罗定电厂的预处理系统除胶体硅方案的选择

罗定电厂的预处理系统除胶体硅方案的选择 广西电力 2002年第2期

马映心 (广东省电力设计研究院，广东)

摘 要：针对罗定电厂水源的水质特点，根据水、汽质量标准的要求及计算，提出了水处理预处理系统设置超滤去除胶体硅的方案。 关键词：预处理；胶体硅；超滤 1 概述

罗定电厂一期建设2台135MW超高压燃煤机组，化学水处理水源为罗定江河水。罗定江属山区河流，冬旱夏洪，流量在汛期很大，枯水期却很小。罗定县境内东部、中部和南部多荒山荒坡，植被密度小，土壤结构性能差，每遇大雨，大量的表土泥沙随雨水倾泻而下，汇入罗定江，造成河水泥浊。其水中的全硅和胶体硅含量均较高(见表1)。

从表1可知，罗定江河水全硅含量有时高达30mg/l，其中胶体硅含量达23．48 mg/l。根据超高压汽包锅炉的硅酸携带系数、饱和蒸汽二氧化硅的允许含量计算，锅炉补给水处理系统采用单纯的化学除盐是不够的，必须设置除胶体硅的预处理系统。 2 除胶体硅的重要性

硅酸是天然水中的主要杂质之一，它来源于硅酸盐矿物质的水解。硅酸在水中存在的形态与水中的pH值有关，有溶解态的偏硅酸H2SiO3、正硅酸H4SiO3和聚合态的多硅酸，其通式为xSiO2．yH20。当pH值不高时，溶于水中的SiO2主要呈分子态的简单硅酸；当水中SiO2浓度增大时，二氧化硅会由溶解态转为胶态；当浓度再大和聚合度更大时，会呈凝胶从水中析出。

在正常的pH值范围内，二氧化硅主要以聚合物(胶体硅)的形式存在，而溶解性或活性硅的含量相当低。胶体硅的粒径通常小于0．1μm，并常常与铁、铝、钛和锰离子相结合。 常规的预处理无法完全去除水中的微细悬浮颗粒、胶体及微生物，而离子交换对胶体硅的去除效果不好。如果给水中含有较高的胶体硅，则胶体硅会随给水进入锅炉。在高压及以上的锅炉中，硅酸会溶解于蒸汽，随蒸汽带出锅炉，最终沉积在汽轮机内，引起机组故障。胶体硅随着锅炉给水进入热力系统，将造成锅炉、管道等设备的结垢、腐蚀乃至无法正常运行。并且，硅酸盐沉积物非常难以清除，因此，在火力发电厂水处理系统设计中，控制出水的硅含量是一个关键性的指标。

所以，对于含胶体硅较高的水源，电厂锅炉补给水处理系统设置除硅措施是确保发电厂安全、经济运行的重要因素。 3 除胶体硅方案的计算依据

①《火力发电厂机组及蒸汽动力设备水汽质量标准》中对饱和蒸汽质量的规定，超高压饱和蒸汽的含硅量(SB)为20 μg/kg。②《火力发电厂化学设计技术规程》(DL/T5068—1996)中，超高压和亚临界压力汽包锅炉的饱和蒸气硅酸携带系数的规定，蒸汽硅酸机械携带系

数(K)为0．45×10-4；硅酸溶解携带系数(K1)为1．0×10—2。③设定锅炉的排污率P＝1％，锅炉炉水的pH＝9-10，取pH＝9．5，SGE为锅炉给水含硅量，SG为锅炉炉水含硅量，SY为原水的含硅量，qmG为锅炉给水量，qm为锅炉蒸发量，qmp为锅炉排污水量，Sp为锅炉排污水中含硅量。

3．1 根据饱和蒸汽含硅量计算锅炉炉水含硅量

汽包锅炉中饱和蒸汽硅酸盐的含量，应为水滴携带(也叫机械携带)和溶解携带之和，可得 SB＝SG(K1+K) SG＝SB/(K1+K)=1991μg/l 3．2 根据炉水含硅量计算锅炉给水的含硅量

当锅炉水的含硅量处于稳定状态时，由锅炉的物料平衡关系，可得 qmG·SGE＝qm·SB+qmp·Sp (1) 根据锅炉水量、汽量平衡关系，可得 qmG＝qm+qmp (2) 锅炉的排污率为 P＝(qmp/qm)×100％ (3) 由上述(1)，(2)，(3)可推出 SGE=(PSG+SB)/(1+P) SGE=39.51μg/l

3．3 根据给水的含硅量计算原水允许胶体硅含量

常规的预处理系统一般采用凝聚、澄清过滤系统。由于原水水质、混凝及其加入量、温度、pH值的不同，胶体硅的去除率也不同。曾有一些电厂做过试验，试验结果如表2。 设常规预处理+除盐系统的胶体硅去除率为R=97％，并设混床出水活性硅为零，则得 R=(SY-SGE)/SY

SY=SGE/(1-R)=1317μg/l=1.3mg/l

从表1中可以看出，原水胶体硅含量超过1．3mg/1的水质出现的机率为90％，因此，采用常规的预处理+除盐系统去除胶体硅方案远远不能满足要求，必须采取更有效的去除胶体硅措施。 4 超滤技术

超滤是膜过滤的其中一种。膜过滤包括反渗透(RO)、纳滤(NF)、超滤(UF)、微滤(MF)等，超滤是一个单纯的物理分离过程。超滤膜的孔径介于nm-μm之间，其中分离过程没有化学反应、相变或稀释过程。为了兼顾分离精度和透过率，一般用于电厂水处理系统的超滤膜为0．01μm左右。原水在一定压力驱动下，通过微孔膜，可截留所有大于0．01μm的颗粒，如胶体(胶体硅)、花粉、藻类、寄生虫、细菌、病毒、病原体及有机大分子等。通过超滤的出水，水质稳定，特别是胶体硅的去除率非常稳定，受原水水质、运行操作条件的影响很小。 超滤膜的类型有板式、管式、中空纤维式等多种类型。现在普遍采用的是中空纤维膜，它与其它形状的膜相比，具有体积小、膜面积大、水通量多、不易堵塞管装组件的优点。膜的机械性能稳定，使用寿命可达5年。

对超滤装置进水水质的要求，pH为4-10，最大浊度，错流过滤为1000NTU，死端过滤

为50NTU，TOC＜2mg/l。

在超滤膜处理工艺中，滤膜表面存在浓差极化现象，该层对透过清水通量影响很大，给水杂质浓度越高，有效的透过清水通量越低。

超滤膜的清水透过率还与进水压力和温度有关。透过清水流量是进水压力的函数，二者成正比，给水压力继续增加时，清水通量变化减慢，当增加到一定压力时，水通量将不再变化。在给定的压力下，透过膜的清水通量随温度的增高而增高。

胶体物质及大分子物质渗透压力低，所以超滤所用的压力一般为0．07—0．7MPa。经过一段时间运行以后，可以通过反洗来有效地清洗膜表面，保持高流速。

定时自动水反洗可保持滤膜较高的透过率，定期化学清洗可使滤膜受进水水质污染且反洗无法彻底恢复的性能得到完全恢复。

根据台山电厂的小型试验结果表明，胶体硅含量为2．1-10mg/l的进水，通过超滤后，出水胶体硅含量为0．09mg/l，即超滤对胶体硅的去除率高，且出水胶体硅含量非常稳定。 5 传统的预处理除硅方案

传统的预处理通常采用凝聚、澄清、过滤系统，该系统需要设置庞大的澄清过滤设备以及凝聚剂、助凝剂加药装置，低浊度水需设l套加泥装置，而对于二氧化硅含量高的水源还需增加除硅处理。因为凝聚、澄清、过滤处理对胶体硅去除率不超过90％，因此需在加入混凝剂处理的同时，向水中加人MgO，使产生的Mg(OH)2沉淀物达到一定的数量，才可以做到更好地除硅，这就是镁剂沉淀除硅处理方法。除硅效果受原水水质、水量、水温、混凝剂、镁剂的品种和加药量及pH值的影响，胶体硅的去除率也不稳定。 6 传统的除胶体硅与超滤除胶体硅的比较

传统的除胶体硅方法工艺系统比较复杂，而超滤膜过滤能较好地发挥凝聚、沉淀和过滤3种操作的作用，从而简化制水工艺。两种方法比较的情况见表3。 7 结论

罗定电厂的水源为地表水，水源的特点是含盐量低而胶体硅较高，针对这一特点，必须设置有效的胶体硅去除系统。超滤系统具有系统简单、操作简便、胶体硅去除率高、出水稳定、占地面积小等优点，是当前水处理技术中去除胶体硅的最有效方法。而常规的水处理系统在原水胶体硅大于1．3mg/l时，其出水二氧化硅不能满足135MW发电机组水、汽质量标准的要求。因此，罗定电厂水处理系统采用超滤装置去除胶体硅的方案是最佳选择。