干熄焦配套高溫高壓除鹽水站設(shè)備鍋爐給水處理設(shè)備系統(tǒng)的工藝選擇

干熄焦（coke dry quenching，簡(jiǎn)稱CDQ）是目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用較為廣泛的節(jié)能環(huán)保技術(shù)之一。它是使用低溫循環(huán)的惰性氣體與熱焦炭進(jìn)行熱交換達(dá)到熄焦目的的一種密閉型系統(tǒng)?；厥樟藷峤固匡@熱的循環(huán)氣體通過(guò)余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽用于發(fā)電或者作為鋼鐵廠的蒸汽熱源使用。作為配套余熱鍋爐的除鹽水*，它恰如心臟中流動(dòng)的血液，與鍋爐運(yùn)行是不可分割的有機(jī)整體。使用符合要求的水質(zhì)，是干熄焦配套鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行，產(chǎn)出合格蒸汽的前提。因此水處理工藝的選擇尤為關(guān)鍵，合理的工藝設(shè)計(jì)既可以滿足鍋爐用水要求，同時(shí)又可降低制水成本，保護(hù)水環(huán)境。

1.鍋爐除鹽水處理工藝選擇

1.1工藝選擇依據(jù)

首先GBT50109-2006《工業(yè)用水軟化除鹽設(shè)計(jì)規(guī)范》指出，軟化和除鹽系統(tǒng)的選擇應(yīng)根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)和對(duì)出水水質(zhì)、水量要求等情況，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定；同時(shí)水處理系統(tǒng)和設(shè)備的選擇應(yīng)減少?gòu)U酸、廢堿、廢渣及其他有害的排放量，并應(yīng)采取處理和處置措施，滿足相應(yīng)的環(huán)保要求。簡(jiǎn)單的說(shuō)就是給水水源、產(chǎn)水水質(zhì)要求、性價(jià)比和環(huán)保要求。同時(shí)還要考慮到占地面積、用水工況要求、操作維護(hù)、氣候、地形、交通運(yùn)輸及結(jié)合廠區(qū)規(guī)劃等因素。

對(duì)于給水水源來(lái)說(shuō)，應(yīng)進(jìn)行水質(zhì)全分析，深入了解其化學(xué)組成和特性，覆蓋所有季節(jié)平均水質(zhì)特性以選擇安全可靠的工藝流程和設(shè)備，往往實(shí)際中并沒(méi)有做到這一點(diǎn)。同時(shí)對(duì)于產(chǎn)水水質(zhì)，不同類型的鍋爐要求也存在差別。干熄焦配套高溫高壓鍋爐水質(zhì)按照《火力發(fā)電廠化學(xué)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》(DL/T5068-1996) 和《火力發(fā)電機(jī)組及蒸汽動(dòng)力設(shè)備水汽質(zhì)量》(GB/T12145-1999)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行：硬度≤2.0μmol/l；電導(dǎo)率0.2μs/cm；二氧化硅≤20μg/l；pH值（25℃）8.8～9.5；鐵≤30μg/l；銅≤5μg/l；油≤0.3 mg/l。

1.2工藝流程

鍋爐除鹽水的水處理過(guò)程不論采用何種工藝的系統(tǒng)，都包含預(yù)處理和除鹽兩個(gè)階段。

預(yù)處理大體分為混凝、沉淀、過(guò)濾、吸附、軟化及殺菌等分級(jí)凈化過(guò)程，針對(duì)全面的原水水質(zhì)分析報(bào)告確定合理的預(yù)處理工藝，可去除水中絕大部分的懸浮物、膠體、色度、有機(jī)物、細(xì)菌及微生物等雜質(zhì)，對(duì)于后續(xù)除鹽設(shè)備進(jìn)水要求的保證和正常運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。

除鹽工藝有傳統(tǒng)的復(fù)床、混床離子交換工藝以及反滲透（RO）、EDI（Electrodeionization）電除鹽等膜法工藝。傳統(tǒng)的水處理工藝為：原水→預(yù)處理→陽(yáng)陰床→混床→鍋爐給水。整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程存在大量的酸堿消耗和廢液的處理排放，勞動(dòng)強(qiáng)度高，日常維護(hù)復(fù)雜，尤其是對(duì)于高含鹽量的原水，再生周期縮短，再生酸堿、水電耗量增加。因此反滲透技術(shù)作為當(dāng)今較*、有效除鹽的膜分離技術(shù)，與離子交換組成的除鹽系統(tǒng)成為目前使用較為廣泛的除鹽系統(tǒng)。反滲透作為離子交換的預(yù)除鹽系統(tǒng)，能有效去除水中的溶解鹽、膠體、微生物、有機(jī)物等(去除率高達(dá)97%～98% )，其產(chǎn)水中剩余的鹽分則通過(guò)后繼的離子交換系統(tǒng)除去。以下重點(diǎn)從運(yùn)行成本對(duì)傳統(tǒng)的離子交換和反滲透-離子交換相結(jié)合的工藝進(jìn)行了對(duì)比。

2.反滲透-離子交換除鹽工藝與全離子交換工藝運(yùn)行成本比較

某鋼鐵廠干熄焦工程配套高溫高壓鍋爐＋25MW抽凝式汽輪機(jī)機(jī)組，除鹽水站的設(shè)計(jì)規(guī)模為110t/h，原水為地表水：溶解固形物400mg/l左右，產(chǎn)水水質(zhì)執(zhí)行干熄焦高溫高壓鍋爐用水指標(biāo)。GBT50109-2006《工業(yè)用水軟化除鹽設(shè)計(jì)規(guī)范》中也指出當(dāng)原水大于500mg/l時(shí)，可采用反滲透裝置；當(dāng)原水溶解性固形物小于500mg/l時(shí)，應(yīng)經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定是否采用反滲透除鹽裝置。針對(duì)上述前提條件分別采用一級(jí)反滲透+混床工藝和一級(jí)復(fù)床+混床工藝進(jìn)行該除鹽水的制備。

2.1 一級(jí)反滲透+混床（以下簡(jiǎn)稱RO+MB）除鹽工藝流程如圖1。

圖1 一級(jí)反滲透+混床除鹽工藝流程圖

2.2 一級(jí)復(fù)床+混床（以下簡(jiǎn)稱IE）除鹽工藝流程如圖2。

圖2 一級(jí)復(fù)床+混床除鹽工藝流程圖

2.3 運(yùn)行成本分析

除鹽水的運(yùn)行成本通常是由設(shè)備折舊、人工費(fèi)、修理費(fèi)用、電耗、水耗、藥劑消耗、耗材和酸堿廢水處理費(fèi)用等方面組成。在除去設(shè)備折舊、人工費(fèi)、修理費(fèi)用的情況下，單位產(chǎn)水量的運(yùn)行成本只與水耗、電耗、藥劑消耗、耗材和廢水處理費(fèi)用及原水水質(zhì)有關(guān)。在原水水質(zhì)穩(wěn)定，水站連續(xù)滿負(fù)荷運(yùn)行8280小時(shí)（345天）的前提下計(jì)算運(yùn)行成本，具體內(nèi)容見(jiàn)表1。其中超濾膜采用德國(guó)membrana產(chǎn)品，反滲透膜采用美國(guó)陶氏BW30-400產(chǎn)品。 酸堿廢水處理費(fèi)用按照0.9元/t，水費(fèi)2元/t和電費(fèi)0.5元/t考慮，其余按目前市場(chǎng)價(jià)。

表1 “RO+MB”和“IE”工藝運(yùn)行成本比較

從表1 可以看出，在一定原水水質(zhì)條件下，從單位水耗和電耗來(lái)說(shuō)，RO+MB工藝均高于IE工藝，并且主導(dǎo)了RO+MB工藝的運(yùn)行成本。兩種工藝的水耗區(qū)別在于前者的超濾裝置反洗排水，反滲透的濃水排放以及超濾、反滲透膜的定期化學(xué)清洗水水耗高，工藝中將反滲透濃水回流至反洗水箱用于前面多介質(zhì)過(guò)濾器的反洗，但是整個(gè)系統(tǒng)水耗仍舊高；后者水耗主要為陽(yáng)床和陰床的再生用水。電耗來(lái)說(shuō)，主要是RO+MB工藝中的高壓泵耗能大。

從藥劑的消耗量來(lái)看，IE工藝的藥劑消耗量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于RO+MB工藝。主要是酸堿的耗量大，酸堿廢水量相應(yīng)也會(huì)大，廢水處理排放費(fèi)用也隨著遠(yuǎn)遠(yuǎn)增大。藥劑消耗主導(dǎo)了IE工藝的運(yùn)行成本，若原水的含鹽量增大，則離子交換工藝的產(chǎn)水周期縮短，運(yùn)行成本還會(huì)相應(yīng)增加。對(duì)于RO+MB工藝的酸堿消耗，主要是混床樹(shù)脂的再生消耗，膜裝置的定期化學(xué)清洗酸堿耗量不大，所以在此沒(méi)有考慮。在干熄焦實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，根據(jù)汽輪機(jī)組抽汽的運(yùn)行工況，除鹽水站為間斷運(yùn)行，因此對(duì)于RO+MB工藝來(lái)說(shuō)，混床的周期產(chǎn)水量會(huì)更大，酸堿耗量及酸堿廢水處理排放成本會(huì)更小。

從耗材比較來(lái)看，RO+MB工藝明顯高于IE工藝。主要是膜元件的更換，膜的性能和耐久性好是用戶zui關(guān)注的，但是選擇國(guó)外的品牌價(jià)格比較高。

總的運(yùn)行成本來(lái)看，RO+MB工藝的運(yùn)行成本低于IE工藝。但是兩種工藝的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性有一定的水質(zhì)限定范圍。

3.結(jié)論

從以上對(duì)比結(jié)合實(shí)際應(yīng)用可以得出：一級(jí)反滲透+混床工藝適用原水水質(zhì)面域比離子交換工藝寬，脫鹽效果好；設(shè)備占地小；運(yùn)行操作維護(hù)簡(jiǎn)單；運(yùn)行成本低；酸堿耗量低，酸堿廢液少；產(chǎn)水水質(zhì)也*干熄焦高溫高壓鍋爐用水要求。盡管其初期投資要比離子交換工藝高出50%左右，但其可在短期內(nèi)回收。目前一級(jí)反滲透+混床工藝在干熄焦配套余熱鍋爐的除鹽水制備中得到廣泛的應(yīng)用。

現(xiàn)在也有采用EDI代替混床，組成反滲透+EDI全膜法工藝脫鹽，省去了酸堿消耗、再生用水、廢水處理排放費(fèi)用，節(jié)能環(huán)保；但由于其初期投資較高，整個(gè)系統(tǒng)電耗、水耗高，在熱電企業(yè)和干熄焦鍋爐除鹽水的制備中并沒(méi)有得到廣泛的推廣。因此對(duì)于濃水綜合利用降低水耗；膜產(chǎn)品、膜藥劑的價(jià)格高都是今后水處理需要關(guān)注和探討的問(wèn)題。、節(jié)能和清潔的生產(chǎn)方向是水處理工藝前進(jìn)的zui終方向。