垃圾发电工程水处理工艺方案对比分析

收稿日期:2010-08-22作者简介:杨士军(1977-),男(汉族),辽宁海城人,中冶北方工程技术有限公司热电院,工程师。垃圾发电工程水处理工艺方案对比分析杨士军(中冶北方工程技术有限公司,辽宁鞍山114009) 摘要:叙述了垃圾发电工程中锅炉给水处理工艺方案,并详细阐述了每种工艺方案的优缺点,经对比分析,确定最佳的工艺方案。关键词:反渗透(RO)装置;混床;电去离子(EDI)装置中图分类号:X705 文献标识码:A 文章编号:1671-8550(2011)01-0050-031 概述某城市生活垃圾及污泥焚烧发电工程机组建设规模为两台55t/h中温、中压循环流化床锅炉,配备两台15MW凝汽式汽轮发电机组。该工程水处理补给水采用当地自来水,分析报告见表1。表1 水质分析报告 项 目数量悬浮物/mg#L-1[3pH712总硬度(以碳酸钙计)/mg#L-1[300铁/mg#L-1[012锰/mg#L-1[011氯化物/mg#L-1[100游离氯/mg#L-1\015溶解性总固体/mg#L-1[4002 锅炉给水系统工艺设计方案根据锅炉汽水系统对锅炉给水的水质要求,该工程锅炉给水处理系统的出力按10t/h设计。拟采用以下锅炉补给水处理系统方案进行对比:1)方案一:自来水y生水箱y生水泵y汽水混和加热器y双层滤料过滤器y活性碳过滤器y5L保安过滤器y高压泵y反渗透装置y缓冲水箱y缓冲水泵y1L精密过滤器y脱气膜装置yEDI装置y除盐水箱y除盐水泵y主厂房;2)方案二:自来水y生水箱y生水泵y汽水混和加热器y双层滤料过滤器y活性碳过滤器y一级5L保安过滤器y一级高压泵y一级反渗透装置y除碳器y中间水箱y中间水泵y二级5L保安过滤器y二级高压泵y二级反渗透装置y二级反渗透缓冲水箱y缓冲水泵yEDI装置y除盐水箱y除盐水泵y主厂房;3)方案三:自来水y生水箱y生水泵y汽水混和加热器y双层滤料过滤器y活性碳过滤器y5L保安过滤器y高压泵y反渗透装置y除碳器y中间水箱y中间水泵y混床y除盐水箱y除盐水泵y主厂房。上述系统出水水质均为:二氧化硅[20Lg/L,电导率[012Ls/cm(25e),硬度U0Lmol/L;二氧化硅:应保证蒸汽符合标准。3 工艺方案比较及分析311 工艺原理分析31111 混合离子交换器混合离子交换器(混床)。混合离子交换除盐,就是把阴、阳离子交换树脂放在同一个交换器中,在运行前,先将它们分别再生成OH型和H型,然后混合均匀。所以混合床可看作是由许多阴、阳树脂交错排列而组成的多级式复床。在混床中,由于运行时阴、阳树脂是相互均匀的,水中阳离子和阴离子交换是多次交错进行的,因此经H离子交换所产生的H+和经OH离子交换所产生的OH-都不会累积起来,而是互相中和生成H2O,这就使反进行得十分彻底,出水水质较好。混床中树脂失效后,需要进行体内再生。此时,先将两种树脂分离,然后从混床上、下同时送入碱液和酸液,并接着进清洗水,使之分别经阴、阳树脂层后,由中排管同时排出。再生清洗后,再将两种树脂混合均匀,又投入运行。50 矿 业 工 程MiningEngineering 第9卷 第1期2011年2月31112 EDI装置RO渗透水(EDI进水)的电导率一般在4~20Ls/cm,即电阻率在50~250k8#cm。而根据应用领域的不同,超纯水或去离子水的电阻率一般在2~16M8#cm变化。EDI的工作过程通过交换羟基离子或氢氧根离子去除不想要的离子,然后将这些离子输送到废水流中。离子交换反应在组件的纯化室中进行,在那里阴离子交换树脂释放出氢氧根离子(OH-)而从溶解盐(如氯化物、Cl-)中获得阴离子。同样,阳离子交换树脂释放出氢离子(H+)而从溶解盐中(如钠、Na+)获得阳离子。一个直流电场通过放置在组件一端的阳极和阴极施加。电压驱动这些被吸收的离子沿着树脂球表面移动,然后穿过薄膜进入浓水室。这些离子穿过阴离子选择性薄膜进入相邻浓水室,而不会穿过相邻的阳离子选择性薄膜并滞留在浓水室,并得以妥善处理。在淡水室中带正电的阳离子被吸引到阴极。这些离子穿过阳离子选择性薄膜进入临近的浓水室,并被临近的阴离子选择性薄膜阻挡,同时得以妥善处理。在浓水室中,仍然维持电中性。从两个方向输送过来的离子彼此相互中和。从电源流过来的电流跟移动离子的数目成比例。两股水流(H+和OH-)趋势离子均被输送,并且加到所要求的电流中。水流流过两种不同类型的腔体,纯化室中的离子就会耗尽,同时被收集到邻近的浓水流中,并从组件中带走了被去除的离子。在纯化室和浓水室中使用离子交换树脂是EDI技术的关键。在纯化室中会发生一个重要现象,在电势梯度高的特定区域,电化学/分解0可使水产生大量的H+和OH-离子。该离子在混合的离子交换树脂中可以使树脂不断再生,并且形成不需要外加化学试剂的薄膜。EDI装置采用程序控制,在就地和控制室内实现。EDI装置的运行根据反渗透产水箱和除盐水箱的水位,自动控制启/停。31113 采用EDI代替混床优点:1)水质稳定。混床中的树脂总有一个逐步失效的过程,所以它的电导率总是一个逐步变化的曲线,在制水周期内,水质是由合格逐步变到失效,存在判断过早或过迟现象。而EDI制水工艺交换和再生是同步的,其水质非常稳定;2)连续运行,无需再生。离子交换和再生同步,实现了连续生产,无需停机再生,更不必有酸碱储运及计量设备等;3)节约酸碱,降低运行费用。EDI的运行仅消耗电力,而混床还需要酸碱,所以EDI的运行成本更低;4)没有酸液、碱液排放,绿色环保,节水节能合理回用全部浓水,极水排放率控制在5%以内,远小于离子交换的10%的污水排放;5)设备安装维修简单;6)操作比混床简单,只需调节整流电源的电压、电流,极容易实现全自动控制;7)水质好,EDI纯水电阻率可高达15M8#cm以上,能保证高参数机组的安全运行,有效地延长锅炉及汽轮机的使用寿命;8)总投资少,虽然EDI设备本身价格偏高,但若将占地、厂房投资计算在内EDI投资反而比混床要少。312 工艺技术分析方案一:一级反渗透RO+膜脱气+EDI的优势:1)EDI工艺技术最敏感最脆弱的是弱电解质,通过膜脱气技术将CO2除掉,大幅减轻了EDI的弱电解质负荷,使EDI运行完全稳定;2)EDI工艺技术担心有CaCO3浓水室的结垢形成,导致频繁的清洗,而通过脱除CO2,将其进水浓度控制在2或1ppm以下,人为的打破离子平衡,消除了CaCO3结垢的阴离子因素,从而在高的进水硬度条件下运行,EDI不会结垢;3)反渗透的设计规模变小,只需要一级反渗透,设计最大产水量为10m3/h,最大进水量为16m3/h,只有二级RO工艺技术设计总进水量约80%;4)机械过滤器设计的最大流量为16m3/h,只有二级反渗透工艺中机械过滤器设计量的80%;5)膜脱气技术非常节能,功率消耗仅占二级反渗透约10%,一般脱气膜运行功耗为0108~0112kWh/m3产水,取决于进水和出水CO2的要求;6)工艺流程短,大幅节省辅助设备和电控单元的投资,并可减少水的多次提升;7)膜脱气设备占地较小,只需二级反渗透设备面积的10%;8)方案一和方案二相比,方案一的整体设备投资要比方案二节省30%以上。方案二:二级反渗透+EDI的劣势:1)反渗透的设计规模庞大,根据整个系统流量平衡计算,/一级RO+二级RO0总体设计进水量为20m3/h;2)由于一级RO的设计规模要放大25%,因此,机械过滤器的设计规模最少要增大25%;3)二级RO的功率消耗相当巨大,一般RO运行功耗为018~110kWh/m3产水;4)增加一级反渗透系统512011年第1期 杨士军 垃圾发电工程水处理工艺方案对比分析 功耗,大约为014~015kWh/m3产水;5)辅助设备和电控单元的投资较大;6)设备整体占地面积大。方案三:一级反渗透RO+混床的劣势:1)需要规划设计采用酸碱对离子交换树脂进行再生;2)需要设计规划酸碱废水的收集、处理、排放等辅助系统;3)容易产生严重的安全和设备腐蚀;4)每年酸碱和防腐费用巨大;5)辅助设备和电控单元的投资较大;6)主体和辅助设备系统的整体占地面积大。313 水处理方案综合比较混床技术虽然成熟,但是有许多应用上的缺点,而EDI技术是对二级除盐技术的革命,也是未来的趋势,当然EDI有众多应用上的优势,见表2。表2 水处理方案综合比较项目明细EDI工艺方案一方案二混床工艺方案三设备投资/万元180210160运行费用/万元#a-1456040酸碱再生系统少量少量大量酸碱废水处理无无大量酸碱腐蚀无无严重消耗除盐水少量少量大量工作环境良好良好较差化学水处理车间土建投资 化学水处理车间及办公楼大小基本一样,土建投资基本一致无废水处理车间 有酸碱库、中和池及排水泵房,土建投资大约50万元系统维护 系统设备维护简单,费用低 系统设备维护比方案一复杂,维护费用较低 系统和设备的维护繁杂,费用较高系统操作 操作运行程序简单,实现自动化容易,自控阀门少,故障点少 操作运行程序较复杂,自控阀门较多,故障点较多 操作运行程序复杂,实现自动化有难度,自控阀门多,故障点多,尤其是酸碱输送储存和再生系统自控阀门多而复杂技术先进性 在近5~10年,有了突飞猛进的推广和应用,EDI技术具有先进、安全、环保、经济等优势 传统工艺技术应用广泛,但随着新技术的发展,作为深度除盐工艺,混床已经开始逐步被新的EDI工艺技术取代,在精除盐工艺中还有一定的应用方案一/方案三设备投资:方案一比方案三多20万元土建投资:方案一比方案三少50万元运行费用:方案三比方案一每年节省5万元消耗除盐水:方案三比方案一每年多综合比较:方案三与方案一在投资和运行费用均高该比较推荐工艺:方案一:机械过滤器+一级RO+膜脱气+EDI4 结语)))一级除盐工艺:针对现有水源水质,采用反渗透膜分离技术是较好的选择;)))二级除盐工艺:根据该项目的原水水质、产水要求、工艺技术分析,在满足系统产水水质及安全可靠稳定运行的条件下,结合国家的节能减排、节能降耗、保护环境和科技领先的政策指导,建议优先选择先进的EDI工艺作为二级除盐工艺线路,重点推荐:方案一:机械过滤器+一级反渗透+脱气膜+EDI。ComparisonandanalysisofwatertreatingalternativesforpowergenerationprojectusinggarbageasfuelYANGSh-ijun(NorthernEngineering&TechnologyCorporation,MCC,Anshan114009,China) Abstract:Theadvantagesanddisadvantagesofboilerfeedwatertreatingalternativesforpowergenerationprojectusinggarbageasfuelareanalyzedandcompared1Onthisbasis,thebestalternativeisselected1Keywords:reverseosmosis;ROdevice;mixingbed;electricaldeionization;EDIdevice52 矿 业 工 程 第9卷 第1期