某大型石化企业新建动力中心锅炉补给水处理系统采用全膜法水处理工程设计方案，将超滤（UF）、反渗透（RO）和连续电除盐装置（EDI）结合起来，设计处理后的水质满足《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》（GB/T 12145—2016）的要求。
1 工程设计
1.1 设计进水量及进水水质
动力中心锅炉补给水的原水为经宁波大工业供水有限公司初步处理的姚江水，供水浊度≤5 NTU。经净化水场混凝→沉淀→过滤工艺处理后，浊度≤ 1 NTU，且水质满足《石油化工给水排水水质标准》（SH 3099—2000）的要求。
整套化学水处理系统设计产水为1 600 m3/h，产品为二级脱盐水。原水水质如表 1所示。
表1 原水水质
Table 1
| 项目 | 数值 |
| pH | 7.3 |
| 溶解性固体/（mg·L-1） | ≤400 |
| 电导率/（μS·cm-1） | 650 |
| 总硅（SiO2计）/（mg·L-1） | 12 |
| 溶硅（以SiO2计）/（mg·L-1） | 10.7 |
| 总硬度（CaCO3计）/（mg·L-1） | 144.5 |
| Ca硬度（CaCO3计）/（mg·L-1） | 100 |
| T碱度（CaCO3计）/（mg·L-1） | 90 |
| 浊度 | ≤1 |
| 余氯/（mg·L-1） | ≤0.3 |
| COD（Mn）/（mg·L-1） | ≤3 |
| 氯离子（Cl-计）/（mg·L-1） | 105 |
| 硫酸根离子（SO42-计）/（mg·L-1） | 55 |
| HCO3-/（mg·L-1） | 109.74 |
| NO3-/（mg·L-1） | 11.2 |
| K+/（mg·L-1） | 9.6 |
| Na+/（mg·L-1） | 65 |
| Fe2+/（mg·L-1） | 0.05 |
| Fe3+/（mg·L-1） | 0.05 |
| Al3+/（mg·L-1） | 0.03 |
| Mn2+/（mg·L-1） | 0.05 |
| NH4+/（mg·L-1） | 0.2 |
| 总阳离子/（mg·L-1） | 125.68 |
| 总阴离子/（mg·L-1） | 262.21 |
1.2 工艺流程
针对原水水质，根据机组的水汽质量标准，锅炉补给水采用全膜法处理系统，工艺流程如图 1所示。超滤装置优质的产水给反渗透系统提供了最佳保护，而代替传统混床的EDI技术彻底消除了酸碱的使用，最大限度地保护环境并降低运行成本。
图1
除主系统外，辅助系统包括自清洗过滤器加药系统、超滤加药系统、反渗透加药系统及超滤、反渗透、EDI化学清洗系统等相关设备设施。
1.3 系统预期目标
系统预期目标如表 2所示。
表2 系统预期目标
Table 2
| 项目 | 参数 |
| 超滤系统出水污染指数 | SDI15≤3.0 |
| 超滤系统出水浊度 | ＜0.2 NTU |
| 超滤系统回收率 | ≥95% |
| 一级反渗透脱盐率 | ≥98.5%（1 a内），≥97%（3 a内） |
| 二级反渗透脱盐率 | ≥95%（1 a内），≥90%（3 a内） |
| 一级反渗透系统水的回收率 | ≥85% |
| 二级反渗透水的回收率 | ≥90% |
| 浓水反渗透系统水的回收率 | ≥60% |
| 二级反渗透系统产水电导率 | < 5 μS/cm |
| 二级反渗透系统产水硬度 | 0 μmol/L |
| EDI装置产水pH（25 ℃） | 5.0~9.5 |
| 电阻率（20 ℃） | ≥15 MΩ·cm（运行3 a后） |
| 二氧化硅 | ≤10 μg/L |
| 总铁 | ≤20 μg/L |
| 铜 | ≤5 μg/L |
| TOCi | ≤400 μg/L |
| 硬度 | 0 μmol/L |
| EDI装置水回收率 | ≥90% |
1.4 主要处理单元设计参数
系统设置自清洗过滤器5台，过滤精度100 μm，单台处理量可达400 m3/h。超滤装置10套，每台处理水量225 m3/h。一级反渗透装置10套，每台处理水量215 m3/h。二级反渗透装置10套，每台处理水量205 m3/h。浓水反渗透装置2套，每台处理水量155 m3/h。EDI装置8套，每台处理水量220 m3/h。自清洗过滤器、超滤、反渗透装置及EDI装置均采用母管制并联运行方式。
1.4.1 超滤系统
为了避免进水含有大颗粒损坏超滤膜组件，超滤装置进口设置5台全自动自清洗过滤器，确保进水达到超滤进水要求。自清洗过滤器采用电动转刷式，单台正常出力400 m3/h，过滤精度100 μm，可连续运行。当过滤压差≥0.05 MPa或达到设定运行时间时，自动进行清洗，清洗方式为内源水反洗，清洗过程不停运、自动切换，反洗水量小于入口水量的0.5%，清洗高效彻底水耗低。
超滤系统选用10套超滤装置，其中9套处理原水，1套处理其余9套的反洗废水等回用的清净废水。超滤系统由过滤器、超滤装置本体、反洗水泵、清洗装置、加药装置组成。超滤装置由超滤膜元件、内部管道、仪表、阀门等组成。超滤膜材质为热法工艺制造的高结晶度PVDF（聚偏氟乙烯），膜结构为海绵状均一膜孔径，膜的破损率低于千万分之五，耐氧化剂性能好。工艺流程如图 2所示。
图2
超滤膜采用外压式中空纤维膜元件，立式布置。其主要性能参数见表 3。超滤系统自动运行时，每套超滤的运行、停止及反洗均通过DCS来实现。超滤按照一定的时间顺序进行“正常产水→反洗（常规反洗或化学反洗）→产水”。
表3 超滤膜膜元件性能参数
Table 3
| 项目 | 参数 |
| 型式 | 外压式 |
| 材料 | PVDF |
| 单根膜元件的有效面积/m2 | 65 |
| 平均膜通量/（L·m-2·h-1） | 59 |
| 膜元件/（支·套-1） | 56 |
| 膜孔径/μm | 0.1 |
| 额定出力透膜压差/MPa | ≤0.1 |
在超滤的出口总管上设置在线SDI仪、浊度仪、余氯仪，以监视超滤装置的出水水质。在进水水质满足要求的情况下，单套UF装置设计连续运行出力不小于215 t/h。
1.4.2 反渗透系统
反渗透简称RO，主要由高压泵、反渗透膜和控制部分组成。一、二级反渗透装置设置均为10个系列单元，浓水反渗透装置设置为2个系列单元，每列都能单独运行，也可同时运行。反渗透系统流程见图 3。
图3
一级反渗透装置采用一级三段式排列，采用抗污染、耐清洗的反渗透膜元件。二级反渗透装置采用一级二段式排列，采用高有效膜面积、低能耗反渗透膜元件。浓水反渗透装置采用一级二段式排列，采用抗污染、耐清洗的反渗透膜元件。其主要性能参数见表 4。
表4 反渗透膜元件性能参数
Table 4
| 项目 | 参数 | ||
| 一级RO装置 | 二级RO装置 | 浓水RO装置 | |
| 单元反渗透压力容器/支 | 43 | 25 | 38 |
| 单元反渗透膜/支 | 258 | 150 | 228 |
| 单根膜元件的有效面积/m2 | 37.1 | 40.2 | 37.1 |
| 回收率/% | ≥85 | ≥90 | ≥60 |
| 脱盐率/% | ≥98.5、≥97 | ≥95、≥90 | ≥98.5、≥97 |
| 额定出力进出水压差 | ≤1.5 | ≤1.5 | ≤1.5 |
一级RO、二级RO和浓水RO的保安过滤器均采用折叠式大流量滤芯，过滤精度5 μm。保安过滤器与反渗透装置一一对应。反渗透清洗保安过滤器采用卧式大流量滤芯。
一级、二级和浓水RO反渗透高压泵采用变频离心泵。高压泵与反渗透装置一一对应设置。流量分别为248、225、250 m3/h，扬程分别为120、100、140 m。
为有效监控EDI装置进水水质，一级反渗透装置进水母管设温度计、氧化还原表，每套反渗透产水管设电导仪。二级反渗透装置进水管上设自动加碱调节pH设施，加碱前后设pH计；进水母管设电导仪、余氯表、ORP、温度计，每套反渗透产水管设电导仪。浓水反渗透装置进水母管设pH计、温度计、电导仪、ORP，每套反渗透产水管设电导仪。
1.4.3 EDI系统
EDI又称连续电除盐技术，将电渗析和离子交换技术相结合，在直流电场作用下能够将水分子电离成氢离子和氢氧根离子，持续对树脂进行再生。因此EDI可以连续、可预知地生产出等同甚至优于混床出水的高纯水。适用于电导率低于20 μS/cm的水源水的深度除盐，用于生产电阻率为10~18.2 MΩ·cm的纯水、锅炉补给水。
EDI相较于混床，具有工艺先进，无需化学品再生，运行成本大幅低于混床，连续运行，操作简单，减少设备占地空间等优点。EDI系统主要有保安过滤器、EDI装置、EDI给水泵、除盐水泵等组成。其工艺流程如图 4所示。
图4
表5 EDI模块主要性能参数
Table 5
| 项目 | 数值 |
| 单套设备出力/（m3·h-1） | 200 |
| 进水压强/MPa | 0~0.7 |
| 回收率/% | ≥90 |
| 脱盐率/% | ≥90 |
| 单个模块设计流量/（m3·h-1） | 6 |
| 单个模块最大流量/（m3·h-1） | 7.67 |
| 最大工作压差/MPa | 0.25 |
| 浓水压强/MPa | 0.12 |
| 常规运行电耗/（kW·h·t-1） | 0.033 |
| 最大额定电耗/（kW·h·t-1） | 0.3 |
| 输入电压/V | 0~300 |
| 输入电流/A | 1~6 |
| 温度/℃ | 5~45 |
表6 进水条件
Table 6
| 项目 | 数值 |
| SiO2/（mg·L-1） | < 1 |
| pH | 4~11 |
| 硬度（以CaCO3计）/（mg·L-1） | < 1 |
| 相当电导率/（μS·cm-1） | < 40 |
| TOC（以C计）/（mg·L-1） | < 0.5 |
| 余氯/（mg·L-1） | < 0.5 |
| 产水水质 | |
| 阳离子电导率（20 ℃）/（μS·cm-1） | 0.062 5 |
| SiO2/（μg·L-1） | 10 |
| TOC/（μg·L-1） | ≤400 |
EDI装置的保安过滤器采用折叠式大流量滤芯，过滤精度1 μm。与EDI装置一一对应。设置5台EDI给水泵，扬程55 m，流量490 m3/h。
为达到EDI进水水质要求，保障产水水质合格，做到有效监控，在EDI进水母管设置远传显示的温度计、pH计、电导率仪和流量计，出水母管设置流量计、钠表、pH计，浓水母管设置电导率仪和pH计，每套EDI产水管设置远传功能的电导率表、硅表。
2 投资及运行成本
该项目总投资19 192万元，其中设备购置费8 795万元，主要材料费4 065万元，安装工程费2 922万元，建筑工程费3 410万元。按照1 600 t/h规模产水核算，投资成本为11.995万元/t。水处理费用为2.821 1元/t，不包括人工费用。其中药剂成本约0.487 6元/t，各单元电耗合计1.451 9元/t，超滤膜、反渗透膜、EDI膜更换费用共计0.881 6元/t。
3 结论
全膜法锅炉补给水处理系统在大型石化企业应用，具有系统结构紧凑、占地面积小、自动化程度高、操作简单、环保效益好、出水水质稳定等优点。全膜法产出水硬度、电导率、活性硅等各项水质指标均能满足《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》（GB/T 12145—2016）的要求。全膜法系统采用废水超滤、浓水反渗透等多重水回用技术，制水比耗低于1.1，整套系统回收率在90%~92%。而替代传统混床的EDI技术彻底消除了危化品酸碱的使用，不产生酸碱中和废水。清洁、环保、节水的全膜法工艺在大型石化企业得到成功应用。
津公网安备 12010602120337号
