李廣,梁艷玲,韋宏.電滲析技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用 [J].化工技術(shù)與開(kāi)發(fā),2008,37(7):28-30.

[4]呂薇,黃嘉,付國(guó)民.電滲析膜法處理電廠廢水中SO2-x的影響因素 [J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào),2009,21(13):4050-4052.

[5]李靜.反滲透在熱電廠鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].邢臺(tái)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2003,20(5):62-65.

Brief Analysis of Primary Desalting of Make-up Water in Power Station Boiler

Tang Zhouhong

Desalination of power station boiler make-up water is an important method to ensure the system's safe,stable,continuous and efficient operation.Taking the primary desalination technology as an example,analyzes the histories,principles,merits and demerits of Ion exchange,RO method and electro-dialysis,and then discusses the suitable salt concentration of raw water considering the economic characteristics of the three method.In conclusion,puts forward suggestions for selection of primary desalting technology for newly built power station boiler.

Power station boiler;Primary desalination;Ion exchange;RO method;Electro-dialysis;Make-up water

TM 621.8

*湯舟虹，女，1961年生，工程師。冷水江市，417500。

2012-06-15）