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反渗透海水淡化预处理工艺技术的进展


生产一线

反渗透海水淡化预处理工艺技术的进展
文⊙ 张玉 程方 吴洁(天津城市建设学院) 肖伟(南京市地下工程建筑设计院有限公司)
摘要: 介绍了反渗透海水淡化预处理技 术 的 应 用 现 状 ,针 对 传 统 反 渗 透 海 水 淡 化 预 处 理 存 在 的 不 足 ,总 结 了 新 型 预 处 理 技 术在消毒、混凝、过滤、软化等方

面的工艺 进展,并指出其取代传统方法的发展趋势。 关键词: 反渗透;海水淡化;预处理技 术 一、综述 海水淡化是解决水危机的有效途径之 一,其主要方法包括多级闪蒸( M S F ) 、多效 蒸发(MED)和反渗透(RO)等 [1]。由于反渗 透海水淡化低投入、低运行资本、相对较低 的总的能量消耗、制造简单,故其作为一种 典型的方法在全世界广泛应用[ 2 ] 。 二、反渗透预处理的目的 由于进水中存在胶体、悬浮颗粒、溶 解 性 有机物和无机物, 同 时 在 反 渗 透 系 统 中还有微生物的滋生,致使反渗透膜易污 染 成 为 其 致 命 缺 陷 。所以,反 渗 透 海 水 淡 化 成 功 运 行 的 关 键 是 预 处 理 ,预 处 理 可 以 降 低 进 水 海 水 的 潜 在 污 染 ,同 时 能 够 保 证 海水淡化反渗透膜高质量的产水水质。 为保证反渗透膜组件的使用年限,进 入 R O 系统的海水需满足表 1 所示各项要 求[3]。 表 1   R O 进水的主要水质指标 式过滤器来保护反渗透膜[ 5 ] 。传统过滤系 统 用 过 滤 水 和 空 气 反 洗 。反 洗 频 率 至 少 每 天 一 次 。筒 式 和 袋 式 过 滤 器 的 更 换 频 率 完 全取决于原水水质以及预处理部分的运 行,约为 2 - 8 周。 (三)传统软化与阻垢方法 在 S W R O 工程的给水预处理系统中, 许 多 工 厂 采 用 降 低 回 收 率 ,以 免 浓 水 超 过 溶度积;加硫酸去除 CO 3 2- 和 HCO 3 - ;加入 阻垢剂,以防止 C a C O 3 和 C a S O 4 等在膜面 上结垢。 (四)传统预处理药剂 海水预处理常用药剂有混凝剂、助凝 剂、杀藻剂、水质软化剂、阻垢分散剂、除 氧剂、除臭剂等。 的颗粒浓度,所以可明显延长清洗周期, 节约了清洗药品的费用,减少了洗液废 水,增 加 了 反 渗 透 膜 的 运 行 周 期;可以减 少 混 凝 剂 的 需 求 量 ,这 种 运 行 方 式 在 海 水 预处理中逐渐被建立起来。 位于中国胶州湾的超滤系统,采用聚 丙烯腈中空纤维膜进行内压式错流过滤, 最大操作压力为 0 . 3 M P a ,回收率为 8 0 % , 产水浊度 1 0 0 % 小于 0 . 0 1 N T U ,9 5 % 的 SDI15 小于 3.0。Dawn F. Halpern 采用中 空纤维超滤膜对太平洋海域的海水进行试 验,结 果 表 明:无 论 是 处 理 渗 井 中 的 海 水 还 是 表 层 海 水 ,超 滤 的 出 水 水 质 在 较 长 周 期内维持稳定。 B r e h a n t 等人采用微滤进行海水的预 处理,结果发现, 虽然微滤没有超 滤处理效果好, 但是,出水的 SDI 能稳定的维持在 3 以下,充分满足 反渗透对浊度和 SDI 的要求[6]。 (三)纳滤及其集成技术 N F 膜的最大特点是膜本体带有电荷, 因而对有机物具有良好的去除效果, 这也 使它在很低操作压力下( 仅 0 . 5 M P a ) 仍具有 较高的脱盐率。另外, N F 膜还对无机离子 进行选择性分离, 使得它特别适合于海水 的脱盐处理。 N F 与 R O 集成其优点:降低了海水结 垢、污 染 的 趋 势 及 海 水 的 渗 透 压 ,从而可 以较大幅度提高 N F P 的浓缩倍数和水回 收率,降 低 后 续 淡 化 过 程 的 吨 水 能 耗 ,提 高现有装置的利用率。H a s s a n 等及沙特阿 拉伯海水淡化公司( S W C C ) 进行的 N F - S W R O 集成海水淡化实验表明:海水经 N F 技术处理后去除了 8 0 % 以上的硬度, T D S 下降了 4 0 % 左右且去除了大多数有机污染 物, 操作压力可有较大幅度的降低, 水回收 率可有较大幅度的提高。 (四)新药剂的研制 国内外大都采用铁盐作为海水预处理 混凝剂,但由于低分子氯化铁腐蚀性很 强,因 此 无 机 高 分 子 聚 硅 酸 铁 盐 絮 凝 剂 受 到 普 遍 关 注 。天 津 科 技 大 学 用 聚 硅 酸 氯 化 铁(P F S C )对渤海海水进行了絮凝预处理 实验研究表明,该絮凝剂制备工艺先进, 产 品 质 量 稳 定 ,无 二 次 污 染 ,产 品 可 作 为 工 业 用 水 海 水 淡 化 和 污 水 处 理 。天 津 城 建 学院向海水中投加高锰酸钾和高铁酸钾预 氧 化 剂 能 不 同 程 度 提 高 有 机 物 去 除 率 ,达 到 强 化 混 凝 的 目 的 ,且 高 铁 酸 钾 的 还 原 产 物 F e ( Ⅲ) 仍具有混凝的作用,能够进一步 降低出水浊度。 五、结语 当前,S W R O 技术已经成为解决我国 沿海地区和世界上许多国家水资源短缺的 重 要 手 段 ,进一步提高淡化效益、 降低成 本 已 成 为 新 的 研 究 热 点 。新 型 淡 化 系 统 的 趋势是采用集成膜(Integrated Membrane System,IMS),即将微滤(MF)、超滤(UF)、 纳滤  ( N F )和 RO 组合起来,一些价格低廉 的新型药剂应用于这一领域也是降低成本 的一条可能途径。新型的预处( 下转 7 8 页)

三、传统预处理技术

传统预处理工艺通常存在以下不足: 1 . 工艺冗长:先是对给水间歇式加 氯,再 加 混 凝剂和助凝剂, 然 后 经 压 力 多 介质过滤器和细砂过滤去除已絮凝的胶体 物质,接着添加 N a H S O 3 和阻垢剂,再经 过 保 安 过 滤 器 。此 工 艺 流 程 会 导 致:①操 作烦琐;② 总投资及运行费用高 ;③产水 周期长;④占地面积大。 2 . 水质不稳定:原水的水质变化引起 反 渗 透 进 水 水 质 的 巨 大 波 动 ,在 高 浊 度 进 水条件下 S D I 1 5 很难持续小于 3 ;对于粒径

S W R O 系统传统预处理工艺(如图 1 ) 主 要 为 次 氯 酸 钠 杀 菌 灭 藻 、混凝、接触过 滤( 单级石英砂或无烟煤、锰砂等多介质 过滤) 、3 - 1 0 μ m 精密过滤,对于杀菌残 留的余氯可采用化学还原剂或活性炭脱 除,有时还有软化器。 (一)传统灭菌消毒措施 对于 S W R O 系统,从引水口、管路、 过 滤 器 、水箱、水泵、膜 组 件 、甚 至 压 力 表 等 接 管 ,都 必 须 定 期 消 毒 。连 续 氯 化 - 脱 氯 法 是 一 种 较 早 的 消 毒 工 艺 ,不 但 费 用 高,而 且 会 造 成 细 菌 的 后 繁 殖;间 断 氯 化 法 是 在 前 者 的 基 础 上 发 展 起 来 的 ,即每八 小 时 运 行 中 ,有 一 小 时 停 止 脱 氯 ,使水中 余氯间接地对膜组件消毒灭菌[ 4 ] 。 (二)传统过滤技术 反渗透法淡化海水中的过滤,要么是 在钢 / 玻璃钢的压力容器中进行,要么是 依靠重力去除一部分混凝的有机和无机颗 粒 以 及 原 水 中 的 胶 体 物 质 。预 处 理 的 最 后 一步是精度为 5 - 1 0 微米筒式过滤器或袋

小于 1 0 - 1 5 微米的颗粒有效去除率很低; 去除细菌的效果不理想,不能确保 R O 给 水无菌。由于传统预处理的局限性, 处理 表层海水的反渗透淡化系统的设计平均通 量较低, 一般为 1 2 - 1 4 L / ( m 2 ?h ) 。 四、新型预处理技术 (一) 休克”氯化消毒法 “ 此法大部分运行时间里不投入氯,它 根 据 现 场 情 况 定 期 采 用 高 余 氯 、甚 至 是 高 p H 值的化学清洗。这种处理方法针对系 统 不 同 ,其 清 洗 液 组 分 、剂量、清 洗 时 间 和清洗频率也不一样。如 Jebel Dhana 厂, 每周氯化一次,每次 6 ~8 h ,余氯量 1 m g / L 以上。这样不仅大大减少预处理费用,而 且 减 少 了 化 学 清 洗 次 数 ,从 而 提 高 淡 化 器 的开工率,降低淡化水生产成本。 (二)超滤 / 微滤 对于海水淡化而言,超滤和微滤均是 有效的预处理技术。用膜法进行预处理, 可以节约设备占地 3 3 % ,这也可以转化成 设 备 投 资 的 节 省;由于反渗透进水有较低

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生产一线

浅谈发电厂锅炉 - 汽轮机组协调控制系统
文⊙ 朴春旭(中国华电集团哈尔滨发电有限公司)
必要提到 8 0 年代中期引用的直接能量平 机 炉 主 控 制 回 路 、及主压力设定回路三部 摘要: 目前我国火电站领域的技术具 衡 控 制 系 统 ,该 控 制 系 统 的 引 用 ,使汽包 分组成。负荷指令处理回路接收中调指 有快速的发展,单元机组的容量已从 锅炉机组的协调控制系统从探索趋于成 令、司 炉 指 令 和 频 率 偏 差 指 令 ,通 过 选 择 300MW 发展到 600MW。DCS 系统在火电站的 熟,使汽轮机 - 锅炉协调控制系统趋于简 和 计 算 ,再 根 据 机 组 主 辅 机 运 行 情 况 ,发 成 功 应 用 ,大 大 提 高 了 电 站 控 制 领 域 的 自 单、响应性快、稳定性高。 出 机 组 实 际负荷指令, 送 给 机 炉 主 控 制 回 动 化 投 入 水 平 。本 文 主 要 对 大 型 火 电 机 组 直接能量平衡控制思想,选用汽机调 路,改 变 调 节 阀 的 开 度 和 锅 炉 燃 烧 率 。机 中锅炉和汽轮机组的协调控制系统进行了 速级压力(P 1 )与汽机自动主汽门前压力 前 压 力 设 定 回 路 ,由 运 行 人 员 选 择 定 压 / 简要分析。 滑 压 运 行 方 式 ,经 幅 值 和 变 化 率 处 理 后 形 (P t )之比乘以机前压力定值(P s )作为汽 关键词: 发电厂;锅炉;汽轮机;协调 机 对 锅 炉 的 能 量 需 求( 该 信 号 是 直 接 能 量 成 合 适 的 机 前 压 力 设 定 点 ,保 证 机 组 处 于 控制系统 平衡信号 P 1 * P s / P t ) ,该信号以动态前馈 稳定、经济的运行工况。 协调控制系统是我国在 8 0 年代引进 及 控 制 指 令 的 形 式 控 制 锅 炉 的 燃 料 量 。直 二、锅炉汽轮机的协调 的 火 电 站 控 制 理 念 ,主 要 设 计 思 想 是 将 锅 接能量平衡的主要基础在于 P 1 / P T 代表 锅炉汽轮机的协调被认为是机组的协 炉和汽机作为一个整体,完成对机组负 了汽轮机调门的开度, 在 额 定 参 数 下 ,汽 荷 、 锅 炉 主 汽 压 力 的 控 制 , 达 到 锅 炉 风 、 调,主 要 是 协 调 控 制 锅 炉 与 汽 轮 机 ,提高 机调门开度的变化反映了汽机进汽量的变 机组对电网负荷调度的响应性和机组运行 水、煤 的 协 调 动 作 。对 于 协 调 控 制 系 统 而 化,同 样 也 反 应 了 汽 机 对 锅 炉 能 量 需 求 的 的 稳 定 性 。从协调控制系统而言, 对汽包 言包含三层含义:机组与电网需求的协 锅 炉 和 直 流 锅 炉 都 具 有 相 同 的 控 制 概 念 , 变化。机前压力定值 P s 的改变,反映了锅 调、锅 炉 汽 轮 机 协 调 以 及 锅 炉 风 、水、煤 炉 被 控 参 数 对 锅 炉 输 入 量 需 求 的 变 化 。因 但由于两种炉型在汽水循环上有很大的差 子系统的协调。 此 P 1 * P s / P t 可以反映负荷对锅炉燃烧的 别,导致控制系统具有很大的差别。 机组与电网需求的协调主要是机组最 需 求 量 ,也 可 以 满 足 锅 炉 主 汽 压 力 对 燃 烧 锅炉工况是锅炉工作状况的简称,它 快的响应电网负荷的要求,包括了电网 的 需 求 量 。而 当 燃 料 量 发 生 改 变 时 ,由于 A G C 控制和电网一次调频控制两个方面。 通 过 一 系 列 有 关 的 运 行 参 数 来 反 映 ,如锅 调速级压力 P 1 和机前压力 P t 对燃料响应 炉 负 荷 ,工 质 的 压 力 和 温 度 烟 气 温 度 和 燃 目前华东电网已实现了电网调度对电厂机 的在数量上和时间上的基本一直性,使 料 量 等 。锅 炉 在 运 行 过 程 中 ,如 果 工 质 和 组的负荷调度和一次调频控制。 P1/Pt 基本不变,这样 P1*Ps/Pt 就仅仅反 烟 气 的 参 数保持不变, 则 此 时 的 工 况 称 为 一、协调控制系统的技术功能 映 负 荷 对 锅 炉 燃 烧 的 需 求 量 ,而 不 反 映 燃 随 着 我 国 国 民 经 济 的 不 断 发 展 和 电 力 “稳定工况”在某一稳定工况下,锅炉的效 料 量 的 变 化 。具 有 作 为 燃 料 需 求 指 令 的 基 率最高,则此时的锅炉工况称为最佳工 系 统 运 营 体 制 改 革 的 逐 步 深 入 ,中、大容 本 条 件 。仔细分析还可以看出, 在 汽 机 调 况,锅 炉 负 荷 成 为 经 济 负 荷 。锅 炉 有 某 一 量 机 组 的 运 行 方 式 也 逐 步 发 生 变 化 ,过去 稳 定 工 况 变 动 到 另 一 稳 定 工 况 下 工 作 时 , 门维持不变的情况下,P 1 / P t 维持一定,改 这 些 机 组 常 常 只 带 基 本 负 荷 ,而 现 在 则 需 变压力设定值 P s 即改变了锅炉 的 燃 料 指 这个从扰动开始到建立新的稳定工况之间 要根据电网的频率偏差和中央调度所对它 的 负 荷 需 求 指 令 参 与 电 网 的 调 峰 、 调 频 , 的 变 动 过 程 , 称 为 过 渡 过 程 或 动 态 过 程 , 令,从 而 达 到 了 控 制 负 荷 的 目 的 ,也就是 说直接能量平衡信号不但适用与定压控制 在 过 渡 过 程 中 ,各 参 数 之 间 变 化 的 相 互 关 甚至在机组的某些主要辅机和局部发生故 方式,而且适用与滑压运行方式。 系 称 为 锅 炉 的 动 态 特 性 ,它 与 锅 炉 的 结 构 障 的 情 况 下 ,仍 要 维 持 机 组 运 行 。对于在 直接能量平衡控制系统的另一个重要 变动前的工况以及造成变动的因素和扰动 电 网 中 参 与 调 频 、调 峰 的 机 组 ,其 运 行 方 特点是采用热量信号(P 1 + d P d / d t )作为 量 等 有 关 。锅 炉 在 不 同 的 稳 定 工 况 下 ,参 式 要 求 为:机 组 负 荷 变 化 的 范 围 要 大 ,能 燃料的反馈信号。对于(P 1 + d P d / d t )进 数之间变化的相互关系称为锅炉的静态特 够 稳 定 运 行 的 最 低 负 荷 要 低 ,在 整 个 负 荷 行适当的调整,可以使(P 1 + d P d / d t )在 性,运 行 锅 炉 的 静 态 特 性 可 通 过 热 力 特 性 变 化 的 范 围 内 有 良 好 的 负 荷 适 应 能 力 ,即 调 门 开 度 的 扰 动 下 ,P 1 的 正 微 分 面 积 与 试验来确定。 能 承 担 较 高 的 负 荷 变 化 率;其 主 要 运 行 参 d P d / d t 负微分面积基本相等,使 三、汽包锅炉机组的协调控制系统 数 如 主 蒸 气 压 力 ,在 负 荷 变 化 过 程 中 相 对 汽 轮 机 、 锅 炉 协 调 控 制 系 统 概 念 的 引 (P 1 + d P d / d t )在调门开度的扰动下基本不 稳定,以 保 证 机 组 在 整 个 负 荷 变 化 范 围 内 变,而仅反映燃料的变化。 出,主 要 在 于 汽 轮 机 和 锅 炉 对 于 机 组 的 负 有 较 高 的 稳 定 性 和 安 全 性 ,从 而 保 证 机 组 直接能量平衡系统就是利用 P 1 * P s / P t 荷 与 压 力 具 有 完 全 不 同 的 控 制 特 性 ,汽轮 有 较 高 的 效 率 。要 满 足 这 些 要 求 ,即取决 仅反映汽机对锅炉能量需求的特点和 机 以 控 制 调 门 开 度 实 现 对 压 力 、负 荷 的 调 于 单 元 机 组 的 主 机 锅 炉 、汽 轮 机 发 电 机 组 节,具 有 很快的调节特性, 而 锅 炉 利 用 燃 (P 1 + d P d / d t )仅反映燃料变化的特点,实 和主要辅机(送风机、引风机、给水泵、磨 料的燃烧产生的热量使给水流量变为蒸汽, 现 了 机 组 负 荷 对 燃 料 的 需 求 对 于 直 吹 式 制 煤机)的 运 行 和 控 制 性 能 ,还 取 决 于 单 元 其控制燃料的过程取决于磨煤机、给煤机、 粉系统锅炉燃烧系统, 为 克 服 燃 料 的 扰 动 机组控制系统的设计。单元机组在处理负 和磨煤机投运 / 切除过程中对负荷的影 风机的运行,对压力、负荷的调节具有很慢 荷要求并同时维持机组主要运行参数的稳 响,增加的燃料控制回路, 充 分 利 用 了 直 的 调 节 特 性 。因 此 协 调 控 制 系 统 就 是 要 以 定 这 两 个 问 题 时 ,是 将 机 炉 作 为 一 个 整 体 吹式制粉系统锅炉燃料测量速度快的特 优良的控制策略实现对锅炉 - 汽轮机的统 来 看 待 的 。然 而 汽 机 、锅 炉 又 是 相 对 独 立 点,可以更快的克服燃料扰动。 一控制。以达到锅炉 - 汽轮机组对负荷响应 的,它 们 通 过 各 自 的 调 节 手 段 ,如 汽 轮 机 机跟炉为基础的协调控制系统采用的 的快速性和对压力控制的稳定性。 调 节 阀 开 度 、锅 炉 燃 烧 率 ,满 足 电 网 负 荷 是汽机控压力,锅炉控负荷的运行方式, 协调控制系统的设计包含了两种协调 的 要 求 及 主 参 数 的 稳 定 ,但 它 们 的 能 力 不 这种控制方式由于充分利用了汽机调门动 控 制 方 式 ,一 种 是 以 炉 跟 机 为 基 础 的 协 调 尽相同,主要表现在锅炉调节的相对滞 作 对 压 力 响 应 快 的 特 点 ,因 此 能 很 好 的 控 控 制 系 统 ,这 种 协 调 控 制 方 式 是 建 立 在 锅 后,如 果 在 设 计 控 制 系 统 时 能 充 分 考 虑 它 制 机 组 压 力 ,但 由 于 锅 炉 的 燃 烧 特 性 比 较 炉 控 制 压 力 、汽 机 控 制 功 率 的 基 础 上 ,具 们 的 差 异 ,采 取 某 些 措 施( 如 引 入 某 些 前 慢,因 此 机 组 对 负 荷 的 响 应 比 较 慢 ,在系 有 负 荷 响 应快的优点。 另 一 种 是 以 机 跟 炉 馈信号、协调信号) ,让机炉同时按照电网 统 的 设 计 上 为 提 高 锅 炉 的 响 应 性 ,将机组 负 荷 的 要 求 变 化 , 接 收 外 部 负 荷 的 指 令 , 为 基 础 的 协 调 控 制 系 统 ,这 种 协 调 控 制 方 指令信号以前馈和反馈的形式作用到锅炉 根 据 主 要 参 数 的 偏 差 , 协 调 地 进 行 控 制 , 式 是 建 立 在 汽 机 控 制 压 力 、锅 炉 控 制 功 率 控制,以 加 大 前 馈 量 的 方 式 提 高 锅 炉 对 负 的基础上。 这样的控制系统称为协调控制系统。 荷的响应性。 对于炉跟机为基础的协调控制系统有 调控制系统是由负荷指令处理回路和 ( 上接 7 7 页) 理技术逐步代替传统的预处理 技术将成为反渗透海水淡化的发展趋势。
参考文献: 苏保卫, 王越, 王志, 王世昌. 海水淡化的膜预 处理技术研究进展 中国给水排水 2003 Vol.19  No. 8 30-32 Khalid Z. Al-Subaie Precise way to select a desalination technology [J]. Desalination,206 (2007):29-35 高从堦, 陈国华. 海水淡化技术与工程手册[ M ] . 北京:化学工业出版社, 2 0 0 4 . 5 2

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