（环境工程专业论文）锡林浩特一电厂补给水系统优化设计的研究.pdf

声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文锡林浩特一电厂补给水系统优化 设计的研究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研 究工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大 学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究 所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 鋈圭望日 期： o ，遗 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件：学校可以采用影印、缩 印或其它复制手段复制并保存学位论文：学校可允许学位论文被查阅或借阅； 学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方 式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名幽新签钆：物茑 日期：堂r 叼日期：复! ：竺 华北电力大学：【程硕士学位论文 引言 锡林浩特市地处内蒙古中部，为锡林郭勒盟驻地市，现城市面积约4 0 k m 2 ，人 口1 7 万。属北温带草原腹地。 锡林浩特一电厂前身为贝子庙电厂，是我国第一座牧区电厂。于1 9 5 3 年1 0 月 1 日正式投产发电，因此它被誉称为“草原明珠”。 五十年来，锡林浩特一电厂由建厂初期的二台2 4 0 k w 的蒸汽机发展到现有总装 机容量为3 0 m w 的现代小型电力企业，为当地的经济发展和城市繁荣做出了巨大贡 献。 由于城市容量的不断扩大，用电量也快速增长，因此供电日趋紧张；加上锡林 浩特市纬度较高，属高寒地区，冬季气候寒冷，城市共有2 0 0 多台小锅炉用于供热， 数量繁多的排烟造成严重的空气污染，给发展势态良好的草原旅游带来严重的影 响。1 9 9 5 年，为增容供电量及实现集中供热，取消2 0 0 多台小锅炉来减小空气污染， 锡林浩特一电厂扩建2 x 1 2 m w 供热发电机组，并与1 9 9 7 年7 月正式发电投产。这样， 加上原来的2 3 m w 机组，锡林浩特一电厂总装机容量达3 0 m w 。机组投产后，为解 决供电矛盾和消减城市空气污染，起到了大力的作用。 华北电力大学工程硕士学位论文 第一章本文的选题背景和拟解决的问题 1 1 锡林浩特一电厂新机组化学水系统现状及选题背景 1 1 1 新机组锅炉及汽轮机情况 锡林浩特一电厂新扩建2 3 m w 机组的锅炉为循环流化床炉，型号 b g 一7 5 5 2 9 m 1 ，单炉额定蒸汽蒸发量7 5 t h ，过热蒸汽压力5 2 9 m p a ，温度4 5 0 。c ：， 汽轮机型号g 1 2 4 9 0 o 9 8 1 - 3 型，单机额定功率1 2 m w ，主蒸汽门前蒸汽温度4 3 5 。c ， 主蒸汽门前蒸汽压力4 9 0m p a 。 1 1 2 新机组化学水系统情况现状及本文选题背景 锡林浩特一电厂化学车间的锅炉补给水处理系统也随着机组的扩容而经历了 一系列的发展，先后经历了石灰系统、h n a 系统及一级除盐系统。 1 9 9 5 年扩建2 1 2 m w 供热发电机组时，为兼顾对热网补给水进行软化处理，化 学补给水系统设计并建设为“软化+ 反渗透”水处理系统。但经过一段时间的运行， 发现这样的水处理系统存在诸多弊端，补给水成本造价高且对热力系统设备构成较 大的威胁，影响机组的安全经济运行。所以对补给水处理展开系统的分析研究，并 给以优化重组显得尤为重要。 1 2 本文拟解决的问题 通过对现投产运行的“软化+ 反渗透”水处理系统的分析研究，设计计算，确 定改造方案：并对现补给水处理系统实施改造，以解决现系统运行成本高、水汽品 质不合格、对机组e 常运行产生威胁等诸多问题。改造后，使补给水处理系统经济 正常地运行生产，水汽品质得到显著提高，消减热力系统的积盐和腐蚀现象a 4 华北电力大学工程硕士学位论文 第二章补给水处理系统存在的问题 2 1 补给水处理系统的流程 改造前补给水处理系统的流程为： 深井生水一生水箱一生水泵一钠离子交换器一软化水箱一软化水泵一细砂过滤器 一5u 保安过滤器一高压泵一反渗透r o 装置一除盐水箱一除盐水泵一主厂房。 这样的水处理系统设计的特点是：一般作为预脱盐的反渗透装置变成为后置精 除盐系统，而前置钠离子交换器软化水与通常以反渗透作为预脱盐处理的设计习惯 相悖。由此造成了整个水处理系统不合理而导致补给水不合格，以致不能满足热水 系统用水要求，并导致水汽指标异常或超标。 扩建时，设计思路为四台钠离子交换器制取软化水，用于热网补水：取其一部 分软化出水再通过反渗透脱盐，反渗透脱盐水即为锅炉补给水。但并没有预测到这 样的系统在以后的运行中存在很大缺陷和不足。 2 2 补给水给热力系统带来的影响 2 2 1 补给水( 反渗透出水) 水质分析 软化水进入反渗透后，反渗透出水水质 表1反渗透出水水质 由于水质分析可知，反渗透出水有如下两大特点： 1 p h 值很低，一般水平在5 5 左右，有时可达5 1 2 n a + 浓度很高，可达到1 7 0 0ug l ，有时可高达2 0 0 0 - - 3 0 0 0ug l 2 2 2 补给水给热力系统带来的影响 水处理系统存在弊端，在机组运行一年后的大修化学静态诊断报告中得以显 现。报告中主要有以下内容给以警示： 1 汽轮机初级叶片均存在不同程度的灰白色积盐现象 2 凝汽器铜管外壁有轻微腐蚀坑 3 整个热力系统均存在红褐色氧化铁附着情况 4 整个热力系统普遍存在腐蚀现象 5 华北电力大学： 程硕士学位论文 2 2 3 对热力系统化学静态诊断结果的分析 l 。由热力系统存在灰白色积盐情况，并对垢进行化验分析知，主要成份为 n a ：s o 。、n a c l 、n a 。p o 。，原因主要原因是补给水钠离子含量太高，一般高达 5 0 - 1 0 0pg k g ，另锅炉水处理加n a 。p o 。浓度偏高，达5 - 8 m g l ，从而造成蒸汽n a + 超标，标准为1 5ug k g 。 2 凝汽器铜管有氨蚀情况是因为补给水p h 值太低，一般在5 o 一5 5 之间，这 样为调整给水p h 值达到要求，就需要加大加氨量，由此使给水氨浓度高达5 - 1 0 m g 1 ， 从而造成蒸汽中的n h 3 在凝汽器铜管壁的大量富集，而造成氨蚀。 3 补给水处理系统没有除铁单元设备，造成补给水铁含量高达1 2 0 2 5 0 ug l ， 进入热力系统附着在系统表面，并产生沉积物下腐蚀。 4 补给水的电导率轻微超标，标准为电导率 1 0us c m ，说明这样的补给水 处理系统水质含盐量高于要求值，不合格水进入热力系统会产生游离n a o h 腐蚀与 沉积物下腐蚀。 2 2 4 热力系统存在问题采取应对措施的思路 1 优化补给水系统，减少补给水n a + 浓度，另锅炉内水处理采取低磷酸盐控制， n a 。p 0 。浓度控制在0 + 5 - 2 m g l ，由此降低蒸汽钠含量，来减轻热力系统汽程中钠盐的 沉积。 2 优化补给水系统，提高补给水p h 值，从而减小调节p h 值所需的氨加入量， 减轻氨蚀。 3 增设除铁处理单元，使补给水铁含量降低，从而减轻热力系统铁附着，并 避免沉积物下腐蚀加剧。 4 优化补给水处理系统，降低补给水电导率值，即对反渗透出水进行深度处 理，对其再除盐，提高补给水水质，避免热力系统积盐，腐蚀。 2 3 水处理系统运行缺陷及经济性的不足 2 3 1 水处理系统运行缺陷 2 3 1 ，1 钠离子交换器出水水质高含n a + 取钠离子交换器一级软化水，其水质全分析数据为： 表2一级软化水水质全分析数据( 单位：m g l ) 6 华北电力大学工程硕士学位论文 由此可知钠离子交换水n a + 含量高达6 8 o m g t ，较进口n a + 含量2 9 0 ，增加出口 较入口增加1 3 倍，从而给后置反渗透带来很大的负担，造成反渗透脱盐率虽已达 9 8 以上，但反渗透产品水仍高达1 3 0 0ug m l ，这样的补给水给热力系统中的过热 器及汽轮机带来积盐的隐患。 2 3 1 2 钠离子交换器出水浑浊 由于钠离子交换器之前没有预处理系统，致使钠离子交换器几乎成为过滤器， 加之钠离子交换器再生盐液夹杂泥污较多，而盐液过滤器配置又太小，致使钠离子 交换器出口水的浊度较入口生水还要大，给后置细砂过滤器带来很大的负担，且使 细砂过滤器出口水的污染指数，即污泥密度指数也较高( s d i = 4 5 左右) ，这对反渗 透的正常运行以及使用寿命都是不利因素。而且钠离子软化器反洗一次需时较长， 约需4 0 6 0 分钟，反洗流量为1 2 0 t h ，则反洗一次用水量约为8 0 1 0 0t h ，而周 期制水量约为1 0 0 0 吨，自用水率达1 0 ，自用水率太高，经济性差。 2 3 1 3 石英细砂过滤器损坏频繁 石英细砂过滤器直径2 5 0 0 m m ，装填滤料高度1 1 m ；配级为0 4 5 0 6 5 m m 滤料 层高0 9 m ，0 8 - 1 2 m m 垫层层高0 2 m ；每台过滤器内水帽数量为1 7 8 个，水帽材质 为聚丙烯塑料。调试投运后，反洗累计1 2 个小时，中心部位3 6 个塑料水帽便磨损 破坏，开始漏砂。因此后来全部更换为不锈钢缠绕式水帽，砂滤器仍出现频繁漏砂 情况，一般运行一个月左右即有8 1 0 个水帽损坏漏砂，停运维修。后研究考虑是 因为过滤器底部的进水挡板偏小，起不到均匀布水的作用，从而造成反洗水主要从 中问通过，使得中心部位的水帽负荷过重，随后加大了挡水板直径，但仍没有从根 本上解决问题，漏砂仍频繁出现，运行极不稳定可靠。 2 3 1 4 石英细砂过滤器出口s d l 值高 s d i 值，即为污泥密度指数( s i l td e n s i t yi n d e x ) ，它是反渗透装置给水要 求的一个重要指标，一般要求在3 以下。但由于石英砂过滤器的进水浊度太高，造 成单级石英砂过滤器不能满足截污要求，使得石英细砂过滤器出口s d i 值高。这对 反渗透的正常运行是极大的威胁，很容易造成反渗透膜的污堵，降低反渗透膜的渗 透通量甚至减短膜的使用寿命，造成巨大的经济损失。 2 3 1 5 石英细砂过滤器出口铁含量太高 石英细砂过滤器只能除去水中大部分的悬浮杂质，使其出水浊度降低，但却没 有除铁作用。经常在石英砂一个运行周期的末期，出现出口水铁含量比入口水还要 高。这是因为铁在砂滤器内大量富集，到一定程度便开始释放，高含铁水进入反渗 透，长时间的积累，极易使反渗透膜孔污堵，造成反渗透出力下降，压差增高。反 华北电力大学： 程硕士学位论文 渗透产品水铁含量亦高，达1 2 0 2 5 0 pg m l 。这样的锅炉补给水，很容易在锅炉受 热面上集结铁垢，不仅降低传热效率，还容易在管壁、容器表面形成垢下腐蚀。因 此补给水系统中的除铁问题亟待解决。 2 3 1 6 反渗透入口水水质不佳，清洗次数频繁 由于钠离子交换器的出口水浊度较大，而且石英细砂过滤器又没有除铁效能， 由此造成反渗透入口水水质较差，s d i 值较高，铁含量太高。反渗透运行一年后， 便出现压差增高，出力下降问题，每年需清洗两次。每次清洗后效果好一些，运行 一段时间后又出现同样问题。由于清洗药剂使用过多，造成了不必要的经济耗费。 而且一旦反渗透膜污堵严重，膜将报废，由此产生重大的经济损失。因此，需要彻 底进行水处理系统的优化重组，才能从根本上解决这一问题。 2 3 1 7 水处理系统水泵的配置极不合理 ( 1 ) 除盐泵的出力偏大一倍： 两套反渗透的水处理量为6 0 t h ，而除盐泵的出力是l o o t h ，远大于正常机组 补水量。 ( 2 ) 罗茨风机出力达不到工艺要求： 启动风机后，其工作压力为0 0 3 5 m p a ，细砂只能膨胀4 5 秒，然后便沉积下来 不再膨胀翻动。而工艺上要求，启动风机后细砂须持续翻动3 - 5 分钟，造成细砂过 滤器反沈效果极差；这也是出水s d i 值高的主要原因。 因此，需换用大流量高压的罗茨风机，以改善反洗效果。 ( 3 ) 细砂过滤器运行泵配置太大 细砂过滤器正常运行出力为3 0t h ，而其进水泵为2 0 0t h ，这样大流量的泵 势必会造成细砂过滤器进出水不平衡，使过滤器内压力增高，而导致过滤层压实， 进而容易形成孔隙，造成短路和偏流，使出水水质恶劣。 ( 4 ) 反渗透高压泵运行压力偏大 按厂家说明书知，反渗透正常给水压力为1 7 2 o m p a ，而配置的泵出口压力达 到2 2 2 4 m p a ，对反渗透的膜产生压实作用和浓差极化现象，导致膜的渗透通量降 低，产水率降低。 。 2 3 1 8 反渗透加入杀菌剂和还原剂造成补给水钠离子含量高 由于补给水处理系统的原水为地下深水井，有机物含量 3 m g ，细菌含量小于 反渗透给水要求的 1 0 个m l ，所以不需要加入n a c i o 杀菌消毒。而原水处理设计 中设置了n a c i o 加入和中和残余氯的n a h s o 。药剂，从而使反渗透给水中的n a + 含量 过高，造成了补给水n a + 含量高，热力系统n a 盐沉积。 华北电力大学： 程硕士学位论文 2 3 2 水处理系统运行经费过高 2 3 2 1 钠离子交换器再生用工业盐成本过高 钠离子交换器再生一次需工业盐用量为8 0 0 吨年，工业原食盐价格为5 8 0 元 吨，再生工业原盐的年总价在4 6 4 万元。此项费用占总运行经费的比例最大，约 占5 0 。因此从节省制水成本来讲，需取消钠离子交换器这一制水单元。 2 3 2 2 调给水p h 值加氨的运行经费较高 由于除盐补给水的p h 值较低，在5 1 5 5 之间，需要通过大量的加氨量来调 节给水p h 值在8 5 9 2 之间，因此加氨后给水氨浓度在1 0m g 1 左右，需加氨量 为6 0 0 k g ，造成年加氨量所需费用在6 5 0 0 元以上。 2 3 2 3 系统配置的泵偏大，而造成电耗增高，厂用电偏高 由于细砂过滤器配的反洗水泵、运行给水泵及除盐泵配置偏高，而造成化学制 水车间年耗电达1 3 9 万度。用电费用达6 9 万元之高，这笔资金有较大的节约空间。 9 华北电力大学i ：榉硕士学位论文 第三章改造方案的预设计和筛选 3 1 现有系统的运行情况 3 1 1 现有系统 锅炉补给水处理系统以地下水为原水主要系统和流程见第二章。 3 1 2 主要设备参数 表3主要设备参数 序号设备名称 。l 山n 3 力h ， 直r a 径i n l l 3 h j 再i 主鼍篱；坚等台数 () 删母“f 材腑旱高。 3r o 装置 3 08 ”( 2 0 0 r a m ) 复合膜2 3 1 3 主要转动设备参数 表4 主要转动设备参数 h - h _ _ _ - - 一m _ _ _ h h - _ + 序 。 殴备名称型号 流龄 ( m h ) 扬程 ( m h 。0 ) 数龄 ( 台) 电动机功率 ( k w 台) 1软化水泵 2软化水泵 3 生水泵 4再生泵 5 除盐水泵 6 高压泵 h 1 0 0 6 5 2 0 0 t i l l 5 0 - 1 2 5 2 5 0 i s 2 0 0 1 5 0 3 1 5 i h10 0 6 5 2 0 0 i h l 0 0 8 0 一1 6 0 v t s 2 3 l l 1 0 ( ) 2 0 ( ) 4 0 ( ) l o ( ) 1 0 0 4 0 5 0 2 0 3 2 5 0 3 2 2 0 0 3 0 6 0 5 5 3 0 1 5 5 5 1坚垫坐鍪! ! ! ! ! 二! ! ! ：! ! ! ! ! ! ! 1 3 1 4 各单元水质指标 表5各单元水质指标 单位： m g l 项目 c a “ m n akh c o 。 s o | 2c 1n o s i 0 ：d h 一* 一 原水j 1 0 2： 72 9 08 9 63 7 2 2 2 8 99 30161 307 3 一 软化水0086 8 02 1 6 33 5 3 92 2 7 6 9 00 813 97 4 - 一 除盐水001 81 1 92 1 30 3 2 60 10 45 4 1 0 华北电力大学工程硕士学位论文 3 1 4 4 补给水系统水质特点 由以上数据可知，水质情况特点为： 1 生水经钠离子交换器软化系统的水质变化特点 ( 1 ) 可将生水中的全部c a ”和近8 0 的m 9 2 + 去除。 ( 2 ) 软化水中的n a + 经钠离子交换器后，反而由生水中2 9 o m g l 增为6 8 0 m g l 。 ( 3 ) f 由8 9 6m g l ，增为2 1 6 3m g l 。 ( 4 ) p h 值基本无变化。 ( 5 ) 其它阴离子基本无变化，无明显去除效率。 2 软化水经反渗透处理后，水质变化特点有： ( 1 ) m 矿进一步去除。 ( 2 ) 其它阴阳离子有9 5 一9 8 的去除效率。 ( 3 ) p h 值由7 4 降为5 9 ，p h 值降低幅度较大，除盐水呈酸性。 ( 4 ) 除盐水中n a + 仍达2 9 m g 1 ，k + 达1 1 9 m g 1 之高。 3 1 5 现运行系统缺陷总结： 3 1 5 1 水质缺陷： ( 1 ) 除盐补给水n a + ，浓度过高，容易在热力系统中积盐。 ( 2 ) 除盐补给水p h 值过低，大量加氨调p h ，易造成凝汽器铜管氨蚀，威胁机 组安全稳定运行。 ( 3 ) 细砂过滤器出水污染指数较高，s d i 值在4 5 左右，对反渗透膜的正常运 行和寿命是不利因素。 3 1 5 2 经济成本上的缺陷 ( 1 ) 钠离子交换器、细砂过滤器，反洗时间长，水浪费严重，经济成本高。 ( 2 ) 再生用盐年运行经费在四十多万元，运行成本过高。 ( 3 ) 钠离子交换器制水周期过短，在卜1 5 天，再生频繁，工人劳动强度大， 劳动成本太大。 由于以上原因及第一章所述的对热力系统带来的影响等原因，改造现制水系统 已势在必行，迫切需要进行优化组合。 3 2 改造方案的预设计 3 2 1 主要设计思路 由于反渗透产品水的p h 值低，n a + 浓度高，需将反渗透用为预脱赫系统，后加 l l 华北电力大学工程硕士学位论文 离子交换一级除盐系统，这样阴床可使p h 值调高，阳床可将n a + 浓度降低。 据此，取反渗透产品水，利用实验中心的一套实验用一级除盐系统作小型模拟 实验“反渗透+ 一级除盐”的出水水质指标及与原系统对比如下 表6两种系统的出水水质指标比较 据以上数据可知，若将反渗透后再加一级除盐，水质质量可大大改善。p h 值由 原来的5 4 左右升至8 3 左右；n a + 则可由1 8 0 0ug l 降低2 0 0ug l 以下；电导 率则由1 8us c m 左右降至1 5us c m 左右。这样的补给水水质可以满足生产的需 要。因此设计思路己确定为现有系统后加一级除盐系统，以提高补给水水质。 3 2 2 改造方案的预设计 锡一电厂原有2 x3 m w 机组配套的两套一级除盐系统，出力为3 0t h 。由于新 上2 1 2 m w 机组已停用。思路之一，启用这套系统来作为“软化+ 反渗透”后的一级 除盐：思路之二，将软化系统而改造为一级除盐系统，作为反渗透后置的除盐系统。 据此，预设计出三套改造方案： 1 第一套方案：原制水系统不进行变动，在系统后加老厂( 2 3 m w 机组) 的二 套一级除盐设备，水处理流程如下： 生水一一级软化一细砂过滤器- 一保安过滤器一反渗透一中间水箱一 阳离子交换器( 旧) 一除碳器( 旧) 一阴离子交换器( 旧) 一除盐水箱 2 第二套方案；取消一级软化系统，利用老厂两套除盐系统，流程为： 生水一细砂过滤器一保安过滤器一加药处理一反渗透一中间水箱一 阳离子交换器( 旧) 一除碳器( 旧) 一阴离子交换器( 旧) 一除盐水箱 3 第三套方案：对系统进行一次性彻底改造，设计将四台软化器改造为二套一 级除盐设备，重新优化重组，将二套一级除盐置于反渗透后，工艺流程为： 生水一细砂过滤器一保安过滤器一加药处理一反渗透一淡水箱一 阳离子交换器( 利用二台钠离子软化器设备改造) 一除碳器( 新设) 一阴离 子交换器( 利用二台钠离子软化器设备改造) 一除盐水箱 由于起初设计的钠软化器制水量出力达不到热网所需的补水量要求，建成后 一直未能投运，故可在热网补充水中加入水质稳定剂来缓蚀阻垢，而将四台钠软化 器全部改造为二套一级除盐，用于锅炉补给水的生产上。 华北电力大学： 程硕士学位论文 3 3 改造方案的经济性比较： 3 3 。1 第一种方案的经济性比较分析 3 3 1 1 阳离子交换器( 旧设备) 经济性计算 1 已知设备参数： 内径：1 5 0 0 m m ； 高度：5 4 0 0 m m ： 树脂装填高度：2 2 0 0 m m ； 有效体积：3 8 9 m 3 ： 树脂种类：0 0 1 7 ： 湿视密度：取0 8 m g l ； 工作交换容量：8 0 0 m o l r a ： 反渗透产水阳离子总和：o 3 8 m m o l l ( h + 计) ； 阳离子交换器流量：3 0 t h ： 再生耗药量g , c l = 6 4 k g m 3 树脂( 1 0 0 h c l ) ； 盐酸价格：7 0 0 元吨； 2 计算得出数据： 交换器全交换容量：3 1 1 2 m 0 1 ； 周期制水量：8 1 8 9 5 t ； 带0 水周期：2 7 3 小时； 按除盐水补水率为5 每小时除盐水量1 5 0 5 = 7 5t h ； 折算为连续制水流量为7 5t h 的制水周期：1 0 9 2 小时； 一个周期运行天数4 5 5 d 年再生次数：8 次年；( 再生耗药量g , c l = 6 4 k g m 3 树脂，1 0 0 h c l ) ： 完全再生一次需1 0 0 h c l ：2 4 8 k g ； 完全再生一次需3 3 h c l ：7 5 4 k g ； 盐酸价格：7 0 0 元吨； 阳离子交换器全年运行再生药剂费用为4 2 2 万元( 盐酸价格：7 0 0 元 吨) ； 需新购树脂量：3 1 1 t ； 新购阳树脂所需费用：3 1 1 吨1 2 万元吨( 0 0 1 7 ) = 3 7 3 万元 3 3 1 2 阴离子交换器( 旧设备) 经济性计算 l 。已知设备参数： 华北电力大学工程硕士学位论文 内径：1 5 0 0 m m ； 高度：5 4 0 0 m m ； 树脂装填高度：2 4 0 0 m m ： 有效体积：4 2 3 m 3 ； 树脂种类：2 0 1 x 7 ； 湿视密度：取0 7 m g l ； 工作交换容量：2 5 0 m o l m 3 ； 反渗透产水阴离子总和：0 3 8 m m o l l ( o h 一计) ； 阴离子交换器流量：3 0 t h ； 3 0 n a o h 价格：8 0 0 元吨： 2 计算得出数据： 交换器全交换容量：1 0 5 7 5 m o l ： 周期制水量：2 7 8 2 9 t ； 制水周期：9 3 小时： 按除盐水补水率为5 每小时除盐水量1 5 0 x5 = 7 5t h ： 折算为连续制水流量为7 5t h 的制水周期：3 7 1 小时； 一个周期运行天数：1 5 5 d ； 年再生次数：2 4 次年：( 再生耗药量g s a o l l = 6 5 k g m 3 ，1 0 0 n a o h ) ； 完全再生一次需1 0 0 n a o h ：2 7 5 k g ： 完全再生一次需3 0 n a o h ：9 1 7 k g ；( 3 0 n a o h 价格：8 0 0 元吨) ： 阴离子交换器全年运行再生药剂费用为1 7 6 万元： 需新购树脂量：2 9 6 t ； 所需阴树脂费用：2 9 6 吨2 1 万元吨( 2 0 1 7 ) = 6 2 2 万元。 目前一级软化系统年用盐量为8 0 0 吨年，食盐价格为5 8 0 元睫，则一年软化 器再生费用为4 6 4 万元。 采用第一种方案，除树脂费用9 9 5 2 = 1 9 9 万元外，除盐设备一年直接运行 费用为5 9 8 万元( 用水量未计) ，加之软化系统运行费用4 6 4 ，总运行费用为5 2 3 8 万元。总费用为6 2 3 万元。 3 3 2 第二种方案的经济性比较分析 一级除盐设备直接运行费用同第一种方案，为5 9 8 万元；但省去一级软化食 盐费用4 6 4 万元，增加反渗透运行阻垢剂加药费用l o 万元，即第二种方案总运行 费用为1 5 9 8 万元，同时又可节约大量水。总费用为2 5 9 3 万元 3 3 ，3 第三种方案的经济性比较分析 1 4 华北电力大学工程硕士学位论文 3 3 3 1 阳离子交换器经济性计算 1 已知设备参数： 内径：3 0 0 0 i r a 高度：6 4 0 0 m m ； 树脂装填高度：2 0 0 0 m m ； 有效体积：1 4 1 3 m 3 ； 树脂种类：0 0 1 7 ； 湿视密度：取0 8 m g l ： 工作交换容量：8 7 0 m o l m 3 ； 反渗透产水阳离子总和：0 3 8 m m o l l ( 计) ； 阳离子交换器流量：1 4 0 t h ； 再生比耗( 按1 0 0 h c l ) 为6 4 k g m 3 ； 盐酸价格：7 0 0 元吨： 2 计算得出数据： 交换器全交换容量：1 2 2 9 3 m o l ； 周期制水量：3 2 3 5 0 t ； 制水周期：1 6 5 小时； 按除盐水补水率为5 每小时除盐水量1 5 0 5 = 7 5t h ； 折算为连续制水流量为7 5t h 的制水周期：4 3 1 3 小时； 一个周期运行天数：1 8 0 天 年再生次数：2 次年；( 再生比耗为6 4 k g m 3 ，按1 0 0 h c l ) 完全再生一次需1 0 0 h c l ：9 0 4 k g ： 完全再生一次需3 3 h c l ：2 7 3 9 k g ；盐酸价格：7 0 0 元吨； 阳离子交换器全年运行再生药剂费用为o 3 8 万元； 需新购树脂量：1 1 3 0 t ； 所需阳树脂费用：1 1 3 吨1 2 万元吨( 0 0 l 7 ) = 1 3 5 6 万元 但目前软化器内阳树脂仍可使用，不需要再发生费用。 3 3 3 2 阴离子交换器经济性计算 1 已知设备参数： 内径：3 0 0 0 m m ： 高度：6 4 0 0 m m * 树脂装填高度：2 2 0 0 m m ： 有效体积：1 5 5 4 m 3 ； 树脂种类：2 0 1 7 ； i5 华北电力大学：翻翟硕士学位论文 湿视密度：取0 7 m g l ； 需新购树脂量：1 0 8 8 t ； 工作交换容量：3 2 0 m o l m 3 ； 反渗透产水阴离子总和：0 3 8 m m o l l ( o h 一计) ； 阴离子交换器流量：1 4 0 t h ； 2 计算得出数据： 交换器全交换容量：4 9 7 3 m 0 1 ； 周期制水量：1 3 0 8 6 t ； 制水周期：9 3 小时； 按除盐水补水率为5 每小时除盐水量1 5 0 x 5 = 7 5t h ； 折算为连续制水流量为7 5t h 的制水周期：1 7 4 5 小时； 一个周期运行天数：7 3 天 年再生次数：5 次年； 再生耗药量g n a o i i = 6 5 k g m 3 ( 1 0 0 n a o h ) ； 完全再生一次需1 0 0 n a o h ：1 0 l o k g ； 完全再生一次需3 0 n a o h ：3 3 6 7 k g ：3 0 n a o h 价格：8 0 0 元吨； 阳离子交换器全年运行再生药剂费用为1 3 4 万元。 所需阴树腊费用：1 0 8 8 吨2 1 万元吨( 2 0 1 7 ) = 2 2 8 5 万元。 第三种方案是将现有的4 个软化器改造为两套一级除盐设备，阳树脂不需要购 买，需购买阴树脂2 1 7 6 吨，费用为4 5 7 万元，除碳器购置费用约1 0 万元，共需 发生改造费用约为5 5 6 万元。仅比原系统运行费用增加9 2 万元，即一年即可节 约出改造所需费用，效益十分明显。 “ 第三种方案的一级除盐设备的直接运行费用与前两种方案相同，一年需1 7 2 万元；反渗透运行一年需加药费用约1 0 万元，合计1 1 7 2 万元。仅再生剂耗量一 项计，第三种方案比第一种方案节约运行资金5 2 3 8 1 7 2 = 5 0 6 6 万元，比第二种 方案节约运行资金1 5 9 8 一1 7 2 = 1 4 2 6 万元。若计算由此而节约的水电资金，第三 种方案经济效益会更高，并且对于全厂安全供水更有保障。 3 4 改造方案的筛选和确定 3 4 1 改造方案可行。眭结论 根据锡林浩特一电厂反渗透产水作为锅炉补给水，其p h 值偏低、钠离子高这 一实际情况，经过小型实验，采用反渗透加一级除盐可以满足生产的需要。 1 6 华北电力大学工程硕士学位论文 表7反渗透+ 一级除盐水质与要求质比较 3 4 2 改造方案的筛选 第2 种方案要在现有的基础上增加运行费用5 9 8 万元，合计约5 2 3 8 万元， 运行费用过高，经济效益很差，且水浪费量很大，不能采用。 第二种方案不用软化水，使用旧厂的除盐设备作为反渗透产品水的后精处理， 需新购置树脂费用约1 9 9 万元，另有管道、泵等费用，改造费用共约需4 0 万元。 反渗透运行加阻垢荆年费用1 0 万元；除盐设备年运行费用5 9 8 万元，年运行费用 总计1 5 9 8 万元。第二种方案虽然可省去设备本身的改造，但运行费用较第三种方 案高约3 8 4 万元年，而且设备已使用多年，可靠性很差，只宜作为临时的过渡方 法，不适宜作为长期目标的方案。 第三种方案需新购置树脂费用约4 5 7 万元；新购除碳器约l o 万元，加之其它 管道、泵等等费用，改造费用共约需6 5 万元。反渗透运行加阻垢剂年费用1 0 万元； 除盐设备运行费用2 1 4 万元，总计运行费用1 2 1 4 万元。 第三种方案虽然一次性费用较第二种方案要高，但运行费用较第二种方案年多 节约3 8 4 万元，而且从长远的角度来考虑，第三种方案的设计对于电厂的安全、 稳定运行是切实的保证，因此从综合效益来比较，它却是最优的方案。 3 4 3 改造方案的确定 根据以上的分析，最终确定第三种方案为改造方案，即采用对系统进行一次性 彻底改造，将四台软化器改造为二套1 4 0t h 一级除盐设备，重新优化重组，将二 套一级除盐置于反渗透后，工艺流程为： 生水一细砂过滤器一保安过滤器一加药处理一反渗透一淡水箱一 阳离子交换器( 利用3 # 、4 # 钠离子软化器设备改造) 一除碳器( 新设) 一 阴离子交换器( 利用l # 、2 # 钠离子软化器设备改造) 一除盐水箱 依据此改造方案确定相应的施工方案，计划所需的设备材料，并安排科学合理 的施工程序，保证旌工、生产同时进行，不得因设备改造而影响到正常的生产运行。 华北电力大学： 程硕士学位论文 第四章新改造一级复床除盐系统设计计算 4 1 一级复床除盐系统给水质资料 己知条件：一级复床除盐系统的给水为反渗透的产品水，反渗透给水为深井地 下水( 加阻垢剂) 。改造过渡期系统按第二套方案流程制水。 生水一细砂过滤器一加药处理一+ 保安过滤器一反渗透一中间水箱( 1 # 钠床临时代用) 一阳离子交换器( 旧) 一除碳器( 旧) 一阴离子交换器 ( 旧) 一除盐水箱 4 1 1 反渗透产品水全分析数据 取改造过渡期反渗透产品水进行水质全分析，得以下分析数据： 表8 反渗透产品水全分析数据( m g l ) 华北电力大学二 程硕士学位论文 4 1 2 设计资料 表9原水水质数据 序号项目计算公式及数据补充说明 + 0 0 7 4 0 3 7 9 原水为反渗透出 l 总阳离子 1 2 c e + 0 1 2 5 1 2 m 9 2 + 0 0 0 8 3 水，给水悬浮物 反 ( m m o l l ) k f 0 1 7 2不予考虑。 渗 总阴离子 t c 0 3 一 o 2 9 0 3 7 7 a 1 2 c 0 3 z o 透 ( m m o l l ) 1 2 s o , 2 0 0 0 6 出 c l 一0 0 7 9 水 n 凸 0 0 0 1 6 水 质 总硬度 0 1 3 3r a n o l l 总碱度0 2 9m m o l l 游离c 幔浓度3 4 ，8 r a g l = 3 4 8 4 4 = 0 7 9 m m o l l s i 嘲0 0 0 6 7r m o l l f e 0 0 0 4 1m m o l l p h5 9 n a + ( n 0 k ) 1 0 0 反渗 = ( 0 0 7 4 0 3 8 ) 1 0 0 9 6 透出 = 1 9 5 碱度 ( h c o a - + c 嘭”) z a x 1 0 0 水离 = ( 0 2 9 0 3 8 ) x1 0 0 = 7 6 子比 2 反 含盐量 o 0 4m m o l l含盐量( 阳离子 渗 漏泄率) 按n a o h s i 0 2 0 1m m o l l 计则 透 c o = o 0 0 6 4 0 山 离子漏泄率c = c o c x1 0 0 甜2 4 m g l 水 = ( o 0 3 8 0 3 8 ) 1 0 0 = 1 0 质 3 要求正常共水量q 3 0 m 3 h 4 2 一级复床除盐系统设计计算 4 2 1 阴离子交换器设计计算 4 2 1 1 出水能力 1 9 华北电力火学工程硕士学位论文 出水能力q 。= 1 4 0 m 3 h - 2 1 0 m 3 h ； 因利用原来的钠离子交换器，其出水能力为1 4 0 m 3 h 一2 1 0 m 3 h ，见附录表5 4 2 1 2 引入离子交换器的水质 h c o , - = o ( 水经阳离子交换器时，h c 0 3 - 与 r 结合，h c 0 3 - + h + = h ：o + c o ：，生成 的c o ：由除碳器去除) i 2 s o 。 = o 0 0 6mm o l l c l = 0 0 0 7 9mm o l l n 0 3 - = o 0 0 1 6 ；1 1m o l l s i o ： = o 0 0 6 7mm o i l c o ： = 5 m g l = ( 5 m g 1 ) ( 4 4m g mm 0 1 ) = o i mm o l l 总阴离子量a = o 1 9 3 mm o l ； s i o ： = ( a 1 0 0 = ( 0 0 0 6 7 0 。1 9 3 ) 1 0 0 = 1 3 9 c i 。 = c 1 一 ) 1 0 0 = ( 0 0 7 9 0 4 8 3 ) x 1 0 0 = 4 0 8 弱酸= “ c o ： + s i 0 ： a ) 1 0 0 = ( 0 1 + 0 0 0 6 7 ) 0 1 9 3 1 0 0 = 5 5 3 42 1 3 强碱阳离子交换树脂 工作交换容量e = 3 2 0 m 0 1 m 3 ，见附录表1 ： 有效工作交换容量( c l 一校准) ，e = ( 1 - 1 0 ) e = o 9 3 2 0 = 2 8 8 m o l m 3 ； 树脂体积( 按已有设备d = 中3 0 0 0 m m ，装填高度为h = 2 0 0 0 m m ) v 。= d 2 x h 4 = l 4 x3 i 4 1 6 x 3 2 x2 = 1 4 ，1 4 m 3 ； 实装树脂体积v 。7 = 1 1 v 。= 1 5 5 5m 3 ： 42 1 4 阴离子交换器 树脂装载高度h 。= 2 2 m ( 为防止s i o ：漏过，已有1 0 的裕量树脂) ； 交换器面积f = nx d 2 x h 4 = i 4 3 1 4 1 6 3 2 = 7 o ? m 2 ： 运行流速v = q f = 1 4 0 7 0 7 2 0 m h ( 为保证水质运行流速控制在较低范 围内) ； 有效台数l 台( 共改造两台，其中一台备用，实际有效台数为1 台) ； 4 2 2 阴离子交换器运行数据 42 2 1 反洗 反洗强度：取f = 3 l m 2s = l o 8 m 3 m 2 h ： 反洗流速v l = 1 0 m h ； 反洗流量q = fv l = 7 0 7x1 0 8 = 7 6 m 3 h ； 2 n 华北电力大学工程硕士学位论文 反洗时间t = 1 5 m i n ； 耗水量q f q ，t 6 q = 7 6 1 5 6 0 = 1 9 0 3 ： 4 2 2 2 再生 再生耗药量g n a o = 6 5 k g m 3 ( 1 0 0 n a o h ) = 2 0 0 k g m 3 ( 3 0 n a o h ) = o 2 t m 2 ；( 见附 录表2 ) 3 浓度n a o h 体积v 。 v 。- = g m l 。v 。1 0 x3 1 0 3 2 = 6 5 x 1 5 5 5 1 0 3 1 0 3 2 = 3 3 m 3 再生流速v 2 = 4 m h ( 见附录表4 ) 再生时间t = 6 0v 。，fv2 = 6 0 x 3 3 7 0 7 x 4 = 7 0 m l n 因 s i o ： = s i o 。 za = 3 4 7 5 ，而 s i o 。 = 5 时，要求再生时间 为6 0 m i n ，再生时间满足要求，流速合适。 再生一次所需3 0 工业用n a 。h 碱液体积v 。 v m = g 一。v 。1 0 3 0 1 3 2 8 = 6 5 1 5 5 5 1 0 x3 0 x1 3 2 8 = 2 5 4 m 3 进喷射器稀释水量q ：= v ，。一v 。= 3 2 6 5 - 2 5 4 = 3 0 1 1m 3 3 0 42 2 3 置换 置换水量q 。= o 6v 。7 = 0 6 x 1 5 5 5 = 9 3m 3 置换流速v 3 = v 。= 4 m h 置换时间t = 6 0q 3 f v 。= 6 0 9 3 3 7 0 7 x 4 = 1 9 8 2 0 m i n 4 2 2 4 正洗 正洗水比耗q 。= 1 0m 3 m 3 树脂： 正洗水量q fq 。7v 。7 = i o x 1 5 5 5 = | 5 6m 3 ； 正洗流速v 4 = 1 2 m h ； 正洗时间t = 6 0q 。f v 。= 6 0 1 5 6 7 0 7 1 2 = 1l o m i n 4 2 3 除碳器水箱( 中间水箱) 有效容积 v 。= q l + q 2 + q 3 = 1 9 + 3 0 1 + 9 3 4 2 4 除碳器设计计算 4 2 4 1 除碳器