在我國北方缺水地區(qū)，SCAL間接空冷系統(tǒng)(間接冷卻系統(tǒng))逐漸成為火電廠汽輪機排汽冷凝系統(tǒng)的主要類型。為了減緩系統(tǒng)中物料的腐蝕速度，該系統(tǒng)中的循環(huán)水需要保持良好的水質(zhì)，但這類間接冷卻系統(tǒng)中沒有凈水裝置，所以當循環(huán)水的濁度、pH值等指標出現(xiàn)異常時，只能通過換水來凈化水質(zhì)。這類間接冷卻系統(tǒng)中往往有近萬噸軟化水，每次需要更換數(shù)百噸水。利用電廠現(xiàn)有水處理車間回收間接冷卻循環(huán)廢水，不僅可以節(jié)約大量水資源，而且不需要增加新的水處理設(shè)備。它是一種多用途的廢水處理方法，具有很高的環(huán)保和經(jīng)濟價值。但目前還沒有回收間接冷卻循環(huán)廢水的相關(guān)經(jīng)驗。根據(jù)SCAL型中冷循環(huán)水的特點，通過理論分析和現(xiàn)場工業(yè)試驗對該問題進行了研究。

1.間接冷卻循環(huán)廢水回收水處理系統(tǒng)

影響的理論分析在火電廠運行過程中，需要通過水處理車間對原水進行處理，去除各種雜質(zhì)，以保證電廠良好的水汽品質(zhì)。一般原水的處理包括雙介質(zhì)過濾、超濾和反滲透，最后通過離子交換制得脫鹽水，儲存在水箱中備用。以寧夏某電廠水處理車間為例，水處理流程如圖1所示。

水處理車間的設(shè)計用水為來自廠區(qū)的原水。原水和間接冷卻循環(huán)廢水的主要水質(zhì)指標對比見表1。由于換水時間冷循環(huán)水水質(zhì)往往較差，因此選擇間冷循環(huán)水水質(zhì)較差作為間冷循環(huán)廢水的水質(zhì)指標與原水進行對比。

從表1可以看出，與廠內(nèi)原水相比，間接冷卻循環(huán)廢水的溫度更高，pH值更高，濁度更高。脫鹽水一開始就注入SCAL式間接冷卻系統(tǒng)，系統(tǒng)氣密性好，所以循環(huán)廢水中含有的雜質(zhì)離子比較少，不會增加離子交換樹脂的工作負荷。間接冷卻系統(tǒng)中循環(huán)水的主要雜質(zhì)來源是碳鋼和鋁在運行過程中腐蝕產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物。這些腐蝕產(chǎn)物不僅增加了循環(huán)水的濁度，而且使水中的鐵和鋁含量高，這將對水處理中的預處理環(huán)節(jié)(雙介質(zhì)過濾器、超濾系統(tǒng)和反滲透系統(tǒng))產(chǎn)生很大的工作量。

水處理系統(tǒng)由一系列串聯(lián)的水處理設(shè)備組成。對于每臺水處理設(shè)備，既要保證進水水質(zhì)合格，滿足設(shè)備安全穩(wěn)定運行，也要保證其出水水質(zhì)符合下一環(huán)節(jié)的水質(zhì)要求。因此，重點分析了間接冷卻循環(huán)廢水回用工藝對雙介質(zhì)過濾器、超濾系統(tǒng)和反滲透系統(tǒng)的影響。

1.1雙重介質(zhì)過濾器

雙介質(zhì)過濾是水通過沙子、無煙煤、活性炭等多孔介質(zhì)后，攔截水中雜質(zhì)的方法。通過機械篩分去除水中的懸浮顆粒，可以有效去除原水中的膠體、懸浮物和有機物，濾液的濁度通?？梢越档偷?NTU以下。該裝置主要去除間接冷卻循環(huán)廢水中的懸浮物和沉淀鐵。如果進水濁度過高，雙介質(zhì)過濾器的工作強度將會增加。如果進水濁度過高，出水濁度指標達不到標準，會對后續(xù)設(shè)備造成不利影響。雙介質(zhì)過濾器與超濾系統(tǒng)之間有保安過濾器，其過濾精度為100 μ m，當雙介質(zhì)過濾器出水濁度不合格時，會造成保安過濾器更大的工作負擔，縮短其使用壽命。此外，雙介質(zhì)過濾器對進水的pH值也有一定的限制。當水的pH值大于9時，過濾器中的石英砂會溶解，水中的SiO2含量會增加，因此需要監(jiān)測雙重介質(zhì)過濾器進水的pH值。

1.2超濾系統(tǒng)

超濾是以機械篩分為基礎(chǔ)，以膜兩側(cè)壓力差為驅(qū)動力的溶液分離過程。超濾膜的孔徑為0.005 ~ 1 μ m，小于超濾膜孔徑的物質(zhì)和溶于水的物質(zhì)可作為透過液透過膜，膠體物質(zhì)、顆粒、細菌、病毒會被截留并濃縮在排出液中。超濾系統(tǒng)有兩種運行模式:全流過濾和錯流過濾。在全流式過濾中，所有的進水都通過膜表面，成為產(chǎn)出水。這種運行方式能耗低，運行壓力低，運行成本低。但在錯流過濾中，一部分進水通過膜表面成為產(chǎn)水，另一部分被去除雜質(zhì)成為濃水。這種模式可以處理懸浮物含量較高的流體。

超濾設(shè)備對進水有以下要求:水溫5~40℃，濁度小于5NTU，余氯2.85×10-5~5.71×10-5mol/L，pH 2~13。因此，在通過超濾系統(tǒng)時，需要重點監(jiān)控間接冷卻循環(huán)廢水的水溫，并根據(jù)進水濁度及時調(diào)整超濾系統(tǒng)的運行方式。超濾系統(tǒng)和反滲透系統(tǒng)之間設(shè)置過濾精度為5μm的精密過濾器，超濾系統(tǒng)的出水水質(zhì)不合格會縮短精密過濾器的運行周期。

1.3反滲透系統(tǒng)

反滲透(RO)是一種對濃縮液施加壓力使水通過半透膜的物理脫鹽方法，可以同時去除水中的膠體、有機物、細菌等。為了保證半透膜的長期穩(wěn)定運行，需要在反滲透前去除原水中污染反滲透膜或?qū)е缕淞踊奈镔|(zhì)。膜制造商一般規(guī)定膜元件的使用條件，間接冷卻循環(huán)廢水回用過程中應(yīng)注意的水質(zhì)指標如下:

(1)濁度和SDI值。由于膜元件內(nèi)部的給水和濃水通道很細，很容易堵塞固體顆粒，造成堵塞。因此，需要嚴格控制進水中的懸浮物含量:一方面控制濁度，防止渾濁顆粒劃傷高壓泵和膜。另一方面，控制進水的SDI值。

(2)溫度。根據(jù)膜材料的耐溫性，規(guī)定了膜元件的較高使用溫度，反滲透膜元件的較高使用溫度一般為40~45℃。

(3)進水的pH范圍。為了防止膜聚合物水解，需要控制進水的pH值。醋酸纖維素膜(CA膜)的pH范圍比較窄，一般為5~6。聚酰胺薄膜(PA薄膜)2-11。

(4)鐵含量。因為鐵是過渡金屬，有時會成為氧化反應(yīng)的催化劑，加速膜的氧化老化，膠體鐵也會造成膜堵塞。鐵的容許濃度隨pH值和溶解氧而變化，通常為1.78× 10-6 ~ 8.93× 10-7 mol/L

1.4間接冷循環(huán)廢水回收過程中的水質(zhì)監(jiān)測指標

根據(jù)對水處理設(shè)備工作原理的分析，在制定回用方案的過程中，考慮到水處理設(shè)備的運行穩(wěn)定性，有必要對間接冷卻循環(huán)廢水的水質(zhì)指標進行監(jiān)測。影響間接冷卻循環(huán)水回用水處理系統(tǒng)的水質(zhì)指標包括溫度、pH值、濁度和鐵、鋁含量。首先監(jiān)測間接冷卻循環(huán)廢水的溫度和pH值，如果符合條件，進行工業(yè)試驗，確定水處理系統(tǒng)可以承受的臨界濁度和鐵、鋁含量指標。而且通過將循環(huán)廢水與廠區(qū)原水按一定比例混合，可以調(diào)節(jié)進水的溫度、pH、濁度和鐵鋁含量，所以從理論上講，利用水處理車間處理中冷循環(huán)廢水是可行的。當間冷循環(huán)廢水的某些水質(zhì)指標過大時，不能作為100%的間冷循環(huán)廢水運行。需要將中冷循環(huán)廢水與廠區(qū)原水按一定比例混合，經(jīng)過水質(zhì)調(diào)節(jié)后循環(huán)使用。

根據(jù)各種水處理設(shè)備的水質(zhì)要求，回收過程中需要監(jiān)測的水質(zhì)指標見表2。

2.現(xiàn)場工業(yè)實驗研究

2.1現(xiàn)場工業(yè)實驗方案

在兩種工況下進行現(xiàn)場工業(yè)試驗:

工況1，使用100%間接冷卻循環(huán)廢水作為原水。

工況2，使用50%間接冷卻循環(huán)廢水和50%工廠原水作為原水。

實驗過程中，為了檢測各水處理設(shè)備對水質(zhì)的耐受極限，在改變水質(zhì)條件時，檢測各水處理設(shè)備穩(wěn)定運行一段時間后的水質(zhì)指標。因此，在本次工業(yè)試驗中，分別監(jiān)測了30min和50min兩種工況下各水處理設(shè)備的運行指標。工業(yè)實驗中使用的間接冷卻循環(huán)廢水已冷卻至室溫25℃左右，因此實驗過程中不監(jiān)測水溫。工廠采用石英砂+無煙煤雙介質(zhì)過濾器，反滲透膜為聚酰胺膜。

2.2間接冷卻循環(huán)廢水回收對雙重介質(zhì)過濾器的影響

間接冷卻循環(huán)廢水按兩種工況處理時，雙重介質(zhì)過濾器的水質(zhì)監(jiān)測見表3。

在兩種工況下，進水pH值均小于9，滿足雙介質(zhì)過濾器進水的要求。該廠雙介質(zhì)過濾器出水濁度小于1，在100%間接冷卻循環(huán)水條件下，出水濁度>:在30NTU時，雙介質(zhì)過濾器出水濁度不能達標。在50%間接冷卻循環(huán)水工況下，雙介質(zhì)過濾器出水濁度達標。在50%間接冷卻循環(huán)水工況下，對水質(zhì)進行取樣，分析鐵含量結(jié)果。從結(jié)果可以看出，雙層濾料濾池對循環(huán)廢水中鐵的去除效果顯著，與理論分析結(jié)果一致。

2.3間接冷循環(huán)廢水回收對超濾過濾器的影響

間接冷卻循環(huán)廢水按兩種工況處理時，超濾過濾的水質(zhì)監(jiān)測見表4。在100%間接冷卻循環(huán)廢水條件下運行時，超濾進水濁度小于雙介質(zhì)出水濁度，說明兩者之間的保安過濾器濾除了部分不溶物，但長期在此條件下運行會縮短保安濾芯的使用壽命。根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計，超濾出水濁度控制在≤0.5NTU，在100%中冷水的情況下，超濾出水濁度不能達標，在50%中冷循環(huán)水的情況下，可以達標。超濾裝置進一步降低了水中的鐵含量，超濾除鋁效果不明顯。在100%中冷水和50%中冷水下運行時，超濾系統(tǒng)產(chǎn)水流量和運行壓差如圖2所示，流量和運行壓差都比較穩(wěn)定，沒有明顯異常。

2.4間接冷循環(huán)廢水回收對反滲透系統(tǒng)的影響

間接冷卻循環(huán)廢水分兩種工況處理，反滲透系統(tǒng)水質(zhì)監(jiān)測見表5。該廠反滲透系統(tǒng)進水的SDI值小于1100%。冷水運行30分鐘，SDI值為3.3，高于反滲透系統(tǒng)的進水要求，會污染反滲透膜，縮短使用壽命。在50%工況下運行時，各項指標均滿足要求。通過反滲透處理，去除間接冷卻循環(huán)廢水中的鋁。如圖3所示，100%中冷水和50%中冷水運行工況下，反滲透系統(tǒng)的壓差和回收率無明顯異常。

3.結(jié)論

現(xiàn)場實驗表明，間接冷卻循環(huán)廢水引入水處理系統(tǒng)對雙介質(zhì)過濾器、保安過濾器、超濾系統(tǒng)、精密過濾器和反滲透系統(tǒng)產(chǎn)生影響。在制定具體的回收方案時，首先要測定循環(huán)廢水的溫度、pH值、濁度、鐵、鋁含量，通過工業(yè)實驗確定水處理車間能夠處理水質(zhì)的臨界參數(shù)。在工業(yè)實驗中，我們可以參照表2所列的監(jiān)測項目來監(jiān)測回收過程。在水處理過程中，雙重介質(zhì)過濾器去除間接冷卻循環(huán)廢水中大部分懸浮鐵，超濾進一步去除鐵的腐蝕產(chǎn)物。在進入反滲透之前，水中鐵的腐蝕產(chǎn)物幾乎被完全去除，反滲透系統(tǒng)去除間接冷卻循環(huán)的廢水中的鋁。經(jīng)過這三步處理，可以滿足后續(xù)離子交換的水質(zhì)要求。當雙重介質(zhì)過濾器的進水濁度大于30NTU時，雙重介質(zhì)過濾器的出水和超濾水的濁度達不到控制指標；當雙介質(zhì)過濾器的進水濁度小于14.7NTU時，雙介質(zhì)過濾器的出水和超濾水的濁度能夠滿足控制指標。工業(yè)應(yīng)用結(jié)果表明，將間接冷卻循環(huán)廢水與廠區(qū)原水混合調(diào)節(jié)進水水質(zhì)是完全可行的，最終實現(xiàn)間接冷卻循環(huán)廢水的回收，是一種環(huán)保、經(jīng)濟的處理方法。(來源:寧夏京能寧東發(fā)電有限公司、Xi安熱工研究院有限公司)

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