摘要：XX电厂化学处理车间是电厂的供热改造工程的配套工程，电厂供热改造新增供热能力92t/h，增加的化水处理能力按100t/h设计，水源为地面水，处理流程为采用反渗透加水混床，文章从工程角度探讨反渗透装置在化水系统的应用，并从设计角度简述类似工程的共性、注意事项等内容。
关键词：预处理 机械加速澄清池 反渗透装置 后处理 加药装置
1 工程概况
XX电厂供热改造新增供汽能力92t/h，蒸汽来源为2×25MW机组打孔抽汽，抽汽量为2x40t/h，其锅炉为中温水压锅炉；新建75t/h锅炉对外供汽12t/h。全厂锅炉总的补给水量需要125t/h，原有的化水车间的设计制水量为50t/h，现有的实际供水能力约30t/h，必须新建化学水处理系统，最大出力按100t/h设计。经与甲方协商，并经实地考虑，新建的化水车间考虑利用原化水车间东侧的旧厂房，其面积和高度均能满足新增设备的要求，室外场地也能满足各类及处理构筑物的布置要求。
化学水用水直接从冷却循环水供水母管上接入。
2 水质分析资料及锅炉给水水质要求
橡胶坝水库水分析资料平均值主要项目摘录如下：
硬度≤20μmol/L
氧≤15μg/L
铁≤50μg/L
铜≤10μg/L
pH 8.8-9.2
油＜1.0mg/L
其中SiO2的含量以不影响蒸汽品质为准，中温中压锅炉蒸汽中SiO2的含量≤20μg/kg。
3 系统选择
根据有关规程和相应的设计导则，中压锅炉采用一般除盐离子交换系统，即能满足补水水质的要求，但锅炉的补给水率高，根据XX电厂的实际运行情况，其补给水率为锅炉蒸汽量的15-22%，约是正常计算补水量的2.5倍。根据供水水质和改造成供热机组后要求的补给水水质标准高等情况，可采用一级除盐加混床系统，这样是能够减少锅炉的排污率，减少锅炉的超额补水量，使之维持到正常水平的补水量。
以上处理系统曾经是厂院双方所共同认可的，设计院提供给厂方的高级阶段的设计文件中推荐的也是一级除盐加混床的系统。该项目从立项到施工图设计阶段有近三年的时间，所以当我接手施工图，并提出反渗透（RO）加混床（MB）的系统时，厂方技术人员是有疑问的，原因有以下几点：
① 根据有关设计原则，一般认为当进水含盐量≥500mg/L时，采用反渗透是技术可行，经济合理的。在原水含盐量为370mg/L时采用反渗透是否经济合理。
② 原化水车间采用电渗析（ED）加一级除盐（H-O-OH）系统，厂方的技术人员对一级除盐系统的运行管理比较熟悉，另外，原有的电渗析系统由于多方原因基本上建成后就无法运行，大家对反渗透系统也存有疑虑。
③ 厂方认为反渗透系统比一次除盐系统一次性投入大得多。
实际上随着反渗透技术应用的增多，特别是反渗透低压膜、超低压膜（或抗污染膜）的使用，大大降低了运行成本，尤其是电力费用，以至于认为含盐量超过100mg/L的原水（在美国的价格条件下，原水总溶解固形物大于75mg/L时，采用RO是经济的），采用反渗透作为预除盐也是经济合理的，再者，RO系统可减少酸碱用量，排水对环境污染小，操作容易，对原水质变化适应性强，产品水有机物含量低，在有效地去除胶体硅等技术上有优越性，因此，供水量比较稳定的热电厂反渗透装置的使用是可适当放宽的。另外，单从反渗透系统的综合造价而言，已从原来的每吨水5-6万元，降至每吨水2-4万元，初投资与一般除盐系统相比，根据水质情况而稍有差别，是基本持平或稍高，但反渗透的制水成本要远小于一级除盐的，这一点是有共识的。
根据对临近的部分电厂正在运行的反渗透系统的考查，厂方最终同意采用RO+MB系统，具体流程如下：
和后处理流程的选择考虑了下列因素：①水源为地面水，雨季及红薯收获水质变化较大；②满足供热机组的用水水质要求，工艺设备要可靠；③操作简单，适应水质改变和设备故障的能力强，处理设备的备用情况；④废液的处置与排放；投资和运行费用，具有可靠的监测手段。上述流程还应包括反渗透装置的清洗过程，具体内容下面的有关章节有详述。
4 处理构筑物和设备
针对流程中涉及的处理构筑物和设备，文章从设计计算、工程使用、设备性能、在线仪表等方面简介如下：
4.1 机械搅拌澄清池
其对反渗透进水水质的要求如表四所示。
其中SDI量用来衡量反渗透装进水水质的一个很有用指标，即污染指数FI，也可称为淤泥密度指数SDI。SDI值测试与膜元件运行状况不是一致的，与浊度指标相比，也是仅能更好反映反渗透装置污染程度而已，SDI值与污染程度关系见表五。
在反渗透装置中，通常用15min的SDI值。SDI值的极限值为6.7。
2)反渗透膜结垢的控制
中空PA膜和复合膜不能忍受氧化剂如残余氯、碘、溴、臭氧等，这些氧化剂对膜有侵蚀破坏作用。当水中存在铁锰、铜等金属时，它们会起催化剂作用，加速残余氯的氧化侵蚀作用。去除水中氧化剂通常加入还原剂亚硫酸钠，本工程无需加入还原剂，是因为澄清池投加是非氧化杀菌剂。投加还原剂工程设计时可采用成套的加药装置。
反渗透系统通常防止CaCO3在膜上沉淀的方法是加酸调节水的pH值，加酸的多少就是要使浓水中朗格里尔指数小于或等于零，使CaCO3无法在膜上沉淀出来。一般情况下加HCL，加药装置可采用成套的加药设施。
防止硫酸盐（CaSO4）等的结垢的方法，通常是在给水中加入六偏磷酸钠（SHMP）等。一般来说，判断硫酸盐是否在RO膜上析出，需要用溶度积KSP来判断。加药装置可采用成套的加药设施。本工程经计算不需单独投加SHMP。
实际上，现在的膜的供应商都是根据原水的水质情况，提供一种综合的药剂，满足调pH值、阻垢等要求，使加药系统简化。
3)RO装置
在设计反渗透除盐装置时应考虑如下因素：
a. 系统的出力、系统回收率、系统脱盐率；
b. 选择合理的膜类型和膜构型；
c. 计算所需膜元件（组件）的数量；
d. 测算膜组件合理的排到组合，尽量使各段膜元件的出力和压降相当；
e. 确定高压泵的位置，本工程高压泵与膜组件分开布置；
d. 合理选择连接管道；
e. 合理选择与水接触的就地仪表及探测敏感元件等，实际工程中基本是由设计人员提出相应的要求，由膜供应商根据原水水质及反渗透膜的具体数据给出RO装置的整体安装、加工方案，并配供相关的附件，如必要仪表、管道、阀门等。
以下仅就系统回收率、膜元件的渗透水量、高压泵的选择等给以介绍。
① 系统的回收率
在采取适当的情况下，通常采用75%回收率，该回收率也称为标准系统回收率。这主要由下面两个因素决定：
a. 采用75%回收率时，可选用6m长的压力容器（内装6个40"长的膜元件或4个60"长的膜元件），每个压力容器最佳回收率为50%，当采用2:1排列时，系统回收率为75%。该排列无需使用浓水循环，即可把相当高比例的给水转为渗透水。
b. 回收率不大于75%，对整个RO渗透水质量不会有太大的影响，当回收率超过75%时，水质急剧下降。
② RO渗透水量
单个膜元件的渗透水量q可按下式计算
式中PN——膜元件的实际净运行压力；
α——污染系数，小于1；
qv.d——单个膜元件的额定渗透水流量（由膜厂商提供）；
Pd——单个膜元件的额定运行压力（由膜厂商提供）；
TJ——温度校正系数（由膜厂商提供）
根据单个膜元件的渗透水量q和总出力即可计算所需的膜元件数。作项目估算时，可按单个膜元件的额定渗透水量的70%计算。本工程经计算共需108只CPA3膜元件，供两套装置，2:1排列，回收率75%，每套RO装置设计出力50t/h。
③ 高压泵
与RO装置配套的高压泵通常选用丹麦格兰富泵，一套RO装置配一台泵（或两台泵），不备用，本设计选用SRN65-7-1型泵2台。高压泵的实际运行压力由净运行压力PN、渗透水的压力（背压）Ppea、系统压差Ppd的一半、系统平均渗透压пar相加得到。对溶液TDS低于1000mg/L的RO系统，当回收率为75%时，渗透压对膜的透过水量的影响可以忽略不计。
④ 反渗透装置的清洗
在正常运行条件下，反渗透膜可能被无机物垢、胶体、微生物、金属氧化物等污染，这些物质沉积在膜表面上，将会引起反渗透装置出力下降或脱盐率下降，因此，为了恢复良好的透水和除盐性能，需对膜进行化学清洗。
清洗条件应根据膜制造商提供的清洗导则进行，如果膜制造商未提供清洗导则，则应遵循下列原则，即凡是具备下列条件之一的情况，均需要对膜元件进行清洗。
a.标准渗透水流量下降10%-15%。
b.标准系统压差增加10%-15%。
c.标准系统脱盐率下降1%-2%或产品水含盐量明显增加。
c.已证实有污染或结垢发生。
至于清洗药剂的选择，不同的膜生产厂商对污染物采用的药剂有不完全一致的要求。具体清洗配方或专利清洗液向膜供应商索取。
一般清洗系统由清洗泵、清洗、5μm保安过滤器及所需的管道、阀门和控制仪表（如pH计、温度计、流量表）等组成。清洗流程见下图。
本工程设V=3.0m3清洗一个，ф600mm保安过滤器一台，CRN64-2-2清洗泵一台等设备。提醒注意的是清洗泵应耐腐蚀，一般压力可为0.3-0.5Mpa，流量数据可向生产厂商索取，确定清洗的体积时，应考虑压力容器的容积、保安过滤器的容积、有关管道的容积等。
转贴于4.7 混床
RO装置的出水水质不满足锅炉补给水的要求，必须增设后续处理设施，设计采用混床，混床出力按105t/h，选用2台ф1500mm混合离子交换器，树脂层高500（阳）/1000（阴），阳树脂型号D001MB，阴树脂型号D201MB。考虑混床同时运行，混床出口加装树脂捕集器。
混床出水质量：电导率（25℃）＜0.1&µS/cm，二氧化硅＜0.02mg/l，满足锅炉补给水的要求。
混床的在线监测仪表主要有：进口流量计、出口电导仪、进出口压力表等。
4.8 相关的配套设施
1）再生设施
新建化水车间紧临原化水车间东侧，酸、碱贮存设施均可利用原有设施，仅需增设酸计量箱一个，碱计量箱一个。计量箱可根据树脂装填量、树脂的交换容量及再生剂耗量（应最终换算至再生浓度）计算得到，计量箱的有效容积应满足再生一次用量，并应有富余量。设计酸计量箱容积为1.5m3，碱计量箱容积为1.5m3，采用喷射器输送再生液。计量箱应单独放置一个房间内，并需通风。
2）罗茨风机
机械过滤器反洗用气和混床清洗时用气采用罗茨风机供给。罗茨风机的供气量及供气压力可根据有关导则算出，并最终确定罗茨风机型号，本工程罗茨风机型号L41WD，罗茨风机的供气量仅需满足最大一台设备的供气量即可。罗茨风机设计时要加装空气过滤器和消声器等配套设施，并要求单独放在一个房间内。
3）水泵
水泵主要包括原水泵、反冲洗水泵、中间水泵、除盐水泵、再生泵、清洗水泵等，均布置在水泵间。原水泵、中间水泵、除盐水泵的扬程按0.4Mpa选用，反冲洗水泵的扬程按0.2Mpa选用，再生泵的扬程按0.3Mpa选用，清洗水泵的扬程按0.3-0.5Mpa选用（前已述及）。原水泵、中间水泵、除盐水泵均为二用一备，考虑多工况运行情况，反冲洗水泵不备用，再生泵一用一备，清洗水泵不备用。
设计时应注意水质不同，选择的泵也应不同，原水泵、反冲洗泵可采用一般的清水泵，其他泵要选用防腐蚀的泵。
4）加氨系统
氨与给水中残留的游离二氧化碳化合，提高给水的pH，以防止氢去极化腐蚀，保护金属氧化膜。加药量为每毫克CO2消耗0.4-0.8 NH3，药剂可以采用钢瓶液氨或氨水。加氨点设在除盐水泵出口处，这有利于保护除盐水管。
控制给水的pH值8.5-9.2，给水含氨量在1.0-20mg/L以下。
利用成套加药装置投加氨液，该装置为2箱2泵式，包括500L加氨桶2个，J2-40/4.0柱塞计量泵2台及搅拌器等，平面尺寸为3000x2400mm，加氨需单独一个房间，并需排风。
5）各类
的容积可根据规范要求确定，设计时可适当放大。具体如下：
原2台，单台容积150m3，与澄清池成组布置。
中间1台，容积50m3。
除盐2台，单台容积200m3。液面铺设液面球，以减少空气中的CO2、O2重新溶入水中。
上述均为钢制，外刷防锈漆两道，油性调和漆一道，原、中间内衬酚醛玻璃钢6层，除盐内涂环氧树脂漆6层。均布置室外。
6）化验设施
化验设备与原化学车间的化验设备合用，新车间设运行值班室，可做简单的监测化验。
5、存在的问题
项目设计完成后，没有立即实施，近期建设方决定实施该项目，经与建设方、意向的设备供货方讨论，认为设计存在以下不足，应予改正。
(1)机械过滤器滤速偏高，对保证后续设备的进水水质安全有一定的影响，应增加一台机械过滤器。
(2)混床虽已考虑单独运行的可能性，但原设计直径偏小，无备用，应把混床直径由ф1500mm改为ф1800mm，考虑备用。
6、化水设计简述
通过本工程的设计，总结出一些经验和建议，希望能有些参考价值。
(1)设计出步骤及内容
1）要求建设方提供水源的水质全分析资料，校核水质，确定水质类型。
2）计算设计出力，包括正常出力和最大出力。
3）根据水质分析情况和锅炉对补给水的要求，确定经济合理的处理流程。
4）确定主要处理设施的设计出力，应考虑自用水量，可从后向前计算，工程初期可估算，混床按5%，过滤器按10-15%，机械机械加速澄清池按15%。
5）根据设备的设计出力确定处理设备的型号、尺寸，选择合适的滤料和树脂；选择合适的膜元件，并确定其数量和布置方式。
6）确定各类水泵的参数、数量、备用情况，应满足不同工况（如一套RO装置清洗时）的运行要求。
7）根据过滤器和混床的用气参数，确定罗茨风机的型号，应有备用。
8）根据混床树脂装填量、树脂的交换容量、进水水质数据计量出一次再生酸、碱用量，并以此算出计量箱大小、酸碱贮罐的容积、中和池的容积及调节用酸碱的用量。计算计量箱时要换算成再生浓度，而酸碱贮罐的容积应按工业供货的浓度计算，根据中和池的容积得出排污、搅拌用水泵的参数。
9）根据规范计算出各类的容积，并确定其尺寸。
10）画出工艺处理流程图，流程图中应标示出各种设备连接方式、管径、在线仪表的安装和阀门等，应给出图例、主要设备清单。
11）画出设备的平面布置图，其中澄清池、、酸碱贮罐和中和池宜布置在室外，一般水处理车间分高低两跨，高跨主要布置过滤器、RO装置、混床等，低跨主要布置泵类、计量箱、罗茨风机、加药设备等。设备布置时，管道连接要简捷、顺畅，泵类的布置和室外应统一考虑，避免管道交叉过多，应考虑通行的要求。
应考虑值班、电气、实验室的面积。
12）给出化水车间管道布置的总体方案，包括位置、标高、管道间距等。
13）根据管道布置的总体方案画出各分册的施工图。
以上即为化水设计包括的内容，其中一些步骤次序可以调换。
(2)向其他专业提资要求
设计不同时段时，应及时向相关专业提出设计资料及相应的技术要求。
1）总平面布置完后，应向建筑专业提出设计资料，图中应给出门、窗尺寸，厂房净高，室内外高差、管沟、排水沟等数据。
2）在建筑返回设计资料后向结构专业提出设计资料，图中应包括设备基础大小、设备荷重、基础预留螺栓孔、基础和梁（板、柱、墙体、沟壁）上的预埋铁、留洞等数据。
3）向电气专业提供用电设备的用电负荷、控制要求等数据，并提供平面布置。
4）向热控专业提供各种监测仪表的要求，如测量范围、平面位置、安装高度等条件，并确定各类设备的控制方式，如集中或分散控制，就地还是远程控制等，并提供设备平面布置图及工艺流程图。
5）向暖通专业提供需要通风的房间的所要求通风次数。
以上是基于个人的经验提出的建议和相关数据，供同行参考。
参考文献
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