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锅炉补给水处理系统采用反渗透技术的经济性分析

1  现有设备状况分析

    丰镇发电厂锅炉补给水处理系统采用西安水处理设备制造厂生产的3套(1号、2号、3号)额定出力为65 m3/h单元制一级除盐加混床和2套(4号、5号)额定出力为100 m3/h单元制一级除盐加混床的离子交换除盐系统。

    1~3号离子交换除盐设备于1989-05投入生产,4号、5号离子交换除盐设备于1994-11投入生产。投产后由于本厂各台机组跑、冒、滴、漏情况严重,使得除盐水补水率一直在10%左右居高不下,平均补水量在250 m3/h左右,设备再生频繁,酸碱用量很大,年酸碱费用最高达到800多万元。

  近年来,随着本厂双达标、无渗漏工作的深入开展,设备的跑、冒、漏现象经过多方治理已明显好转,除盐水补水率逐年降低,1999年全年补水率下降至6%,平均补水量已降至150 m3/h。尽管如此,由于酸碱物价的上涨1999年酸碱用量仍在500多万元以上。

另外,从丰镇发电厂历年来生水水质全分析试验报告中可以看出(见表1丰镇发电厂历年生水水质情况简表),本厂生水含盐量呈逐年升高的态势。

 

 

    从1990-05-09本厂化学试验室对生水进行的第一次水质全分析到1999-12-31进行的水质全分析结果看,悬浮物含量增加了27 mg/L,表明总含盐量的主要指标—溶解固形物增加了113.2 mg/L,电导率增加了240 μS/cm。表明有机物等可燃物及碳酸氢钙等易分解物的指标—灼烧量增加了77.3 mg/L。另外,从表1中可知,氯根、全硬度等项目也有明显增长。

    如果生水各项杂质指标按现在这种趋势增加下去,而除盐水补水率仍维持现在目前的水平上,靠现有的离子交换设备进行锅炉补给水处理,不仅酸碱耗量还要增加,大宗材料消耗严重超标的问题将日趋严峻,严重影响着本厂的经济效益。由于除盐水设备的制、供水能力所限,使机组的安全稳定运行和正常发、供电将受到一定制约。随着我国《环境保护法》的实施,全民的环境保护意识大幅度提高,丰镇发电厂作为国有特大型企业在环境保护上更应增加投入治理废水使排放的废水符合国家规定的排放标准。而靠目前现有单一的离子交换除盐设备进行生产锅炉补给水处理,在对离子交换除盐设备进行再生时加入多少酸、碱,再生过程中就要排出多少其它盐类(如残余废酸碱、氯化钙、镁、氯化钠、碳酸钙、硫酸钙、碳酸镁等),由于这些废水均排到消防泵前池用于冲灰水和消防水,大量地排放这些化学物质不仅会给环境造成污染。而且还会造成冲灰水管道结垢,转动设备的腐蚀,甚至盐类沉积物会堵塞冲灰泵、冲杂泵入口,造成冲灰水管道故障。这些情况已经多次在本厂发生,冲灰水管道已多次进行酸洗。

    因此,丰镇发电厂现有离子交换除盐设备需进行重大技术改造,应在现有设备前增设3套100 m3/h(或2套150 m3/h)反渗透设备是较佳的选择。

2  反渗透技术

    反渗透(简称RO,是英文Reverse  Osmosis的缩写)是一种膜分离技术,现在已经广泛应用于电子、电力和苦咸水的淡化等领域的水处理技术中。

2.1  反渗透技术的基本原理

    许多天然或人造的薄膜对于物质的透过具有选择性,当两种浓度不同的溶液(这里指浓水与淡水)被一层半透膜隔开时,只有水可以通过而溶质(水中盐分)却不能通过。自然状态下,水从淡水侧向浓水侧渗入,当渗入达到动态平衡时在两种不同浓度的溶液面产生高度差(或称压差),这个压差称为渗透压,而这个过程称为渗透。如果在浓水侧施加压力以至于超过渗透压,则浓水中的水会通过半透膜渗入淡水侧,这个过程与自然状态下发生的渗透过程正好相反,所以称为反渗透。

    反渗透装置净化水的过程属物理过程,在一定压力下,溶于水中的各种物质包括分子和离子被截留在反渗透膜的一侧,水分子渗透到反渗透膜的另一侧,从而实现了对水的过滤净化。通常一级反渗透的回收率控制在75%,除盐率可以达到98%左右。在除盐水处理系统中,通常以反渗透设备作为预除盐装置,以离子交换设备作为精除盐装置,这种组合方式较为经济合理。

2.2  使用情况

    目前,我国大多数电厂没有采用反渗透这一技术的主要原因是受价格的制约,但是实际上以反渗透加离子交换除盐制取除盐水与离子交换除盐制取除盐水所需的费用相比,2~3 a节约的酸碱费用就相当于反渗透及其预处理系统的投资,只要运行维护得当,反渗透膜元件的使用寿命可以超过6 a,而且大大减少对环境的污染。

2.3  内蒙古电网的使用情况

    目前,内蒙古电网所属的蒙达公司、乌达电厂、海勃湾发电厂、锡林浩特第一热电厂,4个单位锅炉补给水处理系统采用了反渗透设备。应用方式均是以反渗透作为预处理装置,以离子交换除盐设备作为精除盐装置。据了解,除盐效果不错,而且效益也好于其它用单一的离子交换除盐的设备的电厂。

3  经济性对比

3.1  以1999-03-16丰镇发电厂化学水质分析报告的数据为依据:

    (1) 制水,886 242 t;补水,818 717 t;总耗酸,2 042.162 t; 总耗碱,1 241.57 t;精处理耗酸,66 t;精处理耗碱,18 t;阳床耗酸,71.68 g/mol;阴床耗碱,78.46 g/mol。

    (2)阳树脂总量,51.77~58.86 t,按55 t计算; 阴树脂总量,55.72~59.94 t,按58 t计算;每年树脂补充量为现用树脂总量的10%,丰镇发电厂需8 a更换一次树脂。

3.2  以1999年丰镇发电厂物质供应公司提供的数据为依据:

    (1) 盐酸单价,560元/ t;液碱单价,685元/ t;

    (2) 001×7阳树脂单价,8 300元/ t;201×7阴树脂单价,13 000元/ t;

3.3  西安热工研究院提供反渗透设备数据:

(1)阻垢FLoCoN单价,60 000元/ t;加药量3.0 mol/L;反渗透脱盐率98%,回收率75%;

(2) 根据现制补水情况考虑,预处理设备总出力为400 t/h;反渗透设备总出力为300 t/h;预处理设备选4台100 t/h,费用240万元;反渗透设备选3台100 t/h,费用25 000元/t;总出力按300 t/h计算投资750万元;

(3) 反渗透膜需5 a更换一次,更换一次膜费用190万元;

(4) 新增设备(预处理、反渗透)自用水率5%;   

(5) 增设反渗透设备树脂使用寿命可以延长5 a;树脂补充量为2%。

3.4  按以上数据计算进行对比情况如下:

(1) 水处理全年用酸费用:

(2 042.162-66)×2×560=221.33万元;

水处理全年用碱费用:

(1 241.57-18)×2×685=167.63万元;

    水处理全年用酸、碱总费用:221.33万元+167.63万元=388.96万元;

    (2) 采用反渗透设备全年制水总费用:水处理全年制水酸碱总费用为388.96×(1-98%)=7.78万元;

    阻垢剂FLoCoN260费用:[886242×2×(1+5%)]/75%×3 mg/L×60 000元/t=44.67万元;采用反渗透设备全年制水总费用:7.78+44.67=52.45万元;

    (3) 运行费用差价(不考虑补充树脂、只算酸碱和阻垢剂FLoCoN260的费用):

388.96-52.45=336.51万元;

    (4) 新增设备总投资费用240+750=990万元;

    (5) 现用离子交换除盐设备制每吨除盐水费用为4.5元/t(其中不包括人工费、设备维护费等,只算耗酸碱费)而增加反渗透设备制每吨除盐水费用为1.2元/t(其中不包括人工费、设备维护费等,只算耗酸碱费用及其予处理药剂的费用)。

    (6) 同时增设反渗透设备后,再生设备次数大约由现在的每套床运行不足12 h增长为450 h以上,1套制水设备可连续运行约20 d,可大大降低工人劳动强度,减少工作人员,有利于提高企业劳动生产率。

4  经济效益分析

    从长远的利益出发,在年制水量相同的情况下,将补充树脂、更换树脂周期、更换反渗透膜的周期考虑在内,效益估算如下:

    (1) 原制水设备平均年运行费用

    年补充树脂费用: 55 t×10%×8 300元/t+58 t×10%×13 000元/t=12.105万元;平均年更换树脂费用:(55 t×8 300元/t+58 t×13 000元/t)/8=15.13万元;年酸碱费用388.96万元;原制水设备平均年运行总费用:12.105+15.13+388.96=416.195万元;

    (2) 增设反渗透设备平均年运行费用

    年补充树脂费用:55 t×2%×8 300元/t+58 t×2%×13 000元/t=2.421万元;平均年更换树脂费用:(55 t×8 300元/t+58 t×13000元/t)/15=8.07万元;平均年更换反渗透膜费用:190/5=38万元;年阻垢剂FLoCoN260费用:44.67万元;年酸、碱总费用7.78万元;增设反渗透设备平均年运行总费用:2.421+8.07+38+44.67+7.78=100.941万元。由此可见,从长远利益出发增设反渗透设备平均年节约运行费用416.195-100.941=315.254万元。

5  结语

    现用的离子交换除盐设备系统设计于1987年底,当时设计原生水含盐量平均为250 mg/L,而现在生水含盐量平均为560 mg/L,而且还在逐年上升。采用离子交换除盐设备酸碱用量大,再生次数频繁,用工业水量大,自用除盐水用量也很高。采用反渗透设备的一级反渗透回收率为75%,可大幅度降低酸碱用量,节约生水和除盐水。采用离子交换除盐设备系统一年酸碱费用为416.195万元,而采用反渗透设备进行生产锅炉补给水一年酸碱费用为100.941万元。由此可见,从经济效益考虑,丰镇发电厂在锅炉补给水处理系统前加反渗透设备是企业节能降耗的有效途径。目前,国内已有不少行业采用反渗透设备,相信随着经济的发展及对环境保护要求的日益严格,将会被越来越多国内用户所接受,是取代一级除盐的必然结果。

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