自清洗过滤器在电厂海水淡化系统的应用

大唐王滩电厂反渗透海水淡水系统是中国第一个投运的“双膜法(UF+SWRO)”海水淡化项目，由我国自行设计建造，一期总设计出力10,800T／D，已建成装置出力7，200T／D。项目中采用了代表世界最新科技的超短预处理工艺：自清洗过滤器+超滤(UF)。通过对王滩电厂两年多运行数据的分析，我们认为对缺乏淡水的地区或海水水温随季节波动较大的地区，电厂和海水淡化厂联建是一种经济性非常好的选择方案；超滤作为反渗透海水淡化系统的预处理也是切实可行的，这代表了一种新的技术发展方向。此项目为中国反渗透海水淡化的发展作出新的、有意义的探索。
    一、大唐王滩电厂简介
    大唐王滩电厂隶属于大唐发电集团，位于河北省唐山市京唐港经济开发区内，毗邻渤海。2003年2月开工建设，一期工程安装2×600MW国产亚临界凝气式燃煤发电机组。其采用各种先进工艺。是一座节能，环保型现代化滨海电厂，由于建在海边荒废滩涂地上和煤炭基地附近，具有合理有效使用土地、燃料和海水资源的优势。王滩电厂采用海水直流冷却方式，使发电机组冷却不再使用冷却塔，使用过的海水又汇人自然河流回归大海，可节约大量淡水资源．经济、环保，管理成本也低：锅炉补给水和其他工业用水由反渗透海水淡化技术获取，生活及消防用水由开发区自来水厂供应．这些水资源综合利用先进工艺，有利于环境的保护，各项指标既达到国家环保控制要求，也响应了国家节能减排的号召。
    二、王滩电厂海水淡化系统介绍
    王滩电厂海水淡化系统汇集了多项世界最新的膜法海水淡化技术，借鉴了国外反渗透海水淡化工程中的一些先进经验，创造了多项中国第一。
    1、取水系统和排水系统
    王滩电厂从京唐港区修建一条2000米长的引水明渠，海水送入电厂水泵房，经6个取水孔的过滤机过滤后，经过循环水泵送到凝汽器，使用过的海水又沿着自然河流回归大海。王滩电厂海水淡化系统充分利用了电厂循环冷却水给／排水系统，考虑水温对反渗透系统的影响，王滩电厂海水淡化系统设计了两个海水取水方式，一是夏季海水温度较高时。直接在取循环水泵出口海水作为反渗透系统给水；二是冬季水温较低时，取用凝汽器排放海水作为反渗透系统给水，有效利用电厂冷却水的剩余热能．降低了海水淡化系统的能耗。电厂和海水淡化系统联建优势主要体现在以下几个方面。
    (1)简化海水取／排水设施的工程投资。海水淡化厂可以充分利用电厂海水冷却水取／排水设施，无须建设单独的海水淡化取／排水设施一降低了初始固定投资10—20％。
    (2)提高海水淡化厂进水温度，降低能量损耗。冬季，王滩电厂海水经电厂凝汽器后温度升高了10℃左右。根据美国TampaBay海滨电厂的运行统计证明：海水温度每升高10℃，反渗透海水淡化厂电力消耗降低5％。
    (3)减轻了海水淡化厂对周边海域的生态影响。由于电厂冷却工艺排放的热海水和海水淡化厂排放的浓盐水都会对电厂周边海域的环境和生态造成一定的不利影响，通过将两者混合排放，降低了盐度，减轻了对周围海域的环境和生态影响，达到了国家环保控制指标要求。
  2、自清洗过滤器
  由于王滩电厂原海水受潮汛以及风力影响，浊度波动较大，通常在10—15NTU，最高达90NTU，易造成海水预处理系统运转不稳定。为了加强对后续超滤系统的预保护和减轻其的负荷，王滩电厂在超滤系统前设置3套Amiad过滤精度为150µm的自清洗过滤器．这种自清洗过滤器具有结构紧凑。操作控制简便等优点，替代传统的压力式过滤器、重力过滤器。通常控制在30分钟自动反洗一次，或压差达到0．05Mpa自动反洗，并可根据进水水质的变化进行调节。见表1。

表1  王滩电厂自清洗过滤器配置
项目 总产水量(m3／h) 单套产水量(m3／h) 套数 产品型号
自清洗过滤器 1200 400 3 Amiad 150 µm


    2、超滤(uF)系统
    对于王滩电厂海水淡化项目，在系统设计阶段，国内尚没有任何海水淡化反渗透系统采用超滤作为预处理，因此王滩电厂和工程公司从2005年2月至2005年5月进行了为期3个月中试，试验结果表明自清洗过滤器+超滤作为海水淡化反渗透系统的预处理是可行的。此预处理中采用了Omexell压力式中空纤维超滤膜元件SFP2660，其材质为聚偏氟乙烯(PVDF)，过滤精度为0．03µm。在两年运行过程中，超滤系统产水的SDI值基本保持在3以下．为后续反渗透系统提供了有效的保护。超滤膜投运以来总共进行了两次在线化学清洗(CIP)，平均一年一次。通过两年运行分析，超滤与传统的预处理相比较具有以下优势，见表2：

表2   王滩电厂超滤系统配置
项目 UF系统
产水量(m3/h) 7×120
设计系统回收率(％) 95
膜元件型号 Omexell SFP2660
压力容器数量／膜架 60
设计渗透通量(LMH) 60


    (1)占地面积小，现场布局整洁．运行维护方便。
    (2)自动化程度高，控制调节方便。
    (3)产水SDI值不随进水浊度的变化而波动，抗冲击能力强。
(4)节省化学品消耗，运行成本低。
    (5)有机物去除率高。

    3、化学加药装置
(1)    絮凝剂投加
在王滩电厂海水淡化项目中，调试初期采用3ppm聚合氯化铝(PAC)。在系统调试过程中，发现后续的超滤系统跨膜压差增加较快，产水量衰减较快，怀疑是聚合氯化铝(PAC)导致超滤膜污染，因此将聚合氯化铝(PAC)投加系统关闭，发现后续超滤系统运行随即正常．反洗频率大幅降低，因此将絮凝剂加药系统搁置，在随后两年多的运行过程中，后续反渗透系统运行正常，平均每年对反渗透系统进行一次在线化学清洗(CIP)。
    (2)海水电解杀菌灭藻
    王滩电厂采用了海水电解制氯技术。其原理是利用天然海水中含有的氯化钠，用特制的电极电解海水产生有效氯．有效氯可以杀死海水中微生物．从而达到防止管道及海水淡化预处理系统中滋生微生物的目的。在实际运营中，电解制氯投加量控制在lppm左右。
    (3)还原剂脱氯
    现在反渗透系统中采用的膜元件皆为芳香聚酰胺复合膜材料，考虑到其耐氧化性差，水中的余氯将造成此类膜元件不可恢复性的化学损坏。因此需要严格控制反渗透系统进水中余氯含量：进水中余氯含量最好控制在0．0lmg/L以下。通常海水在进入SWRO系统前投加NaHS03作为还原剂以脱除水中余氯，为了准确的监控SWRO进水中余氯含量，王滩电厂既安装在线余氯表，也可以安装氧化还原电位(0RP)计作为辅助参考装置，因为0RP并不能反映水中真实的余氯含量。其受到pH的影响，如图1所示。通常控制SWRO进水的氧化还原电位(ORP)在280～320mV，此时海水中的余氯含量接近0．001ppm。在实际运行中，王滩电厂控制进水余氯含量在0．00lppm左右，ORP保持小于250mV，：NariSO3投加量为3ppm。



图2  王滩电厂BWRO系统压差变化

(4)二级反渗透(BWRO)系统回收率
    二级反渗透(BWRO)系统回收率也受到原海水温度随季节波动的影响，尽管其进水为一级海水淡化系统(SWRO)的产水，但其进水温度波动范围仍然在13—28％：．因此其回收率随季节的变化在80—85％波动，通常夏天回收率高于冬天。
    7、控制系统
    王滩电厂海水淡化系统采用了PLC控制系统，通过双机热备的CPU及电源系统实现冗余控制，冗余的通讯接口与全厂辅控网连接，运行人员在主控制室对海水淡化系统进行监控，海水淡化系统的重要报警信息通过辅控网主控制室光字牌上报警，实现就地无人职守。   
四、结语
    大滩王滩电厂海水淡化系统经过两年多的运行，各种设备运行状态非常稳定，其主要工程技术和经济指标开创了中国反渗透海水淡化的多项第一，同时也达到了世界同类海水淡化工程的先进水平，该工程为中国反渗透海水淡化产业的发展作了深入的探索．并取得了很大的成功。从累计运行两年多的数据来看，王滩电厂的海水淡化反渗透系统运行非常稳定．从投运两年以来，总共进行了两次在线清洗(CIP)，化学清洗后，产水量和压差都恢复较好，这证明了超滤+反渗透双膜法工艺在膜法海水淡化方向是可行的，并且值得推荐的。其中，反渗透海水淡化系统(SWRO)的产水量和回收率受季节性海水温度波动的影响较大。反渗透系统中安装的SW30HRLE一400i和BW30—400膜元件的各项性能指标经过两年运行仍非常稳定，完全满足了王滩电厂的生产要求。
转自：中国过滤网 http://www.chinaguolvqi.com/news/show-775.html