雙膜法在邯鋼新區電廠脫鹽水站的應用
來源：中國華電工程（集團）有限公司 閱讀：4674 更新時間：2009-08-04 14:53邯鄲鋼鐵集團有限責任公司結構優化產業升級總體規劃項目輔助工程——邯鋼新區能源中心電廠脫鹽水站由中國華電工程（集團）有限公司設備成套供貨及施工圖設計（工藝、控制、電氣）。電廠脫鹽水站采用世界先進的雙膜法水處理工藝，經過超濾、一級反滲透、二級反滲透，再經過混床處理后的精脫鹽水供電廠鍋爐及干熄焦使用。該項目已經成功運行，日產精脫鹽水15000噸，是邯鋼實施眾多節能減排項目中的一個。
1、工藝描述
1.1 原水水源和水質
脫鹽水站進水水源及水質條件（經給排水專業預處理后的過濾水，具體處理工藝為滏陽河水經過絮凝、沉淀和多介質過濾器后的過濾水）如下表：
表1：水源水質分析表
|
設計溫度：經給排水專業預處理后的過濾水經板式換熱器（當水溫過低時使用）加熱后溫度≥15℃。
1.2 產水規模和水質
表2 各子系統產水規模和水質表
|
1.3 工藝描述
1.3.1 工藝流程簡圖
采用給排水專業預處理后的過濾水作為電廠的供水水源，基本工藝流程如下：
 |
1.3.2 工藝說明
滏陽河水經過絮凝、沉淀和多介質過濾器后的過濾水，加入殺菌劑后進入清水箱貯存；通過清水泵提升送入自清洗過濾器，若水溫過低，啟動配備的板式換熱器提高水溫后的清水進入自清洗過濾器，自清洗過濾器出水送入超濾系統（配套反洗系統和化學清洗系統），超濾裝置產水能保證反滲透的進水量和超濾自用水量。
超濾裝置的出水送入超濾水箱，通過一級RO提升泵經過投加還原劑、阻垢劑、非氧化性殺菌劑送入一級RO保安過濾器、一級高壓泵、一級反滲透裝置，一級反滲透裝置的產水送入軟化水箱，軟化水箱的一部分水經投加氫氧化鈉（NaOH）送至軟化水用戶點，另一部分水通過二級RO提升泵送入二級RO保安過濾器、二級高壓泵、二級反滲透裝置。
二級反滲透裝置的產水送入脫鹽水箱。脫鹽水箱的水通過混床水泵送入混床，混床產水送入精脫鹽水箱，一部分除鹽水通過精脫鹽水泵（加氨水調節PH后）送至電廠用水點，另一部分除鹽水通過脫鹽水泵（加氨水調節PH后）送至干熄焦、燒結廠。二級反滲透的濃水回流到超濾水箱。
1.3.2.1 原水換熱器
本項目冬季水溫低至4℃，而超濾反滲透膜隨水溫降低，膜通量下降，產水量下降，為了維持系統產水量，采用換熱器將水溫提升至超濾反滲透正常運行水溫。
換熱器總出力Q=1650m3/h，出水口的溫度為20℃。蒸汽參數為：0.8～1.2Mpa；≤300℃。換熱器板片材質采用254SMO，換熱器帶凝結水回收系統，凝結水送入超濾產水箱。采用焊接式換熱器。換熱器系統采用恒溫調節系統，根據出口在線溫度儀的信號自動調節蒸汽量。
下圖是溫度對反滲透膜運行壓力的影響曲線：
圖2 給水溫度與RO運行壓力的對應關系圖
Figure 2 The curve of Feed temperature and RO operating pressure
 |
從圖2可知，給水溫度越低，RO系統的運行壓力越高，若要保持反滲透系統恒定的產水量，高壓泵的運行壓力范圍為7.56-16.06bar。本項目的設計原水通過換熱器，則克服了冬季低溫高壓力運行的工況。經過系統的實際運行，說明此設計的可靠性和穩定性。
1.3.2.1 超濾系統
超濾裝置凈出力1488 m3/h(其中含二級反滲透回收濃水)，共8套機組。超濾系統回收率≥90%，采用全量過濾模式運行。超濾反洗排放水排至酸堿廢液中和池。8套機組在設定的時間內依次進行順序反洗。每套超濾裝置運行周期約30分鐘，反沖洗歷時約2.0分鐘。每一組超濾裝置除配備必要的閥門、管件以外，還配備一系列在線或就地測量儀表，以能準確地判斷超濾裝置的安全運行。每套超濾的進、出口設有壓力、流量以及超濾的總進水濁度、每組單獨的產水濁度檢測點，帶遠傳信號傳至上位機。
經過超濾裝置處理的水，濁度<0.1NTU，SDI<3.0，能充分地保護反滲透長期穩定運行。
表3 超濾系統數據表
|
超濾膜采用荷蘭NORIT生產的立式內壓中空纖維膜。
型號------------------Aquaflex SXL225FSFC
系統設計最大凈水通量----<75 L/m2.h（在單套超濾裝置清洗情況下，運行溫度15℃）
截留分子量------------15萬道爾頓
濾膜形式----------------中空纖維
操作方式----------------內壓式
膜的抗污染性----------親水性抗污染膜
所選用超濾膜的材質為親水聚醚砜（PES），使用年限為5年，超濾膜、超濾膜殼為荷蘭NORIT超濾膜組件配套產品。
超濾運行方式--------------------全自動運行（產水、反沖洗、快沖）
1.3.2.2 一級反滲透系統
一級反滲透系統本流程中主要的脫鹽裝置，它具有極高脫鹽能力。一級反滲透裝置設置8套，單套反滲透裝置出力為136m3/h，脫鹽率≥97%（三年內），反滲透裝置配有相關的流量計、電導率儀、壓力表、集中取樣裝置和相關的控制元件。在產水側設防爆膜及不合格排放閥，能夠將剛開機、停機維護、調試時短時間內產生的不合格產水排放，不使其進入后段工序；在濃水側設置穩流閥，以控制流量，從而控制水的回收率。利用自動排放閥對反滲透裝置進行低壓沖洗，自動閥在PLC控制下自動執行上述工藝運行動作。
表4 一級反滲透數據表
|
采用美國DOW公司的BW30-365FR抗污染膜元件，采用了陶氏專有抗污染膜技術進行化學及物理改性，專門針對有較嚴格的預處理，但原水仍富含微生物和有機物等污染物的應用領域，表現出卓越的抗污染能力和可清洗特性。高脫鹽率的FILMTEC RO膜是世界上清洗pH范圍最寬（pH＝1-12）的元件，能對無機鹽垢、有機物和微生物實現有效地清洗。
采用低通量設計，保證在其中1套反滲透系統在線清洗時，其余7套能滿足1088m3/h的供水量，單套反滲透裝置的瞬時通量增加到20LMH，陶氏的設計導則對于地表水經過超濾作為預處理SDI<3.0的情況下，膜通量范圍為22-29LMH[1].因此，單套系統的出力可以從136m3/h提高到155m3/h，提高了系統的流量調節范圍，保證了系統軟化水的供水能力。
1.3.2.3 二級反滲透系統
二級反滲透裝置設置6套，單套反滲透裝置出力為113m3/h，脫鹽率≥95%（三年內，以二級反滲透調節PH之后進水為準），反滲透裝置配有相關的流量計、電導率儀、壓力表、集中取樣裝置和相關的控制元件。
表5 二級反滲透數據表
|
采用美國DOW公司的BW30LE-400膜元件，有更大的有效膜面積（37m2），替換常用的苦咸水膜元件（膜面積34m2）產水量可以增加10%左右，節約了投資。
采用低通量設計，保證在其中1套反滲透系統在線清洗時，其余5套能滿足678m3/h的供水量，單套反滲透裝置的瞬時通量增加到38LMH，陶氏的設計導則對于反滲透產水作進水SDI<1.0的情況下，膜通量范圍為36-43LMH[2].因此，單套系統的出力可以從113m3/h提高到136m3/h.在任何一套二級RO進行化學清洗，能滿足后續深度除鹽的供水量。
1.3.2.4 混床系統
選用4臺（3用1備）直徑為2500mm的混合離子交換器并聯運行，單臺混床的出力為213m3/h，濾速為43m/h。通常，混床的設計濾速為40-60m/h，低濾速的設計充分保證深度除鹽的供水量和產水水質，電導率<0.2?s/cm，SiO2<20ppb。由于混床的進水水質離子含量很低，所以大大延長了混床的再生周期，從而也減少了酸堿的消耗量。
1.3.2.5脫鹽水站工藝控制
本工程自控系統可做到無人值守，控制系統設計有以太網接口與能源中心通訊傳遞數據；所有進入脫鹽水站的能源介質和輸出的產品需全部檢測計量（如進、出脫鹽水站的原水、蒸汽、壓縮空氣的流量、溫度、壓力等參數），計量數據在站房控制系統中儲存、顯示，并可上傳到能源中心。
脫鹽水站的運行通過自動控制系統控制進行。控制方式設計成三級控制，即：就地控制箱操作/ PLC控制/計算機自動控制。就地控制箱操作優先級最高，當現場開關處于“手動操作”時，PLC的控制被屏蔽，現場設備均可在就地按鈕箱手動/自動切換及開、停等人工操作；當就地操作設為自動控制時，控制權力上交。在PLC控制系統上設計本地控制與計算機控制選擇開關，本地控制（PLC自動控制）時，利用PLC的邏輯控制功能提供設備的自動及關聯設備的聯動、連鎖控制及閉環控制；計算機控制時，由監控計算機中央控制（通過人機操作界面，對超濾/反滲透及附屬設備進行遠程控制，實現宏觀調控處理局部停機事故和緊急狀態，維持系統總體協調并具有遠程手動功能）。
控制系統硬件組成包括1套可編程控制器（PLC）、2套HMI（操作站）和一套便攜式工程師站。2套HMI設在脫鹽水站操作室內用于集中監控操作和生產維護檢修調試用。脫鹽水站控制系統同時留有與能源中心通訊的以太網接口。
1.3.4 設備成套供貨
（1） 前處理單元，主要包括清水箱，清水泵，換熱器，自清洗過濾器等
（2） 超濾單元，主要包括超濾膜元件，配套管道、閥門、組架等，反洗，反洗加藥和化學清洗系統。
（3） 一級反滲透單元，主要包括一級RO高壓泵，一級RO保安過濾器，反滲透膜元件，配套管道、閥門、組架，自動沖洗和化學清洗系統等。
（4） 二級反滲透單元，主要包括二級保安過濾器，二級高壓泵，反滲透膜元件，配套管道、閥門、組架等。與一級反滲透裝置共用化學清洗系統。
（5） 輔助單元，還原劑加藥系統，阻垢劑加藥系統，堿加藥系統，氨水加藥系統等。
（6） 廢水排放，酸堿廢液中和池、廢液排放泵，一級反滲透濃水收集池、濃水排放泵等。
2.廠區布置
由于脫鹽水站可利用占地比較緊湊，呈“直角三角形”，所以分二層布置，有效利用了給定的空間。一層車間內布置8套超濾、4臺混床、酸堿儲罐區、加藥間、配電間等，二層布置8套一級反滲透系統、6套二級反滲透系統、中央控制室等，布局緊湊合理。
3、項目意義
邯鄲鋼鐵集團有限責任公司結構優化產業升級總體規劃項目輔助工程——邯鋼新區能源中心脫鹽水站是目前國內規模最大的“雙膜法水處理系統”，超濾系統產水量為35712m3/d，一級反滲透系統產水量為26112m3/d，二級反滲透系統產水量為16272m3/d，滿足了邯鋼各個工藝段所需的水量，同時也保證了所需的水質要求。該項目 “雙膜法水處理工藝”的成功應用，運行優良，值得推廣。
[參考文獻]
1．《陶氏膜產品與技術手冊》P164，2006年
2．《陶氏膜產品與技術手冊》P164，2006年
