XX纸业自备电厂除盐水方案解析.docx
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XX纸业自备电厂除盐水方案解析
XX纸业股份公司
2X50MW热电项目水处理系统
方案设计
2007年6月
目录
1.0技术要求3
2.0工艺说明5
3.0控制系统说明14
4.0工艺流程图和平面布置16
1.0技术要求
本方案涉及的工艺流程及设备适用于XX纸业股份公司2X50MW热电项目水处理系统。
1.1采用标准和规定
1.1.1系统设计符合下列标准和规定
a）DL5000-94《火力发电厂设计技术规程》
b）DL5028-93《电力工程制图标准》
c）DL/T5072-1997《火力发电厂热力设备和管道保温油漆设计技术规定》
d）DL/T5054-1996《火力发电厂汽水管道设计技术规定》
e）DL/T5068-1996《火力发电厂化学水处理设计技术规程》
f）GB12145－89《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量标准》
g）SH3046-92《石油化工立式圆筒形钢制焊接储罐设计规范》
1.1.2设备制造和材料符合下列标准和规定的最新版本的要求。
a）GB150《钢制压力容器》
b）JB2932《水处理设备制造技术条件》
c）HGJ32《橡胶衬里化工设备》
d）劳锅字（1990）8号《压力容器安全技术监察规程》
1.1.3进口设备的制造工艺和材料符合美国机械工程师协会（ASME）和美国材料试验学会（ASTM）的工业法规中涉及的标准或相当标准。
1.1.4对外接口法兰符合下列要求
a）JB/T74-94《管路法兰技术条件》
b）JB/T74-94《管路法兰类型》
c）JB/T81-94《凸面板式平焊钢制法兰》
d）JB/T87-94《管法兰用石棉橡胶垫片》
1.1.5衬里钢管和管件符合下列标准的最新版本的规定要求：
a）HG21501《衬胶钢管和管件》
b）HG20538《衬塑（PP、PE、PVC）钢管和管件》
1.1.6本方案提出了最低限度的技术要求，并未对一切技术细节作出规定，也未全部引用有关标准和规范的条文。
本方案所使用的标准如与所执行的标准发生矛盾时，按高标准执行。
1.2设计基础资料
系统原水水源采用生产用水，水质全分析见下表。
原水水质全分析
序号
项目
单位
指标
1
pH
7.3
2
浊度
mg/L
≤10
3
总碱度
mg/L（CaO计）
42.62
4
Cl-
mg/L
14.0
5
Ca2+
mg/L
38.08
6
总硬度
mmol/L
1.25
7
SO42-
mg/L
53.08
8
SS
mg/L
11
9
TDS
mg/L
94.00
10
余氯
mg/L
0.5
1.2.1系统进水水质特性
1.2.1.1设计水源：
生产用水
1.2.1.2进水水量：
480m3/h
1.2.2产水要求：
1.2.2.1出水水质要求
二氧化硅≤20g/L
电导率≤5s/cm（25℃）
溶解氧≤2s/cm（25℃）
T-Fe≤0.1s/cm（25℃）
Cl-≤0.1s/cm（25℃）
SO42-0
PH6-8
该系统的出水水质能满足需方水质要求。
1.2.2.2反渗透系统回收率:
≥75%
1.2.3设计界线：
从清水箱进水口到混床出口管至厂房外一米处
1.2.4系统对外界的要求
1.2.4.1进水管：
由需方接至供方清水箱进水口。
1.2.4.2供电：
根据系统的用电量要求，由需方提供动力电源送到供方提供的动力配电盘上。
1.2.4.3化学药品：
调试过程的所有消耗品由需方提供。
1.2.4.4废水处理：
中和水泵出口至中和水泵间外一米处。
2.0工艺说明
本技术规范是专门为XX纸业股份公司2X50MW热电项目水处理系统而制定的，所涉及的工艺流程是以需方提供的当地原水水质为依据，并结合供方在除盐水处理系统方面成功的设计、生产经验，全面采用优质零配件，以确保产品质量的严格要求，完全能够满足用户的要求，并能长期运行、安全可靠。
2.1水源情况
水源为需方生产用水。
2.2工艺流程概况
根据需方提供的水质条件和对除盐水的水质要求，供方采用图下工艺流程：
净水站来水升压泵板式加热器多介质过滤器保安过滤器高压泵反渗透装置除碳器预脱盐水箱混床给水泵混合离子交换器除盐水箱除盐水泵加氨装置新主厂房↓
老厂
反渗透系统包括：
保安过滤器、高压泵、反渗透膜组件、反渗透清洗系统、控制仪表等。
2.3系统容量的确定
2.3.1系统出力：
本工程拟建470m3/h出力的设备。
2.4除盐水处理主要设备参数
序号
名称
数据
单位
备注
二
清水泵
4
台
1
流量
240
m3/h
2
扬程
32
m
三
热交换器
2
台
1
流量
320
m3/h
2
温升
20
℃
四
管道混合器
3
台
规格
DN500X1
mm
规格
DN400X2
mm
五
多介质过滤器
10
台
1
设备直径
Φ3200
mm
2
滤层高度
1200
mm
无烟煤400mm石英砂800mm
3
运行流速
10
m/h
4
设备出力
80
m3/h
5
反洗水流量
350
m3/h
六
罗茨风机
2
台
1
流量
9.6
m3/min
2
风压
58.8
KPa
七
反洗水泵
2
台
1
流量
350
m3/h
2
扬程
20
m
八
凝聚剂加药装置
1
套
两箱两泵
九
杀菌剂加药装置
1
套
两箱两泵
十
阻垢剂加药装置
1
套
两箱两泵
十一
反渗透装置
4
套
1
保安过滤器
4
台
设备直径
1100
mm
过滤精度
5
um
2
高压泵
4
台
流量
160
M3/h
扬程
1.6
MPa
3
反渗透膜组件
4
套
出力
120
M3/h
十二
反渗透清洗装置
1
套
1
溶液箱
1
台
有效容积
5
m3
2
清洗泵
1
台
流量
120
M3/h
扬程
30
MH2O
3
保安过滤器
60
m3/m2.h
设备直径
1100
mm
过滤精度
5
um
十三
除碳器
1
台
1
设备直径
Φ3200
mm
2
填料高度
2000
mm
3
设计流量
240
m3/h
十四
除碳风机
2
台
1
型号
4-72-11No4.5A
15kw
十五
预脱盐水箱
1
台
1
有效容积
300
m3
十六
混床给水泵
2
台
1
流量
210
M3/h
2
扬程
40
MH2O
十七
混合离子交换器
2
台
1
设备直径
Φ2500
mm
2
运行流速
40
m/h
3
设备出力
200
t/h
4
再生剂种类及浓度
HCl-5/NaOH-4
%
5
树脂层高
阳-500/阴-1000
mm
十八
除盐水箱
1
台
1
设备容积
500
m3
十九
除盐水泵
2
台
1
流量
200
M3/h
2
扬程
50
MH2O
二十
加氨装置
1
套
一箱两泵
二十二
树脂捕捉器
2
台
规格
DN200
二十三
酸碱贮存罐
各1
台
1
有效容积
25
m3
2
设备直径
Φ2500
mm
二十四
酸碱计量箱
各1
台
1
有效容积
2.5
m3
二十五
酸碱喷射器
各1
台
二十六
酸雾吸收器
1
台
二十七
再生水泵
2
台
1
流量
50
m3/h
2
扬程
50
MH2O
二十八
卸酸泵、卸碱泵
各1
台
1
流量
15
m3/h
2
扬程
20
M
二十九
中和池废水输送泵
2
台
1
流量
100
m3/h
2
扬程
20
M
三十
中和池搅拌机
2
台
三十一
压缩空气贮罐
1
台
1
设备直径
Φ1800
mm
2
体积
10m3
m3
二十二
阀门
1
套
三十三
填料
1
套
1
无烟煤
粒径1.2-2.5
m3
48
2
石英砂
粒径0.5-1.2
m3
96
3
石英砂
粒径1-32mm
m3
48
4
阴树脂
201X7
吨
25
5
阳树脂
001X7
吨
12.5
三十四
材料
1
套
三十五
控制仪表
1
套
1
总进水流量计
1
台
2
多介质过滤器产水流量计
15
台
活性炭过滤器产水流量计
12
3
反冲洗流量计
1
台
4
反渗透进水流量表
5
台
5
反渗透淡水流量表
5
台
6
反渗透浓水流量表
5
台
7
反渗透进水电导率表
1
台
8
反渗透淡水电导率表
5
台
9
反渗透进水pH表
1
台
10
反渗透出水pH表
1
台
11
混床流量计
5
台
12
混床出口电导表
5
台
13
混床出口流量表
5
台
14
酸浓度计
1
台
15
碱浓度计
1
台
16
pH计
3
台
17
中央控制盘
1
套
18
压力表
130
只
2.5主要设备说明
2.5.1清水泵
为后续水处理系统提供稳定的压力和水量。
设计2台清水泵，其中1用1备，每台清水泵正常出力为120m³/h，扬程0.32MPa。
2.5.2热交换器
热交换器的作用是使原水维持在一定的温度范围之内，以利于保证反渗透系统出力的稳定。
反渗透系统的出力受进水水温的变化影响较大，在进水压力稳定的条件下，水温每变化1°C，其产水量大致增减2.7％。
为了弥补因冬季水温较低而致使反渗透系统产水水量的下降，就必须加热进水使其维护在20℃左右。
系统设置2台热交换器，出力为240m³/h，进、出水的温升为20℃。
2.5.3凝聚剂加药装置
该装置的作用是为系统投加适量的聚凝剂，将原水中的悬浮物、有机物、胶体等凝聚成大颗粒的矾花，以便其在多介质过滤器中被有效地去除。
水中一般含有悬浮物、有机物和胶体等杂质，这些杂质往往带有一定量的同性电荷，它们相互排斥，难以自动聚集成大颗粒。
PAC（聚合氯化铝）是长链的高分子聚合物，在水中可形成带电荷的Alx（OH）y3x-y长链多功能基团，它具有压缩胶体双电层的作用，同时对异性电荷也可以起到中和的作用，而且每一个基团都可以吸附水中分散的悬浮物、有机物、胶体等小颗粒杂质，使其凝聚成大颗粒的矾花，以便通过多介质过滤器将其除去。
为了增加水中杂质颗粒到达凝聚剂Alx（OH）y3x–y基团表面而被吸附的机会，应适当地进行搅动混合，因此本系统PAC的加入选择在多介质过滤器的进水母管上，且随后装设静态管道混合器。
2.5.4助凝剂加药装置
PAM（聚丙烯酰胺）的作用是协助PAC在较短的时间内促进矾花迅速增大，提高凝聚效果，以便多介质过滤器更有效地去除杂质颗粒。
PAM是长链的有机聚合物，通过它可以在小矾花之间起到桥架的作用，桥架之后形成的一张网状的污泥层又起到网捕的作用。
目前市场供应的PAM有三种：
一是阳离子型；二是中性；三是阴离子型的。
由于目前常用的复合反渗透膜表面一般都带有负电荷，若遇到阳离子型的有机物就会把它吸引过来而附着在膜表面，从而造成反渗透膜的污染，并且这种污染无法通过化学清洗的方法有效地恢复反渗透膜的运行性能。
因此作为反渗透装置之前的加药品种必须采用中性的或阴离子型的PAM助凝剂。
2.5.5多介质过滤器
多介质过滤器是反渗透系统的重要预处理装置，它的作用是滤除原水带来的细小颗粒、悬浮物、胶体、藻类及有机物等杂质，以及经一级加药后形成的矾花，从而保证其出水SDI（污染指数）≤4。
特性:
*能够有效地去除原水中的胶体、悬浮物及藻类等有机物，因为反渗透系统对它们非常敏感。
*布水均匀，使过滤达到最大效果，能长期满足反渗透膜对污染指数SDI的要求。
*反洗装置带空气擦洗，能力强、时间短、水耗低。
（气源来自罗茨风机）。
*选用较低的运行流速（正常运行8m3/h），以适应将来水质变坏的可能性。
根据用户反渗透系统产水水量要求，本系统设置7台直径3200mm的立式多介质过滤器，其中6台运行，1台备用，每台出力80m3/h，总出力为480m3/h，当其中任何一台过滤器的进出口压差达到一定值或出水SDI大于4时，则退出使用进行反洗。
同时投运备用多介质过滤器。
2.5.6罗茨风机
本系统需要充足的压缩空气，用于多介质过滤器反冲洗时的空气擦洗。
在多介质过滤器运行过程中，其滤料表面会粘附大量的杂质，甚至造成滤料结成泥球。
若只用水进行冲洗很难凑效；而采用压缩空气进行鼓泡擦洗，同时借助水的作用，则很容易将滤料表面粘附的杂质或泥球剥落或打散，然后由水流带出，从而提高多介质过滤器反冲洗的效果。
多介过滤器的空气擦洗时所需的风量很大，但时间很短、风压较低。
本系统设置2台罗茨风机，1用1备，来满足空气擦洗的需要。
风量为9.6Nm3/min，风压为0.06Mpa。
2.5.7反冲洗水泵
其作用是为多介质过滤器和活性碳过滤器的反冲洗提供充足的水量。
多介质过滤器的反冲洗流速一般为50m/h左右，水量较大，但所需的扬程低，因此本系统单独设置2台出力为400m2/h，扬程为0.2MPa的反冲洗泵。
2.5.8阻垢剂加药装置
阻垢剂加药装置的作用是在预处理后的原水进入反渗透之前，加入高效率的专用阻垢剂，以防止反渗透浓水侧产生结垢。
反渗透的工作过程是原水在膜的一侧从一端流向另一端，水分子透过膜表面，从原水侧到达另一侧，而无机盐离子就留在原来的一侧。
随着原水的流程逐渐增长，水分子不断从原水中取走，留在原水中的含盐量逐步增大，即原水逐步得到浓缩，而最终成为浓水，从装置中排出。
浓水受浓缩后各种离子浓度将成培增加。
自然水源中Ca2+、Mg2+、Ba2+、Sr2+、HCO3-、SO4-、SiO2等倾向于产生结垢的离子浓度积一般都小于其平衡常数，所以不会有结垢出现，但经浓缩后，各种离子的浓度积都有可能大大超过平衡常数，因此会产生严重的结垢。
判断水结垢的标准是：
a）对于碳酸盐垢以朗格利尔（LSI）为基准；当LSI＜0时不结垢，LSI＞0时结垢；b）对于硫酸盐垢，是以饱和指数来确定的，水中阳、阴离子的浓度积与饱和平衡常数的比值即为饱和指数。
当饱和指数小于1时不结垢，反之就会出现结垢。
本系统推荐选进口的复合阻垢剂，它可以提高水中的难溶物质的饱和度，它具有以下功能：
●抑制析出作用
●分散作用
●晶格扭曲作用
●络合作用
采用阻垢剂后，具体阻垢能力表现如下：
●LSI可以由负值提高至2.6
●BaSO4的饱和指数可达160倍
●SrSO4的饱和指数可达12倍
●CaF2的饱和指数可达120倍
●SiO2的饱和指数最大可达2倍
另一种好处是经常受到人为忽视的：
即此阻垢剂是非磷系有机复合物，排放之后，不会对自然水体产生富营化的影响，是绿色环保型产品。
2.5.9反渗透本体系统
本系统的主要作用是把经预处理的水进行膜分离脱盐。
它包括下列单元设备：
1）5μ保安过滤器
5μ保安过滤器的作用是截留原水带来的大于5μ的颗粒，以防止其进入反渗透系统。
这种颗粒经高压泵加速后可能击穿反渗透膜组件，造成大量漏盐的情况，同时划伤高压泵的叶轮。
过滤器中的滤元为可更换卡式滤棒，当过滤器进出口压差大于设定的值（通常为0.07~0.1MPa）时，应当更换。
保安过滤器采用耐腐蚀的304不锈钢材质外壳。
滤棒是由聚丙烯喷熔制成，
其特点：
●孔形呈锥形结构；
●过滤能进入深处，形成深层过滤；
●纳污量大、寿命长（可维持4~6个月）；
●易更换。
从反渗透系统的运行和操作安全出发，保安过滤器，高压泵，反渗透装置都呈一对一的串联设置，即一套反渗透配置一台保安过滤和一台高压泵。
2）高压泵
高压泵的作用是为反渗透本体装置提供足够的进水压力，保证反渗透膜的正常运行。
根据反渗透本身的特性，需有一定的推动力去克服渗透压等阻力，才能保证达到设计的产水量。
根据反渗透的配置，经专用软件计算后，设计温度为18℃。
反渗透装置设置1台出力为160m3/h，扬程为1.6MPa的不锈钢高压泵。
3）反渗透本体装置
反渗透装置是本系统中最主要的脱盐装置，反渗透系统利用反渗透膜的特性来除去水中绝大部分可溶性盐分，胶体，有机物及微生物。
本系统将反渗透系统设置成4套出力为120m3/h的反渗透装置，并联运行，运行时通过后续的水箱水位调节反渗透装置投运的套数。
本装置反渗透膜组件均采用世界上最先进的TFC型复合膜，单根膜脱盐率达99.6%。
4）反渗透清洗系统
作用是根据反渗透膜运行污染的情况，采用低压水冲洗或化学清洗。
低压水冲洗是用反渗透产水置换反渗透膜中停机后滞留的浓水，防止浓水侧亚稳态的结垢物质出现结垢，以保护反渗透膜。
化学清洗是配制一定浓度的特定的清洗溶液，清除反渗透膜中的污染物质，以恢复膜的原有特性。
无论预处理如何彻底，反渗透经过长期使用后，反渗透膜表面仍会受到结垢的污染。
所以本系统设置一套公用反渗透清洗系统，当膜组件受到污染后，可进行化学清洗。
它包括一台5μ保安过滤器，一台不锈钢清洗泵（出力为120m3/h，扬程0.3Mpa），一台清洗箱及一批配套仪表、阀门、管道等附件。
2.5.10除碳器
为降低CO2对后续工艺的影响，反渗透装置的出水直接进入除碳器，脱出CO2气体。
除碳器内装多面空心球，以增加水、气的接触面积。
除碳器出水直接进入中间水箱。
另外，反渗透产水带有一定的压力，可以自行进入预脱盐水箱暂存，其作用是使反渗透膜的产水侧承受较低的压力，避免反渗透膜受到背压而导致不可恢复的损坏，同时缓冲由于后级离子交换系统阀门切换时造成的压力波动，并可通过中间水箱的液位控制反渗透置的启、停运行。
2.5.11中间水泵
为后续水处理系统提供稳定的压力和水量。
设计2台中间水泵，其中1用1备，每台清水泵正常出力为210m³/h，扬程0.4MPa。
2.5.12混合离子交换器
中间水泵将水升压后送入一级混床，去除反渗透出水中的盐分和硅含量。
混床内填装强酸强碱树脂，树脂层高分别为500：
1000mm。
一级混床设置2台，设备直径2500mm，1用1备。
2.5.13除盐水箱
除盐水箱用于贮存一级混床的出水及凝结水，其目的是为了适应锅炉补给水流量的变化，防止出水波动对系统运行的影响，保证系统的进水量稳定。
系统配置1台除盐水箱，每台为500m³的容积，采用钢结构，内衬玻璃钢防腐。
2.5.14除盐水泵
为后续水处理系统提供稳定的压力和水量以及向锅炉补水。
设计2台除盐水泵，正常出力为200m³/h，扬程0.5MPa。
2.5.15酸碱再生单元
为对失效混床进行再生，设置酸碱再生单元，它包括下列设备：
●酸碱贮存罐：
各1台，容积25m3
●酸碱计量箱：
各1台，容积2.5m3
●酸碱喷射器：
各1台
●再生水泵：
1台，流量30m3/h，扬程32mH2O
3.0控制系统说明
锅炉补给水处理系统采用并联运行方式，其运行和过滤器的反洗、离子交换设备的再生采用程序控制，也可通过远程手操。
整个系统设置一台中央控制盘，内装可编程序控制器，能实现自动和手动操作整个系统的功能。
另外还配置CRT，能直观地显示系统各设备的运行状况。
在中央控制盘还装配有各种工艺参数报警功能，如泵过载和高压泵高低压保护报警，实现系统的自诊断的能力。
3.1加药量控制
加药量的控制通过设在母管上在线流量计输出的信号对计量泵实现单回路自动投加。
同时也可以手动调节操作。
3.2多介质过滤器
多介质过滤器的运行、退出、进气擦洗、进水反洗、备用、投运都是通过PLC程序控制，也可通过手动操作实现的。
过滤器的退出运行机制是通过每台过滤器的总产水量或压差自动控制。
3.3反渗透系统控制
反渗透装置设置一块就地仪表盘和一块就地操作盘,在就地盘上可读出反渗透的有关工艺参数，以及能在就地操作盘上启停反渗透进水高压泵及相关的电动阀门。
3.3.1高压泵的保护系统
每套反渗透装置的高压泵进出口都装有低压保护开关和高压保护开关。
当供水量不足使高压泵入口的水压低于某一设定值（正常为0.1MPa），会自动发出信号停止高压泵，保护高压泵不在空转情况下工作。
当因其它的原因误操作，使高压泵的出口压力超过某设定值时,高压泵出口高压保护会自动切断高压泵供电,保护系统不在高压下运行。
3.3.2反渗透的启停保护
当反渗透投入运行时，为了防止高压泵突然起动升压，产生对膜元件的高压冲击，破坏反渗透膜，在高压泵出口至反渗透膜组件之间设置1个慢开电动阀门，由可编程序控制器（PLC）控制缓慢打开阀门，使膜元件逐渐升压至一定的压力。
为了防止反渗透误操作，在反渗透产水端设置爆破装置，在超高压的情况下自然爆破泄压。
当反渗透停止使用时，延迟关闭进水电动阀，启动反渗透清洗泵，打开冲洗电动阀、浓水端电动排放阀和产水电动阀,自动冲洗20~30min左右，停止备用。
3.3.3反渗透运行控制
反渗透设置为4套，每套出力120m3/h。
反渗透装置的投运或退出主要是控制高压泵的起动或停止来实现，而高压泵的起、停是通过预脱盐水箱的水位变化来决定的。
在本系统中通过以下四点中间水箱的液位来控制反渗透系统的运行。
*当反渗透预脱盐水箱水位处于低液位时，4台高压泵同时运行，即4套反渗透同时运行，此时的整个系统出力为480m3/h。
*当反渗透中间水箱水位处于中高液位时，退出两套反渗透，使之处于备用状态，该套反渗透相对应的高压泵处于停止备用状态，此时的反渗透系统出力为240m3/h。
*反渗透中间水箱的水位仍继续升高至高液位时，此时就将4套反渗透装置全部退出。
相反，当反渗透中间水箱的液位由高至低相反过程时，4套反渗透的投运顺序同时以相反的顺序进行。
采用该控制方式，不仅可以节约回水，又可以节省费用。
3.4混合离子交换器的控制
混合离子交换器的运行、退出、再生、备用、投运都是通过PLC程序控制，也可通过手动操作实现的。
混合离子交换器的退出运行机制是通过每台混合离子交换器出口的导电度表进行检测或根据总产水量自动控制。
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