基于目前火电产能过剩的严峻形势, 根据国家及各大发电集团相关政策, 各个电厂均在积极调整经营方向, 以提高企业效益。其中对外供汽成为了行业首要选择, 尤其是对工业园区内邻近有需要的企业进行供汽, 这些企业可以省去自主建设和维护低效率的锅炉, 实现整个工业园区的绿色健康发展, 保护环境, 降低社会经济运行成本。但通常情况下电厂要实现对外供汽需要对原有的锅炉补给水系统进行扩容改造。例如山东某电厂西侧紧临某工业园区, 工业园区内有一大型化工集团, 具有较大的工业用汽需求。该集团拟建项目需增加2.5 MPa·g等级的过热蒸汽300~500t/h, 拟建项目分两期建设, 一期需求过热蒸汽为300t/h, 二期为200t/h。在当地政府的协调下, 两家企业达成协议, 该电厂拟向此化工集团输送工业用蒸汽, 总流量为500t/h。

　　 该电厂现有锅炉补给水系统总出力为350m³/h, 在满足机组正常补水及冬季供热的情况下, 没有足够的余量对此化工集团进行工业供汽。因此, 需要新增一套锅炉补给水处理系统 (总出力500m³/h) 。

　　 该电厂考虑到投资回报率和保证连续供汽等因素以及化工集团的阶段性用汽需求, 提出了以下3种建设方案, 并进行了比较分析, 见表1。

　　 该电厂为节省投资, 避免设备闲置以及后期不可预见因素难以收回成本的风险, 采用建设方案三, 即一期完成500m³/h锅炉补给水系统所有土建施工, 安装300m³/h设备, 预留后期设备所需场地及基础, 待二期时仅需安装设备。

　　 根据该电厂提供的数据, 本次水处理改造锅炉补给水水源采用水库来水, 水库水质详见表2。

　　 为满足电厂锅炉补给水的水质要求, 根据相关水质规范, 锅炉补给水系统出水水质参照《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》 (GB/T 12145—2016) , 具体设计出水水质如表3所示。

　　 目前, 电厂锅炉补给水系统根据水源水质, 预处理工艺主要有混凝澄清、过滤、超滤或以上若干种工艺的组合;脱盐系统主要有两级反渗透加混床、阳床+阴床+混床或两级反渗透+EDI工艺, 各种工艺的主要特点如下所示。

　　 (1) 混凝就是在原水中预先投加化学药剂 (混凝剂) 来破坏胶体的稳定性, 使废水中的胶体和细小悬浮物聚集成具有可分离性的絮凝体;澄清则是对絮凝体进行沉降分离, 加以去除的过程, 一般用于预处理。

　　 (2) 多介质过滤器和超滤都不具有脱盐功能, 主要是去除水中的悬浮物和胶体等物质, 为脱盐设备的前处理。

　　 (3) 反渗透是以压力为驱动力, 促使膜截流物质物理分离的过程, 反渗透为高压驱动, 去除水中大部分盐分。

　　 (4) 阳床、阴床和混床系统是利用树脂进行离子交换, 去除水中的阳、阴离子, 并通过酸、碱再生恢复其交换容量。

　　 (5) EDI通过阳、阴离子膜对阳、阴离子的选择透过作用以及离子交换树脂对水中离子的交换作用, 在电场的作用下实现水中离子的定向迁移, 从而达到水的深度净化除盐, 并通过水电解产生的氢离子和氢氧根离子对装填树脂进行连续再生。

　　 其中, 采用EDI进行深度除盐, 无酸、碱再生, 但投资较高。离子交换除盐系统应用成熟, 投资较低, 出水水质好, 但有酸碱废水产生。

　　 (1) 根据来水水质, 为去除各种胶体和悬浮物, 设置混凝澄清预处理系统。混凝澄清采用机械搅拌澄清池或高效澄清池工艺。

　　 (2) 为保证反渗透进水水质, 采用超滤作为反渗透的前处理工艺。超滤前设置高效纤维过滤器, 高效纤维过滤器具有占地面积小, 过滤精度高的特点, 一方面可提高超滤的进水水质, 另一方面也可作为超滤前置保安过滤器。

　　 (3) 根据《发电厂化学设计规范》 (DL 5068—2014) , 当含盐量大于400 mg/L时, 宜采用反渗透作为预脱盐工艺。深度脱盐系统可采用二级反渗透加混床工艺、二级反渗透加EDI工艺或者一级除盐加混床工艺。

　　 根据以上设计思路可知, 不同方案的差异主要在预处理澄清池和深度脱盐工艺的选择, 以下就不同方案的选择进行分析讨论。

　　 (1) 方案一:机械搅拌澄清池+高效纤维过滤器。方案一采用机械搅拌澄清池+高效纤维过滤器作为除盐水系统预处理工艺, 核心工艺为机械搅拌澄清池。图1为预处理方案一工艺流程。

　　 (2) 方案二:高效澄清池+高效纤维过滤器。方案二采用高效澄清池+高效纤维过滤器工艺作为除盐水系统预处理, 核心工艺为高效澄清池。图2为方案二工艺流程。

　　 方案一和方案二的主要区别在于混凝澄清池型的选择, 以下分别对两种澄清池进行对比。

　　 (1) 机械搅拌澄清池。机械搅拌澄清池是利用池中积聚的泥渣与原水中的杂质颗粒相互接触、吸附, 以达到清水较快分离目的的构筑物。其内部设置第一反应室、第二反应室, 同时设置了机械搅拌提升装置, 设置底部刮泥机。图3为机械搅拌澄清池结构示意。

　　 原水沿切线方向进入第一反应室搅拌叶轮上方, 搅拌叶轮旋转时, 将池底泥浆提升到第一反应室, 并与原水、混凝剂、助凝剂迅速均匀混合, 发生絮凝。水和初步形成的絮凝物进入第二反应室后, 强力旋转的水流在此处被整流, 形成轻度的湍流, 从而有利于微小絮凝胶粒的长大和悬浮的回流泥渣颗粒粘附。在分离区, 水和泥渣颗粒分离, 清水经集水槽送至下一处理工艺, 泥渣除定期排出外, 大部分参加回流。

　　 (2) 高效澄清池。高效澄清池由凝聚区、絮凝区、沉淀区、浓缩区、泥渣回流系统和剩余泥渣排放系统组成。图4为高效澄清池剖面。

　　 原水投加凝聚剂后进入凝聚区, 通过搅拌器快速混合, 发生凝聚反应, 生成小颗粒矾花;而后进入絮凝区, 投加混凝剂、助凝剂, 在搅拌叶轮作用下与浓缩区回流泥渣接触反应生成大颗粒矾花;出水进入沉淀区, 泥水分离, 清水由池顶集水槽收集, 泥渣在池下部浓缩, 活性污泥回流至絮凝区, 剩余污泥送至污泥处理系统, 经污泥排放泵排至脱硫废水系统或工业废水处理系统。

　　 两方案核心工艺主要特点比较见表4。

　　 两方案核心工艺经济性比较如表5所示。

　　 由于该电厂厂内用地紧张, 如采用机械搅拌澄清池, 占地面积太大, 不符合国家提倡节约用地原则。另外, 高效澄清池具有抗干扰能力强、出水水质稳定、占地面积小等优点, 故选择方案二高效澄清池+高效纤维过滤器作为超滤预处理工艺。

　　 根据《发电厂化学设计规范》 (DL 5068—2014) , 当含盐量大于400 mg/L时, 宜采用反渗透作为预脱盐工艺, 图5为本技术方案的工艺流程。

　　 (1) 方案一:二级反渗透+混床。方案一采用二级反渗透+混床作为除盐处理工艺。图6为除盐系统方案一的工艺流程。

　　 (2) 方案二:二级反渗透+EDI工艺。方案二采用二级反渗透+EDI作为除盐处理工艺。图7为除盐系统方案二的工艺流程。

　　 (3) 方案三:一级除盐+混床工艺。方案三采用一级除盐+混床作为除盐处理工艺。图8为除盐系统方案三的工艺流程。

　　 深度除盐方案技术特点比较如表6所示。

　　 由于本项目为改造项目, 且新增系统出力较大, 厂区用地紧张, 而一级除盐+混床工艺占地面积较大。同时, 如采用该工艺, 系统还会产生较多的酸碱再生废水, 不利于下一阶段实施电厂废水综合治理, 因此本次改造不采用该工艺。

　　 EDI工艺初期投资较大, 对预处理水质要求高, 设备精密对操作人员要求高, 操作比较危险且膜块的更换费用较高。

　　 混床工艺作为传统的除盐水制备工艺, 具有设备初期投入低、出水水质稳定、预处理要求简单、水的利用率较高、设备可靠耐用等优点。

　　 当以两级反渗透作为混床前预脱盐工艺时, 混床再生周期一般大于30d, 酸碱废水排放量较小。本次改造考虑到工业用汽的稳定连续要求, 选择二级反渗透加混床, 即方案一作为除盐系统改造技术方案。

　　 综上所述, 本次改造项目最后确定的工艺流程为:高效澄清池→高效纤维过滤器→超滤→一级反渗透→二级反渗透→混床。

　　 (1) 选择的建设方案是合理的, 可以有效避免后期化工集团二期建设延缓或因市场原因减产带来的投资风险, 亦有效缓解因重复的土建施工带来的管理难题。

　　 (2) 本文选择的工艺流程:高效澄清池+高效纤维过滤器+超滤+一级反渗透+二级反渗透+混床方案, 在经济上是合理的, 在技术上是可行的。该方案的工艺流程具有出水水质好、再生废水量少、性能可靠、劳动强度低等优点。

　　 (3) 工程建成后电厂能保障对外全年不中断供汽所需的锅炉补给水, 可获得良好的企业效益, 并可有效降低再生废水量, 实现良好的环保和社会效益。