膜法海水淡化技术在火力发电厂的应用.pdf

2 0 1 3年 6月 第 4 1卷 第 3期 总 第 2 2 6 期 吉 林 电 力 J i l i n El e c t r i c Po We r J u n ． 2 0 1 3 Vo l _ 4 1 NO ． 3 S e r ． No ． 2 2 6 膜法海水淡化技术在火力发电厂的应用 Ap p l i c a t i on o f RO S e a wa t e r De s a l i n a t i o n M e t ho d i n The r ma l Po we r Pl a n t 王桂 华 ， 侯 勇 东北 电力计 院 ， 长春1 3 0 0 2 1 摘 要 以华能营 口电厂采用膜 法海 水淡化工艺为例 ， 介绍 了处理 系统 工艺流程、 系统运行状况 、 运行 控制 指标 、 关 键设备 的选 择 ， 调试 、 运行中存在的问题及处理措施 。 并指 出 ， 经该工艺处理后 的出水可 以达到设计要求 ， 能够满足 电厂超超临界机组工业用水及锅炉补给水水质要求 ， 每年可节约淡水 2 2 0 1 0 m。 ， 社会 、 经济效益显著 。 关键词 海水淡化 ； 反渗透 ； 系统工艺 流程 中图分类号 P 7 4 7 ． 5 文献标 志码 B 文章编号 1 0 0 9 5 3 0 6 2 0 1 3 0 3 0 0 2 3 0 3 ‘ 随着国民经济的快速发展， 水 资源紧缺已成为 我国乃至全世界普遍性 问题 ， 火力发 电厂作为用水 大户 ， 节约淡水资源保护环境 ， 不仅是电厂设计的重 要 内容之 一 ， 也是 电厂 可持续 发 展 的有 效 途径 。 华 能 营 口电厂循环水采用海水直流供水 系统 ， 锅炉补给 水和部分工业水采用海水淡化水， 节约了大量的淡 水 ， 取得一定的社会 、 经济效益 。该厂位于辽宁省营 口市鲅鱼圈区 ， 距营 口市 6 3 k m， 厂址东接海星村 ， 南靠墩台山， 西连鲅鱼圈港 ， 北临渤海湾 。整个厂区 为劈山填海而成 ， 采用 阶梯式布置。1 期工程 2台原 苏联 进 口 3 2 0 Mw 超 临界燃煤发 电机组 ， 分别 于 1 9 9 6年 1月 和 1 9 9 6年 1 2月 投 产 ， 2期 工 程 2台 6 0 0 MW 超 超 临 界 机 组 ， 分 别 于 2 0 0 7年 9月 和 1 0 月 发 电 。 1级海 水反 渗透 出力 为 9 6 0 0 m。 ／ d 。 淡化 用 海 水夏 季取 自循 环水 泵 出 口 ， 冬季 采用 循环 水排 水 。 以下介绍膜法海水淡化技术在该厂的应用情况 。 1 设 计 用海水 水质 及海 水淡 化处理 系统 工 艺流程 1 ． 1 设 计 用海水 水质 2 0 0 4年 1 0月 1 9日取 自电厂 坝西 北侧 海 水 ， 水 温 1 7 ℃时， 水 质 分 析 见 表 1 ， 表 中 P C a 、 p Mg 、 ID F e 。 、 10 C u ’ 。 分 另 0 以 C a O、 Mg O、 F e 2 03 、 C u O 计 。 。 1 ． 2系统 工艺流 程 膜 法 海 水淡 化 系 统工 艺 流程 为 海 水一 反 应 沉 淀 池一 清水 池一 双室 多介质 过滤 器一 双室 细砂 过滤 器一海水保安过滤器一海水高压泵一海水反渗透装 表 1设计用海水水质 收稿 日期 2 0 1 2 1 2 3 O 作者简 介 王桂华 1 9 6 3 一 ， 女 ， 教授级 高级 工程 师， 从事 电厂化 学专业设计 工作 。 2 3 2 0 1 3年 6月 第 4 1卷 第 3期 总 第 2 2 6 期 J u n ． 2 0 1 3 Vo1 ． 4l No． 3 S e r ． No ．2 2 6 置及 能 量 回收装 置一 1级 淡 水箱 一 1级淡 水 泵一 淡 水保安过滤器一淡水高压泵一淡水反渗透装置一2 级淡 水箱一 2级淡 水泵一 离子 交换 系统 。 1 ． 3 主 要 系统 及运 行控 制指标 1 ． 3 ． 1预处理 系统 a ． 预处理系统去除水 中的悬浮物、 胶体 、 色度 、 浊度、 有机物等妨碍后续反渗透运行的杂质 。主要 设备包括 反应沉淀池 、 双室多介质过滤器、 双室细 砂 过滤 器 、 混凝 剂 加药 装 置 、 助凝 剂 加 药装 置 、 电解 海水制次氯酸钠装置 以及连接管道、 阀门、 仪表控制 装置等。系统设 2台出力 7 0 0 m。 ／ h的反应沉淀池 、 8台 D N3 0 0 0的双 室多介 质过 滤器 及 1 3台 D N3 0 0 0 的双室 细砂 过滤器 。 b ． 运行控 制指标 反应沉 淀池单 台设备 出力 7 0 0 I n 。 ／ h， 原 水浊 度 5 0 ～8 0 0 F T U 时 ， 出水 浊 度 小 于 5 F TU；双 室 双 层 滤 料 过 滤 器 正 常 出 力 1 4 5 m ／ h ， 最 大 出力 2 0 0 m。 ／ h 。双 室 细砂 过滤 器 正 常 出力 8 8 m。 ／ h， 最大 出力 1 2 0 m。 ／ h， 出水 水 质污 染 指 数 S DI 不 大 于 4 ， 浊度不 大于 1 F T U。 1 ． 3 ． 2 海水 淡化 反渗透 系统 a ． 海水淡化反渗透系统主要作用是脱盐。系统 设置 4套 1 0 0 m。 ／ h的海水反渗透装置， 包括海水保 安过滤器 、 海水高压泵、 海水反渗透装置、 能量回收 装 置 、 反渗 透 清 洗装 置 、 海水 淡 化增 压 泵 、 阻垢 剂 加 药 装 置 、 还 原 剂 加药 装 置 以及 连接 管 道 、 阀 门 、 仪 表 等。设置 4台 2 5 0 m。 ／ h的海水保安过滤器， 过滤精 度为 5／ z m； 4台海水高压泵 ， 4台海水增压泵 ， 每台 高压泵和增压泵对应一套海水反渗透装置， 每套海 水反 渗透装置配置 4台 P X一 1 8 0能量 回收装置 ， 用 以提 升海水 反渗 透装 置进水 压力 。反渗 透装置 采用 S W 3 0 HR L E 一 4 0 0型 海水反渗 透膜 ， 单 根膜 的脱 盐率 大于 9 9 ． 2 。 b ． 运行控制指标 单 台设备 出力 1 0 0 m。 ／ h； 系 统脱 盐 率 1年 内不 小 于 9 9 ． 5 ％， 3年 内不 小 于 9 9 ； 系统 回收率 不小 于 4 0 。 1 ． 3 ． 3 淡水 反渗 透系 统 a ． 淡 水反 渗 透 系统 用 于进 一 步 除盐 ， 为 后 续离 子交换系统提供合格淡水 ， 系统设置 2套8 0 m。 ／ h 的 淡水反渗透装置， 包括 1级淡水泵、 碱加药装置 、 淡 水保安过滤器、 淡水高压泵、 淡水反渗透装置及连接 管道 、 阀门、 仪表控制装置等 。系统共设置 2台淡水 保安过滤器 ， 过滤精度为 5 b L m； 2台淡水高压泵， 每 台高压泵对应 1 套淡水反渗透装置 ， 用于提升淡水 反 渗 透 装 置 进 水 压 力。淡 水 反 渗 透 装 置 采 用 2 4 B W3 0 I E 一 4 4 0型 反 渗 透 膜 ， 单 根 膜 脱 盐 率 大 于 9 9 ． 5 。 b ． 2级反渗透系统 单台设备出力 8 0 m。 ／ h ； 系 统脱盐率 1年内不小于 9 7 ， 3年 内不小 于 9 5 ； 系统 回收率 不小 于 8 O 。 2 系统运行状况及特点 2 ． 1 海水 淡化 系统运行 状况 海水 淡 化 系统 自 2 0 0 7年 4月底 投 入 运行 至 今 运行状况稳定 ， 整套系统各单元进出水水质实测数 据见 表 2 。 表 2系统各单元进出水水质 取样点 项 目 平均值 进水 口 反 应 沉 淀 池 出水 口 细砂 过 滤 单 元 出水 口 水 温 ／C 浊 度 ／ FTU 浊 度 ／ FTU SDI 一 级反渗透单元进水 口 电导率／ u S c m 一 级反渗透单元出水 口 电导率／ u S c m 2 ． 2海 水淡化 系统 的特点 2 ． 2 ． 1 关 键设 备及材 质选 择 a ． 海水 反渗 透及淡 水反渗 透膜 组件均 采用 优质 膜产品； 海水增压泵及海水高压泵采用 HGM R o3 ／ 7及 R P H 1 0 0 1 8 0 ； 能 量 回 收 装 置 采 用 P X 系 列 产品 。 b ． 针对海水的强腐蚀性 ， 考虑压力和温度的影 响， 均采用耐海水腐蚀能力极强的材质 ， 双室双层滤 料 过滤 器 及双 室 细砂 过 滤器 材 质为 碳钢 衬 胶 ， 管道 材质为碳钢衬塑； 海水增压泵及海水高压泵过流部 分均采 用双相 不锈 钢 2 5 0 7及 以上规格 ， 清水 泵及反 洗水泵过流部分均采用双相不锈钢 2 2 0 5 ； 海水高压 泵 出 口高压 阀及浓 水排放 气动 阀的材 质均选 用铝青 铜； 气动蝶 阀阀体采用衬胶防腐 ， 阀板为铝青铜； 海 水反渗透高压部分管道采用双相不锈钢材质 ； 淡水 反渗透高压部分管道采用 3 1 6 L不锈钢材质。 2 ． 2 ． 2 设备布置及节能减排措施 a ． 系统设备的布置在满足安全运行 、 方便检修 的前提下 ， 尽可做到合理、 紧凑 ， 以减少各种介质的 能量损 失 。 b ． 海水淡化系统冬季采用循环水排水 ， 既节省 2 1 3 4 q ㈣ 加 0 2 0 1 3年 6月 第 4 1卷 第 3期 总第 2 2 6期 吉 林 电 力 J i l i n El e c t r i c P o we r J u n ． 2 0 1 3 Vo 1 ． 4 1 No ． 3 S e r ． No ． 2 2 6 提升海水压力的电能 ， 又可 以充分 回用该部分水 的 余热 ； 将 1 级反渗透浓盐水能量通过能量 回收装置 进行回收 ， 系统中主要水泵设置变频装置变频控制 ， 实现节能降耗。 3 系统存 在问题及改进措施 3 ． 1 调 试 过程存 在 问题 及 改进措 施 a ． 双室过滤器在反洗时上 、 下室分流不均， 充水 时上室很难充满水 ， 排水不畅及无法反洗等问题 。 通 过设备改造 ， 在单体设备上增加隔离阀后 ， 双室过滤 器水反洗时上、 下室可单独进行 ， 空气擦洗上 、 下室 也能单独运行 ， 系统运行得以稳定 。 b ． 系统有 2台海水反渗透浓盐水排气阀门没按 要求安装在浓水 回流管的至高点 。 C ． 调试时连接 P X 一 1 8 0 能 量 回收装置高压 哈 夫少量变形 ， 为了安全运行全部更换。 3 ． 2 运行 过程存 在 问题 及 改进措 施 a ． 预处理 系统在实际运行过程中， 曾发生过 因 细砂过滤器水帽损坏 ， 漏砂堵塞海水反渗透保安过 滤器的情况 ， 检查滤器水帽 ， 损坏及时更换 。 b ． 目前营 口电厂 的海水淡 化系统是安装于 我 国最北部 的一套系统 ， 温度是系统能否稳定运行 的 重要指标。虽然采用 了高压泵变频运行及冬季采用 循环水排水等措施 ， 但在冬季机组不满负荷时温度 相对偏低， 导致在低温运行时海水淡化装置出力降 低 比较严 重 。 4 结束语 华 能 营 口电厂是 我 国东北 地 区第一 个万 吨级 的 采用膜法海水淡化的电厂， 通过几年的运行实践 ， 产 水各项指标基本上达到了设计要求， 电厂年可节约 淡水 2 2 0 1 0 m。 ， 社会及经济效益显著 ， 但为了进 一 步提高海水淡化处理系统运行的安全性 、 经济性 ， 需 进 行 以下改 进 。 a ． 在 双 室过 滤 器后 增 加 水 箱 ， 可更 好 启 动 运行 海水反渗透装置， 更好控制双室过滤器的运行反洗 。 b ． 每 1台清水泵对应 1组海水反渗透系统。系 统的可编程控制器控制更加完美 ， 系统更稳定 。 C ． P X 装 置 运 行 时 ， 反 渗 透 能 量 回 收 装 置 S wR O P X 管道要排尽空气 ， 严格控制 P X装置 低 压进水流量 范围， P X装 置低 压侧超高或超低 流 量运行时系统中的高压泵 、 P X装 置增压泵一定要 停机 。再次开机时 ， 调整 P X装置低压端进水流量 。 d ． S wRO P X低压手动调节排放阀改为 自动 ， 更好 地控 制低 压侧 进水 流量 。 编辑韩桂春 上 接 第 2 2页 0 ． 1 0 5 MP a ， 虽然此管路上 闸阀 J 5 6 开始关闭 ， 但 由 于 调 节 阀 J 1 3 1 全 开 ， 所 以流 量 变 化 不 大 ， 在 第 5 0 S时， 闸阀的关小程度抵消了调节阀的开度 ， 其流 量 P 1 7 1 开始下 降， 相应其余 3路 P 1 7 2 ～1 7 4 流 量增加 ， 在第 5 8 S时， 闸阀 J 5 6 关 闭流量为 0 ， 其余 3路流量保持稳定 。 在反应堆停堆后 ， 蒸汽发生器冷 却速率非常小 ， 在 1 2 0 S内变化基本可忽略不计 。 4 结论 由于一 回路和二回路之间相互影响较小， 通过 迭代计算 ， 完成给水系统的暂态分析， 满足 美国核 管理委员会 NUR E R一 0 8 0 0 标准审查大纲 规定的核 电站最小给水量要求 ， 为核 电站的安全运行及控制 系统的设计提供依据。在 0 ～1 5 S时间内破 口管路 流 量 平 均 变 化 为 4 0 t ／ h ， 满 足 蒸 汽 发 生 器 要 求 的 1 5 5 8 S 时 间内， 小于 6 0 t ／ h ， 即反应堆停堆后 ， 蒸 汽发生器 J 5 9 前闸阀 J 1 3 1 处于打开状态 ， 蒸汽发 生器 J 5 9 进入快速冷却 ， 给水流量约为1 4 0 0 t ／ h ， 满 足 大于 2 0 0 t ／ h要求。在第 5 8 S后， 由于 闸阀 J 1 3 1 关 闭状态 ， 因而蒸汽发生器 J 5 9 进入 自然冷 却状态 ， 而其余 3路 由于一直有给水则进入快速冷 却状态 ， 温度降为 6 O hC／ h ， 同时给水流量 1 5 ～5 8 s 约为 4 0 0 t ／ h ， 在 5 8 ～1 2 0 S时 间内给水流量 约为 7 8 0 t ／ h， 均满足流量大于 2 0 0 t ／ h要求。 模拟结果与 预期结果相符 ， 证明给水系统设计满足要求 。 编辑郝竹 筠 25