能量回收装置典型对比方案样版.docx
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能量回收装置典型对比方案样版
锅炉补给水处理系统方案选择
【内容提要】：
本专题基于水源水质特征及超超临界机组对锅炉补给水的严格要求，对锅炉补给水处理采用“超滤+反渗透+二级除盐”、“超滤+一级反渗透+二级反渗透+EDI”两种工艺方案进行了详细的技术经济比较，以确定最适合于本工程的锅炉补给水处理系统工艺方案。
1电厂概述
1.1本工程系新建性质。
本期建设规模为2×660MW，并考虑留有再扩建的可能。
1.2电厂厂址位于宁夏回族自治区银川市所辖灵武市境内，厂址位于灵武市东南约55km、马家滩镇西南9.5km处。
1.3电厂将以750kV出线两回接入宁东（灵州）换流站，按煤电联产方式运行，电厂年利用小时：
工艺系统设计按5500小时，经济效益分析与评价按5000小时。
1.4本工程2×660MW机组计划于2014年6月开工建设，分别于2016年7月和2016年10月投产发电，由中铝宁夏能源集团公司负责工程建设。
2水源及水质资料
本工程补给水源为积家井矿区矿井排水，太阳山供水工程所提供的工业水将作为补充和备用水源。
现阶段矿井排水和太阳山供水工程均无水质全分析资料，目前矿井排水水质暂按满足直接补入辅机循环水系统考虑。
同时厂内预留有矿井排水深度处理的场地。
根据《火力发电厂化学设计技术规程》要求，当采用地表水时应提供全年每月的水质全分析资料。
建议业主在下阶段的设计中提供近期全年的数据完整的水质全分析报告。
3锅炉补给水处理质量标准
根据GB/T12145-2008《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》标准要求，超临界直流炉的锅炉补给水水质标准如下：
二氧化硅：
≤10μg/L
TOC：
≤200μg/L
除盐水箱进水电导率（25℃）：
≤0.15μS/cm；期望值≤0.10μS/cm
除盐水箱出口电导率（25℃）：
≤0.40μS/cm
4水处理系统出力
4.1全厂汽水损失
序号
项目
单位
数据
补充水质
1
锅炉蒸发量（两炉）
t/h
1976x2=3952
2
厂内水汽循环损失（两机）
t/h
3952x1.5%=59.28
除盐水
3
燃油拌热、露天防护等其它杂用损失
t/h
8
除盐水
4
采暖
t/h
~6
除盐水
5
除盐水正常补水量
t/h
~73.20
除盐水
4.2系统出力的确定
锅炉正常补给水~73t/h，锅炉补给水处理系统正常制水能力75t/h，最大制水能力145t/h。
根据《火力发电厂化学设计技术规程》对除盐水箱总有效容积的规定：
超临界及以上直流炉机组启动冲洗水流量及冲洗时间确定或为最大一台锅炉3h的最大连续蒸发量。
除盐水箱按2×3000m3设计。
机组启动、事故及表凝式空冷系统补充所需增加的水量可由除盐水箱供给。
5系统方案设计
本工程锅炉补给水处理系统方案选择分两部分来考虑：
（1）预处理部分；
（2）脱盐部分。
5.1预处理系统
本工程厂内未设净化站，锅炉补给水处理系统需要进一步进行预处理。
预处理过滤的主要目的是去除来水中的悬浮物、胶体以及有机物等，以确保后面的系统的安全运行。
由于目前无矿井疏干水的水质，为保证后续超滤膜系统运行的稳定性、可靠性、安全性。
本工程设计中推荐采用双介质过滤器+超滤作为反渗透装置的前处理设施。
5.2可供选择的除盐水处理系统方案
随着环保法规的加强、人们环保意识的提高以及反渗透等新型水处理方法的普及应用，人们在选择锅炉补给水处理系统方案时拥有了越来越多的选择余地。
我们知道，选择一个合适的水处理系统必须根据原水的水质情况、用水设备对水处理系统出水水质的要求、设备和药品（包括酸碱、氧化剂、阻垢剂等）的供应情况、当地的环保要求、场地布置条件、水处理系统的定员等因素综合确定。
可供选择的系统主要有以下几类：
全离子交换除盐系统、反渗透预脱盐的除盐系统。
5.2.1全离子交换除盐系统方案选择
该方案的原理是利用阴、阳树脂作为载体的OH-和H+离子交换基团分别与水中的阴离子和阳离子发生交换反应，去除水中的盐分制取纯水。
这种工艺是一种传统的除盐方法，也是目前广泛采用也是最为可靠的除盐方法，技术非常成熟。
如原水含盐量低，经计算系统运行周期不小于12h，都可以采用此种工艺。
其出水指标：
二氧化硅：
≤20g/L
导电度：
≤0.20s/cm（25℃）
虽然本工程的锅炉补给水系统水源的含盐量并不高，但由于超临界机组对给水水质要求比较严格，要求TOC≤200g/L。
而常规的离子交换系统对TOC去除效果不佳，其出水水质很难达到TOC≤200g/L的要求，难以满足超临界机组的水汽品质要求，因此本工程不予采纳。
5.2.3带反渗透预脱盐的除盐方案选择
反渗透技术作为一种绿色生产工艺，随着技术的进步和投资的降低，在我国应用日益广泛，它具有运行环境好、运行连续、工作强度低、污染物排放少等优点，因而被广泛采用。
采用反渗透预除盐，也可有效的去除原水中的小分子有机物，对于保证系统出水中TOC达到超临界机组的水质要求是非常有利的，所以有专家建议在超临界机组的电厂，如采用地表水等可能被污染的水源时，锅炉补给水处理系统应设置去除有机物的设施，最为有效的是设置反渗透装置。
1）两级混床技术：
用一级混床顶替一级除盐加混床中阳、阴离子交换器，以保证系统产出稳定合格的除盐水。
相对于反渗透+一级除盐+混床方案每串设备减少了一台设备，占地面积减少一些。
但实际运行中由于混床树脂层高有限，最高只能做到1000mm/1000mm，其阳、阴树脂匹配选择不好确定，并且反渗透出水中阳阴离子含量无法确定，其一级混床运行周期短，再生剂耗量大。
采用本方案，随着反渗透脱盐率的下降，会造成混床运行周期缩短，而混床再生十分复杂，再生比耗高。
若一至两天就再生一次，则操作强度大，酸碱耗量也大。
2）连续电除盐技术：
该技术又常称为电除盐技术（EDI），是近年来出现的一项利用离子交换选择性膜、离子交换树脂及直流电生产高纯水的新技术。
6预脱盐加除盐方案的选择
6.1各比选方案的共性设计
比选方案中有反渗透+二级除盐系统方案、反渗透+EDI方案，各方案均按以下原则设计：
1）锅炉正常补给水量为70t/h，各方案在水量平衡计算时均以此作为系统净产水量进行计算。
2）共设二列75t/h的除盐设备。
3）各方案均采用程序控制，就地只设电子设备间，不设控制室，统一在集控室联网监控，定期巡视。
4）化验楼设计在水处理区域内，设计有水、煤、油的全分析实验室及环保化验室。
5）各装置的回收率：
超滤90%，一级反渗透75%，二级反渗透90%，电除盐90%。
6.2反渗透+二级除盐系统方案（方案一）
6.2.1系统流程
工业水箱→超滤给水泵→生水加热器→双介质过滤器→精密过滤器→超
滤装置→超滤水箱→清水泵→反渗透单元（保安过滤器→高压泵→反渗透装置）→淡水箱→淡水泵→逆流再生强酸阳离子交换器→除碳器→除碳水箱→除碳水泵→逆流再生强碱阴离子交换器→混合离子交换器→除盐水箱→除盐水泵→主厂房热力系统。
出水水质：
二氧化硅：
≤10g/L导电度：
≤0.15s/cm（25℃）
6.2.2水量平衡表
1）正常供水时水量平衡图：
2）最大供水时水量平衡图：
6.2.3系统连接方式
双介质过滤器、超滤、逆流再生阳离子交换器、逆流再生阴离子交换器及混合离子交换器采用母管制连接，保安过滤器-高压泵-反渗透装置采用单元制连接。
6.2.4主要的技术指标
1）反渗透装置
●脱盐率：
≥97%（前三年），≥95%（五年内）；
●水的回收率：
≥75%；
●设备出力：
2×70m3/h
2）离子交换器技术指标
●运行周期：
≥540h
出水水质：
二氧化硅≤10μg/L，出水电导率（25℃）≤0.15μS/cm
6.2.5酸碱贮存、计量系统
逆流再生阳、阴离子交换器、混合离子交换器再生用酸碱由汽车运输进厂，用卸酸、碱泵卸到高位酸、碱贮存罐，再靠重力自流至酸、碱计量箱。
酸、碱贮存罐各设2台，其有效容积满足60天以上的酸（碱）消耗量。
逆流再生阳、阴离子交换器、混合离子交换器再生酸、碱再生液采用喷射器输送。
计量箱的有效容积满足1台逆流再生阳、阴离子交换器、混合离子交换器一次最大再生用量。
6.2.6压缩空气系统
锅炉补给水处理系统仪用压缩空气以及混床混脂工艺用气为无油干燥压缩空气，由空压站仪用压缩空气系统提供，锅炉补给水处理车间共设工艺、仪用压缩空气贮罐3台，容积均为7m3。
6.2.7废水排放
反渗透系统浓排水含盐量较高；一级除盐设备平均约22天有一套设备需要再生，废水含盐量极高，中和处理后由供水专业回收利用。
6.2.8水处理站布置
锅炉补给水处理车间按2×660MW机组设计规划，共占地66m×57m，分室内、室外两部分。
过滤除盐间的跨度13.5m，柱距6m，共11档，下弦高10m。
过滤除盐间内布置有双介质过滤器、超滤装置、反渗透装置、逆流再生阳离子交换器、逆流再生阴离子交换器及混合离子交换器等设备，设备按工艺流程顺列布置整齐美观。
毗间跨度7.0m，柱距6m，共11档，下弦高6.5m。
布置有水泵间和酸碱计量间。
过滤除盐间室外布置有酸碱贮存库、废水中和池、工业水箱、清水箱、淡水箱、除盐水箱、生活水箱、压缩空气储罐等。
化验楼为独立的构筑物，占地面积为39.4m×18.6m，共设计三层，一楼主要布置有配电室、控制室等、现场化验间及煤样制备间及供水专业的消防水泵间等；二楼主要布置有煤分析室、水分析室，油分析室等；三楼主要布置环境监测站等。
6.2.9主要设备规范
反渗透+二级除盐系统主要设备及设备规范表
序号
设备名称
型号及规范
单位
数量
1
超滤给水泵
Q=115m3/hP=0.35MPa
台
3
2
双介质反洗水泵
Q=280m3/hP=0.3MPa
台
2
3
双介质过滤器
Φ3000
台
5
4
精密过滤器
Q=115m3/h
台
2
5
超滤装置
Q=115m3/h
套
2
6
清水箱
V=300m3Φ7712P=7728mm
台
2
7
超滤反洗水泵
Q=300m3/hP=0.32MPa
台
2
8
清水泵
Q=115m3/hP=0.3MPa
台
2
9
精密过滤器
Q=100m3/h
台
2
10
高压泵
Q=100m3/hP=1.46MPa
台
2
11
反渗透装置
Q=75m3/h
套
2
12
淡水箱
V=300m3Φ7712P=7728mm
台
2
13
淡水泵
Q=80m3/hP=0.3MPa
台
2
14
逆流再生阳离子交换器
Φ2500树脂层高H=1600mm
台
2
15
除碳器
Φ2000H=1600mm
台
1
16
除碳器风机
台
1
17
除碳水箱
V=35m3Φ3200
台
1
18
除碳水泵
Q=120m3/hP=0.35MPa
台
2
19
逆流再生阴离子交换器
Φ2500树脂层高H=2500mm
台
2
20
混合离子交换器
Φ1800树脂层高阳H=500mm阴H=1000mm
台
2
21
除盐水箱
V=3000m3Φ18900H=14309mm
台
2
22
除盐水泵
Q=80m3/hP=0.30MPa
台
3
23
除盐水泵（启动补水）
Q=400m3/hP=0.70MPa
台
2
24
自用除盐水泵
Q=80m3/hP=0.45MPa
台
2
25
高位碱贮存槽
Φ2500V=25m3
台
2
26
高位盐酸贮存槽
Φ2500V=25m3
台
2
27
加药清洗系统
套
1
28
酸碱计量系统
套
1
29
废水排放系统
套
1
6.3反渗透+EDI方案（方案二）
6.3.1系统流程
工业水箱→超滤给水泵→生水加热器→双介质过滤器→精密过滤器→超
滤装置→超滤水箱→清水泵→一级反渗透单元（保安过滤器→高压泵→反渗透装置）→一级淡水箱→二级反渗透给水泵→二级反渗透装置→二级淡水箱→EDI给水泵→保安过滤器→EDI装置→除盐水箱→除盐水泵→主厂房热力系统。
出水水质：
二氧化硅：
≤10g/L导电度：
≤0.15s/cm（25℃）
6.3.2水量平衡表
1）正常供水时水量平衡图：
2）最大供水时水量平衡图
6.3.3系统连接方式：
双介质过滤器、超滤装置、反渗透采用母管制连接，保安过滤器-反渗透给水泵-反渗透装置串联连接，EDI给水泵-保安过滤器-EDI装置串联连接。
6.3.4主要的技术指标
1）一级反渗透装置
●脱盐率：
≥97%（前三年），≥95%（五年内）；
●水的回收率：
≥75%；
●设备出力：
2×90m3/h
2）二级反渗透装置
●脱盐率：
≥97%（前三年），≥95%（五年内）；
●水的回收率：
≥90%；
设备出力：
2×80m3/h
3）EDI装置技术指标
●水的回收率：
≥90%
●设备出力：
2×70m3/h
6.3.5压缩空气系统
锅炉补给水处理系统仪用压缩空气以及混床混脂工艺用气为无油干燥压缩空气，由空压站仪用压缩空气系统提供，锅炉补给水处理车间共设工艺、仪用压缩空气贮罐3台，容积均为7m3。
6.3.6废水排放
一级反渗透浓水排放，浓缩4倍后，含盐量较高，送至脱硫系统工艺用水。
二级反渗透及电除盐的设备排水因水质很好，均回收至清水箱重复使用。
本方案的排水较少。
6.3.7水处理站布置
锅炉补给水处理车间为一独立的建筑区域，长42米，宽19.9米。
整个车间为2层建筑，二层的楼板标高为7.0米，梁底标高为12.0米。
一层布置有一级反渗透装置，反渗透加药装置、除盐水泵及地下废水池等；压缩空气贮存罐及水箱布置在室外。
6.3.8主要设备规范及设计技术参数
反渗透+EDI系统主要设备及设备规范表
序号
设备名称
型号及规范
单位
数量
1
超滤给水泵
Q=140m3/hH=0.3MPa
台
2
2
双介质反洗水泵
Q=280m3/hH=0.3MPa
台
2
3
双介质过滤器
Φ3200
台
5
4
保安过滤器
Q=140m3/h
台
2
5
超滤装置
Q=140m3/h
套
2
6
超滤水箱
V=300m3Φ7712H=7728mm
台
1
7
超滤反洗水泵
Q=300m3/hH=0.2MPa
台
2
8
清水泵
Q=130m3/hH=0.2MPa
台
2
9
保安过滤器
Q=130m3/h
台
2
10
一级反渗透给水泵
Q=130m3/hH=1.50MPa
台
2
11
一级反渗透装置
Q=130m3/h
台
2
12
一级淡水箱
V=30m3
台
1
13
二级反渗透给水泵
Q=95m3/hH=1.3MPa
台
2
14
二级反渗透装置
Q=95m3/h
台
2
15
二级淡水箱
V=30m3
台
1
16
EDI给水泵
Q=85m3/hP=0.32MPa
台
2
17
反渗透冲洗水泵
Q=85m3/hP=0.32MPa
台
1
18
保安过滤器
Q=85m3/h
台
2
19
EDI装置
Q=75m3/h
台
2
20
除盐水箱
Φ18900V=3000m3
台
2
21
除盐水泵
Q=80m3/hP=0.30MPa
台
3
22
除盐水泵
Q=400m3/hP=0.70MPa
台
2
23
加药清洗系统
套
1
24
废水排放系统
套
1
7技术比较
7.1技术性能比较表
项目
方案一
反渗透+二级除盐系统方案
方案二
反渗透+EDI方案
1
技术可靠，出水水质稳定
以RO做除盐设备的前处理，产水各水质指标均完全满足用水要求，结合了反渗透和传统离子交换的优势。
技术可靠，出水水质稳定
以二级RO做EDI前处理，产水各水质指标均完全满足用水要求，出水水质好，无周期性变化。
2
对环境有污染
阳、阴、混床再生需排放酸碱废水，中和后送至脱硫系统再利用。
对环境无污染
无需排放酸碱废水。
3
工艺较复杂
设备包括再生系统和中和系统，工艺较复杂。
有再生酸碱系统。
工艺最简捷
EDI装置避免了酸碱再生，日常的操作和维护简单。
4
操作维护繁琐
控制阀门和控制参数较多，操作维护繁琐。
操作维护方便
易进行自动化控制，操作维护方便。
7.2技术参数比较表
序号
项目
方案一
方案二
1
出水水质
二氧化硅：
≤10g/L
导电度：
≤0.15s/cm（25℃）
二氧化硅：
≤10g/L
导电度：
≤0.10s/cm（25℃）
2
设备运行周期
可连续运行22天左右
可连续运行
3
设备周期制水量
约37000t/套
4
每次再生废水量
约120t/次
无
5
再生剂耗量
阳床：
31%HCl：
713kg/次.台
阴床：
30%NaOH：
423kg/次.台
混床：
31%HCl：
266kg/次.台
混床：
30%NaOH667kg/次.台
无
6
每年再生剂及药品耗量
31%HCl：
10.77t
30%NaOH：
11.99t
阻垢剂：
4.4t
还原剂：
2.48t
31%HCl：
3t
30%NaOH：
2t
阻垢剂：
5.5t
还原剂：
3.1t
7
系统用电量
375KW
537KW
8
废水池容积
2×300m3
1×300m3
9
建筑物体积
过滤除盐间:
8080m3
酸碱贮存间：
1945m3
过滤除盐间：
10030m3
8经济比较
8.1总投资比较表
方案
比较项目
方案一
方案二
1
设备投资（含填料）
1045万元
1390万元
2
安装工程费
181万元
160万元
3
土建投资
250万元
190万元
4
控制投资
各方案相当不计列
各方案相当不计列
5
总计
1476万元
1740万元
8.2运行费用比较
序
号
指标
方案一
反渗透+二级除盐法
方案二
EDI法
备注
1.1
产水规模（吨／h）
140
140
1.2
运行功率（KW）
375KW
537KW
1.3
药剂耗量
1.3.1
31％工业盐酸（t/年）
10.77t
3
1.3.2
30％工业碱（t/年）
11.99t
2
1.3.3
阻垢剂（t/年）
4.4.
5.5
1.3.4
还原剂（t/年）
2.48
3.1
1.4
消耗材料（按前5年平均）
1.4.1
保安过滤器滤芯（支／年）
240
374
聚丙烯喷熔
64mm/25mm
1.4.2
超滤膜元件（支／年）
12.8
16.3
12000元/支
1.4.3
RO膜元件（支／年）
24
54.4
5000元/支
1.4.4
树脂（m3／年）
3.2
8000元/m3
1.4.5
EDI膜元件（支／年）
8.8
40000元/套膜块
1.5
年运行小时
5500
5500
2
运行成本
2.1
运行电费（万元／年）
49.5
70.88
0.24元／KWh
2.2
合计药剂耗费（万元／年）
33.671
39.693
2.2.1
31％工业盐酸（万元/年）
0.862
0.24
800元／吨
2.2.2
30％工业碱（万元/年）
1.439
0.24
1200元／吨
2.2.3
阻垢剂（万元／年）
30.8
38.5
70000元／吨
2.2.5
还原剂（万元／年）
0.57
0.713
2300元／吨
2.3
合计耗材（万元／年）
16.96
66.14
2.3.1
保安过滤器滤芯（万元／年）
2.4
3.74
每4~6个月更换一次100元/支
2.3.2
RO膜元件（万元／年）
12
27.2
2.3.3
树脂（万元／年）
2.56
2.3.4
EDI膜元件（万元／年）
35.2
2.4
废水处理费
2
2.5
酸碱系统维修费
4
2.6
总运行费用（万元／年）
106.131
176.713
2.7
单位制水成本（元／吨）
1.38
2.3
根据工程经验从运行费用上比较：
反渗透＋二级除盐工艺（方案一）吨水制水成本约1.38元，反渗透＋EDI工艺（方案二）吨水制水成本约2.3元。
反渗透＋二级除盐工艺的吨水造价较反渗透＋EDI工艺便宜约0.92元。
从经济分析可以看出，反渗透＋二级除盐工艺（方案一）的基建总投资较反渗透＋EDI工艺（方案二）少约264万，且在运行生产过程中其膜元件更换时的费用也较低。
所以反渗透＋二级除盐工艺的综合费用要低于反渗透＋EDI工艺。
9结论
上述两个方案技术经济比较表明：
方案一采用反渗透+二级除盐系统的优点在于它结合了反渗透和传统离子交换设备的优点，技术成熟可靠，出水水质稳定，尽管产生酸碱废水，但可回收再利用，总投资和运行费用低；缺点是操作维护繁琐，但目前电厂均已实现全自动运行，运行操作不再是问题。
方案二采用反渗透+EDI，技术先进、水的回收率较高，出水水质高；运行自动化水平高、安装运行操作维护方便简单、占地面积少小，无酸碱废水产生；缺点是总投资高和运行费用（尤其是膜更换费用）高，随着投运时间延长出水水质较难保持稳定。
综合上述，本工程锅炉补给水处理系统推荐采用投资小且运行费用低的方案一即反渗透＋二级除盐方案。
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