双膜法在邯钢新区电厂脱盐水站的应用
来源：中国华电工程（集团）有限公司 阅读：4555 更新时间：2009-08-04 14:53邯郸钢铁集团有限责任公司结构优化产业升级总体规划项目辅助工程——邯钢新区能源中心电厂脱盐水站由中国华电工程（集团）有限公司设备成套供货及施工图设计（工艺、控制、电气）。电厂脱盐水站采用世界先进的双膜法水处理工艺，经过超滤、一级反渗透、二级反渗透，再经过混床处理后的精脱盐水供电厂锅炉及干熄焦使用。该项目已经成功运行，日产精脱盐水15000吨，是邯钢实施众多节能减排项目中的一个。
1、工艺描述
1.1 原水水源和水质
脱盐水站进水水源及水质条件（经给排水专业预处理后的过滤水，具体处理工艺为滏阳河水经过絮凝、沉淀和多介质过滤器后的过滤水）如下表：
表1：水源水质分析表
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设计温度：经给排水专业预处理后的过滤水经板式换热器（当水温过低时使用）加热后温度≥15℃。
1.2 产水规模和水质
表2 各子系统产水规模和水质表
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1.3 工艺描述
1.3.1 工艺流程简图
采用给排水专业预处理后的过滤水作为电厂的供水水源，基本工艺流程如下：
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1.3.2 工艺说明
滏阳河水经过絮凝、沉淀和多介质过滤器后的过滤水，加入杀菌剂后进入清水箱贮存；通过清水泵提升送入自清洗过滤器，若水温过低，启动配备的板式换热器提高水温后的清水进入自清洗过滤器，自清洗过滤器出水送入超滤系统（配套反洗系统和化学清洗系统），超滤装置产水能保证反渗透的进水量和超滤自用水量。
超滤装置的出水送入超滤水箱，通过一级RO提升泵经过投加还原剂、阻垢剂、非氧化性杀菌剂送入一级RO保安过滤器、一级高压泵、一级反渗透装置，一级反渗透装置的产水送入软化水箱，软化水箱的一部分水经投加氢氧化钠（NaOH）送至软化水用户点，另一部分水通过二级RO提升泵送入二级RO保安过滤器、二级高压泵、二级反渗透装置。
二级反渗透装置的产水送入脱盐水箱。脱盐水箱的水通过混床水泵送入混床，混床产水送入精脱盐水箱，一部分除盐水通过精脱盐水泵（加氨水调节PH后）送至电厂用水点，另一部分除盐水通过脱盐水泵（加氨水调节PH后）送至干熄焦、烧结厂。二级反渗透的浓水回流到超滤水箱。
1.3.2.1 原水换热器
本项目冬季水温低至4℃，而超滤反渗透膜随水温降低，膜通量下降，产水量下降，为了维持系统产水量，采用换热器将水温提升至超滤反渗透正常运行水温。
换热器总出力Q=1650m3/h，出水口的温度为20℃。蒸汽参数为：0.8～1.2Mpa；≤300℃。换热器板片材质采用254SMO，换热器带凝结水回收系统，凝结水送入超滤产水箱。采用焊接式换热器。换热器系统采用恒温调节系统，根据出口在线温度仪的信号自动调节蒸汽量。
下图是温度对反渗透膜运行压力的影响曲线：
图2 给水温度与RO运行压力的对应关系图
Figure 2 The curve of Feed temperature and RO operating pressure
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从图2可知，给水温度越低，RO系统的运行压力越高，若要保持反渗透系统恒定的产水量，高压泵的运行压力范围为7.56-16.06bar。本项目的设计原水通过换热器，则克服了冬季低温高压力运行的工况。经过系统的实际运行，说明此设计的可靠性和稳定性。
1.3.2.1 超滤系统
超滤装置净出力1488 m3/h(其中含二级反渗透回收浓水)，共8套机组。超滤系统回收率≥90%，采用全量过滤模式运行。超滤反洗排放水排至酸碱废液中和池。8套机组在设定的时间内依次进行顺序反洗。每套超滤装置运行周期约30分钟，反冲洗历时约2.0分钟。每一组超滤装置除配备必要的阀门、管件以外，还配备一系列在线或就地测量仪表，以能准确地判断超滤装置的安全运行。每套超滤的进、出口设有压力、流量以及超滤的总进水浊度、每组单独的产水浊度检测点，带远传信号传至上位机。
经过超滤装置处理的水，浊度<0.1NTU，SDI<3.0，能充分地保护反渗透长期稳定运行。
表3 超滤系统数据表
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超滤膜采用荷兰NORIT生产的立式内压中空纤维膜。
型号------------------Aquaflex SXL225FSFC
系统设计最大净水通量----<75 L/m2.h（在单套超滤装置清洗情况下，运行温度15℃）
截留分子量------------15万道尔顿
滤膜形式----------------中空纤维
操作方式----------------内压式
膜的抗污染性----------亲水性抗污染膜
所选用超滤膜的材质为亲水聚醚砜（PES），使用年限为5年，超滤膜、超滤膜壳为荷兰NORIT超滤膜组件配套产品。
超滤运行方式--------------------全自动运行（产水、反冲洗、快冲）
1.3.2.2 一级反渗透系统
一级反渗透系统本流程中主要的脱盐装置，它具有极高脱盐能力。一级反渗透装置设置8套，单套反渗透装置出力为136m3/h，脱盐率≥97%（三年内），反渗透装置配有相关的流量计、电导率仪、压力表、集中取样装置和相关的控制元件。在产水侧设防爆膜及不合格排放阀，能够将刚开机、停机维护、调试时短时间内产生的不合格产水排放，不使其进入后段工序；在浓水侧设置稳流阀，以控制流量，从而控制水的回收率。利用自动排放阀对反渗透装置进行低压冲洗，自动阀在PLC控制下自动执行上述工艺运行动作。
表4 一级反渗透数据表
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采用美国DOW公司的BW30-365FR抗污染膜元件，采用了陶氏专有抗污染膜技术进行化学及物理改性，专门针对有较严格的预处理，但原水仍富含微生物和有机物等污染物的应用领域，表现出卓越的抗污染能力和可清洗特性。高脱盐率的FILMTEC RO膜是世界上清洗pH范围最宽（pH＝1-12）的元件，能对无机盐垢、有机物和微生物实现有效地清洗。
采用低通量设计，保证在其中1套反渗透系统在线清洗时，其余7套能满足1088m3/h的供水量，单套反渗透装置的瞬时通量增加到20LMH，陶氏的设计导则对于地表水经过超滤作为预处理SDI<3.0的情况下，膜通量范围为22-29LMH[1].因此，单套系统的出力可以从136m3/h提高到155m3/h，提高了系统的流量调节范围，保证了系统软化水的供水能力。
1.3.2.3 二级反渗透系统
二级反渗透装置设置6套，单套反渗透装置出力为113m3/h，脱盐率≥95%（三年内，以二级反渗透调节PH之后进水为准），反渗透装置配有相关的流量计、电导率仪、压力表、集中取样装置和相关的控制元件。
表5 二级反渗透数据表
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采用美国DOW公司的BW30LE-400膜元件，有更大的有效膜面积（37m2），替换常用的苦咸水膜元件（膜面积34m2）产水量可以增加10%左右，节约了投资。
采用低通量设计，保证在其中1套反渗透系统在线清洗时，其余5套能满足678m3/h的供水量，单套反渗透装置的瞬时通量增加到38LMH，陶氏的设计导则对于反渗透产水作进水SDI<1.0的情况下，膜通量范围为36-43LMH[2].因此，单套系统的出力可以从113m3/h提高到136m3/h.在任何一套二级RO进行化学清洗，能满足后续深度除盐的供水量。
1.3.2.4 混床系统
选用4台（3用1备）直径为2500mm的混合离子交换器并联运行，单台混床的出力为213m3/h，滤速为43m/h。通常，混床的设计滤速为40-60m/h，低滤速的设计充分保证深度除盐的供水量和产水水质，电导率<0.2?s/cm，SiO2<20ppb。由于混床的进水水质离子含量很低，所以大大延长了混床的再生周期，从而也减少了酸碱的消耗量。
1.3.2.5脱盐水站工艺控制
本工程自控系统可做到无人值守，控制系统设计有以太网接口与能源中心通讯传递数据；所有进入脱盐水站的能源介质和输出的产品需全部检测计量（如进、出脱盐水站的原水、蒸汽、压缩空气的流量、温度、压力等参数），计量数据在站房控制系统中储存、显示，并可上传到能源中心。
脱盐水站的运行通过自动控制系统控制进行。控制方式设计成三级控制，即：就地控制箱操作/ PLC控制/计算机自动控制。就地控制箱操作优先级最高，当现场开关处于“手动操作”时，PLC的控制被屏蔽，现场设备均可在就地按钮箱手动/自动切换及开、停等人工操作；当就地操作设为自动控制时，控制权力上交。在PLC控制系统上设计本地控制与计算机控制选择开关，本地控制（PLC自动控制）时，利用PLC的逻辑控制功能提供设备的自动及关联设备的联动、连锁控制及闭环控制；计算机控制时，由监控计算机中央控制（通过人机操作界面，对超滤/反渗透及附属设备进行远程控制，实现宏观调控处理局部停机事故和紧急状态，维持系统总体协调并具有远程手动功能）。
控制系统硬件组成包括1套可编程控制器（PLC）、2套HMI（操作站）和一套便携式工程师站。2套HMI设在脱盐水站操作室内用于集中监控操作和生产维护检修调试用。脱盐水站控制系统同时留有与能源中心通讯的以太网接口。
1.3.4 设备成套供货
（1） 前处理单元，主要包括清水箱，清水泵，换热器，自清洗过滤器等
（2） 超滤单元，主要包括超滤膜元件，配套管道、阀门、组架等，反洗，反洗加药和化学清洗系统。
（3） 一级反渗透单元，主要包括一级RO高压泵，一级RO保安过滤器，反渗透膜元件，配套管道、阀门、组架，自动冲洗和化学清洗系统等。
（4） 二级反渗透单元，主要包括二级保安过滤器，二级高压泵，反渗透膜元件，配套管道、阀门、组架等。与一级反渗透装置共用化学清洗系统。
（5） 辅助单元，还原剂加药系统，阻垢剂加药系统，碱加药系统，氨水加药系统等。
（6） 废水排放，酸碱废液中和池、废液排放泵，一级反渗透浓水收集池、浓水排放泵等。
2.厂区布置
由于脱盐水站可利用占地比较紧凑，呈“直角三角形”，所以分二层布置，有效利用了给定的空间。一层车间内布置8套超滤、4台混床、酸碱储罐区、加药间、配电间等，二层布置8套一级反渗透系统、6套二级反渗透系统、中央控制室等，布局紧凑合理。
3、项目意义
邯郸钢铁集团有限责任公司结构优化产业升级总体规划项目辅助工程——邯钢新区能源中心脱盐水站是目前国内规模最大的“双膜法水处理系统”，超滤系统产水量为35712m3/d，一级反渗透系统产水量为26112m3/d，二级反渗透系统产水量为16272m3/d，满足了邯钢各个工艺段所需的水量，同时也保证了所需的水质要求。该项目 “双膜法水处理工艺”的成功应用，运行优良，值得推广。
[参考文献]
1．《陶氏膜产品与技术手册》P164，2006年
2．《陶氏膜产品与技术手册》P164，2006年
