余热发电化学水处理装置一级反渗透技改创新实践
水泥 孙友佳 王邦万 邱永华 2023-03-01
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摘要：四川省女娲建材有限公司余热发电化学水处理装置原设计采用的是一级反渗透+混床除盐工艺流程，该装置2017年3月复产投运，运行过程中出现膜元件结垢堵塞现象，无法稳定运行，产水水质较差等。女娲建材于2020年7月开始对一级反渗透工艺流程进行二级改造，于2020年8月改造完成。运行至今，反渗透装置除盐率、产水电导率、产水水质大大提高，也降低了操作强度，保证余热发电汽水品质合格。
关键词：化学水处理装置；一级反渗透；二级反渗透；电导率
引言：反渗透（RO）膜分离法代替传统的以消耗大量酸碱为代价的离子交换法，从而实现了纯水制备过程中无需酸碱的使用，达到了绿色环保的要求。该系列纯水机能够有效地去除水中的各种悬浮物、胶体、微生物、有机物和溶解性盐类等几乎所有杂质（去除率一般可达97～99%），是目前各种除盐设备中应用最广泛的一种，主要是应用于海水、苦咸水的淡化；锅炉用水的软化；一般纯水的除盐；废水的处理；超纯水的预处理，可使离子交换树脂的负荷降低90%以上，再生剂用量也可减少90%以上；食品医药、化工等的提纯、浓缩、分离等方面。女娲建材余热发电化学水处理装置采用一级反渗透+混床除盐工艺，一级除盐系统原设计为10m³/h的工艺流程，采用二段膜处理技术，见图1。二级除盐系统采用混合离子交换技术。复产运行后，反渗透装置除盐率低、产水电导率高、膜元件结垢等问题，导致锅炉汽水品质不合格，影响余热发电设备的稳定运行。
1.化学水处理装置改造前生产情况
1.1工艺流程简介
改造前化学水处理装置为手动控制，过滤器正洗反洗均为手动阀，反渗透装置本体采用二段膜处理工艺，膜元件采取8:4（即一段8支膜，二段4支膜）排列方式，原水先进入多介质过滤器、活性炭过滤器过滤，再进入保安过滤器，经高压泵进入一段进行处理，处理后的产水进入产水母管；处理后的浓水进入二段再进行处理，经过二段处理后的产水同样进入产水母管，部分浓水排放，见图1，产水母管水进入中间水箱，经由混床处理最终进入除盐水箱。见图2。
1.2化学水装置改造前存在的问题
（1）一级反渗透系统设计指标除盐率≥96%，回收率≥75%，出水量10m³/h，实际运行情况远远低于设计指标，除盐率80%,出水量7m³/h。见表1。
（2）多介质过滤器、活性炭过滤器正洗、反洗均为手动控制，劳动强度大，清洗不及时无法保证进膜水质。见图3。
（3） 一级反渗透系统产水电导率30-50us/cm，远远达不到混床进口水设计指标：浊度≤2，电导率≤20us/cm。导致混床运行周期短，再生频率高，而且混床产水电导率高，出水残留硬度高，影响汽水品质。见图4。
（4）不符合精益生产要求，需配备一名专职人员制水冲洗。
1.3产生问题的主要原因
（1）实际水质含盐量高于设计水质，反渗透回收率高，导致反渗透膜表面污染。
（2）水源的杂质和浊度高，对膜元件造成一定污染，降低了水流速度，对钙镁盐垢的形成起到一定的作用。
（3）一级反渗透系统产水水质达不到设计标准，导致二级混床入口水质超标，长期处于超负荷运行，离子树脂交换被严重污染，再生频率高，再生还原度低，出水水质达不到标准。
2.化学水处理装置改造工艺
2.1化学水处理装置改造方案
（1）将多介质过滤器、活性炭过滤器手动阀门均改为电动阀，根据制水时效自动清洗。见图5
（2）将原有混床除盐系统拆除，新增一套二级反渗透系统。见图6。
（3）将原有一级反渗透系统和新增二级反渗透系统并联进入PLC控制系统，系统均采用西门子公司的PLC可编程控制器（S7-200）作为下位机全自动控制（RO化学清洗除外）、监测、计量和控制与之相关的液位、流量、压力、水泵的启停等参数，完成电气自动化控制和仪表信号的采集，实现无人值守自动化运行。
（4）整个水处理系统采用两级控制：就地手、自动兼中控室控制并能采用工控微机实行远程监控，见图7。可随时查询系统运行参数，并能定期制定报表，绘制运行曲线，分析运行成本和设备性能。见图8。
（5）大流量循环RO膜表面自动冲洗，可延长RO膜及整套设备的使用寿命；所有水箱全自动液位控制：原水箱、中间水箱、除盐水箱；系统内所用泵的起停：原水泵、中间水泵、一二级高压泵；具备自动保护和报警功能：开机自检、缺水保护报警、停电自动复位、高低压自动停机保护并处理、水箱水满自动停机、低液位报警并处理。
（6）新增2*30m³原水箱，并将原有原水箱改为中间水箱，原有中间水箱改为除盐水箱，即水箱现状：2*30m³原水箱，30m³中间水箱，2*30m³除盐水箱。增加了除盐水储量，保证锅炉用水。
（7）将一级反渗透装置产水与第二级反渗透装置产水管线安装三通阀，突破了传统反渗透理论和工艺流程中，一级反渗透装置产水和二级反渗透装置产水不能混合的限制，解决了特殊情况下（二级反渗透产水能力不足），用一级反渗透水补充。见图8。
2.2化学水处理装置改造后运行
经过一段时间运行，改造后的一级和二级反渗透装置自动运行稳定，各参数正常，根据化验结果，最终二级反渗透产水电导率≤5us/cm，符合锅炉用水标准。水质检测数据见表2、表3。
从运行参数中可以看出，一级和二级反渗透装置运行水质都有了一定程度的改善，反渗透运行状况有了较大的提高，运行稳定性也大大提高。
2.3化学水处理装置改造后运行状况
从2020年7月28日改造完成运行至今，效果显著，不仅解决了装置运行稳定性和水质问题，同时也取得了一定的经济效益，并在传统反渗透工艺流程上也做了一定改变。
（1）反渗透系统运行情况
反渗透装置的投运或退出主要是控制高压泵的起动或停止来实现，而高压泵的起、停是通过低压保护开关和RO产水箱的水位变化来决定的。在本系统中一级RO通过高低压保护开关控制，二级RO通过除盐水箱的液位来控制反渗透系统的运行。
当除盐水箱水位处于低液位时，高压泵运行，当除盐水箱的水位升高至高液位时，此时就将反渗透装置退出。相反，当除盐水箱的液位由高至低相反过程时，反渗透的投运顺序同时以相反的顺序进行。
采用该控制方式，不仅可以节约回水，又可以节省费用，因为反渗透本身的运行成本主要来自高压泵的耗电。
（2）两级反渗透系统运行稳定，产水能力由原来的7m³/h提高到10m³/h，产水电导率≤5us/cm。
（3）改造后经济效益
改造前多介质过滤器、活性炭过滤器内部滤料每年更换费用1.6万元，反渗透膜易结垢堵塞每2年更换费用5.5万元，树脂再生、更换费用1万元。减少一名专职制水人员。
综上所述，1年可节约6万元。
3.结论
四川省女娲建材有限公司在遵照化学水处理反渗透理论和技术原则的基础上，在反渗透工艺技术改造中，采取了一些新的思路和工艺流程。
（1）取消了混床除盐系统，减少了环保污染。
（2）将反渗透一级和二级产水管线设置三通阀，充分考虑特殊情况下二级反渗透产水不足的情况，在实际生产中保证产水量。
（3）节约了人工成本及设备维护费用。
（4）提高了设备可靠性，减少故障停机次数，保证生产用水。
（5）优化水质数据，保证锅炉用水水质合格，提高锅炉使用寿命。
[参考文献]
[1]丁桓如，工业用水处理工程(第2版)，清华大学出版社，2014年09月
[2]席燕林，反渗透系统优化设计与运行，化学工业出版社，2016年02月
[3]么书勤，锅炉水处理作业，中国劳动社会保障出版社，2012年10月
[4]百润英，水处理新技术、新工艺与设备，化学工业出版社，2017年7月
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