劉 敏，李 冬，李旭東

(首創(chuàng)愛華(天津)市政環(huán)境工程有限公司 天津 300382)

0 引 言

某電站示范工程(簡稱高溫堆工程)規(guī)劃建設1臺200 MW級高溫氣冷堆核電機組及其相應的配套設施，采用2座球床模塊式高溫氣冷堆帶1臺汽輪機組，每座反應堆的熱功率為250 MW，總熱功率為500 MW，電功率為200 MW。其配備除鹽水處理系統，為反應堆和汽輪機提供除鹽水，主要功能有：①機組啟動階段，滿足機組啟動用沖洗水和輔助鍋爐運行用水需求；②機組正常運行階段，提供全廠各用戶水質標準的除鹽水，維持機組正常運行[13]。本文結合高溫氣冷堆的特性，設計除鹽水處理系統工程。

1 水源及水質

高溫堆工程水源為八河水庫水，水質分析結果如表1所示。

表1 八河水庫水質分析報告Tab.1 Water quality analysis report of Bahe reservoir

2 出水水質控制標準

一般火電廠除鹽水系統出水控制標準有兩項：SiO2＜20 μg/L，電導率＜0.2 μS/cm(25℃)[14-15]。對于高溫堆工程來說，為了避免溶解離子對管道和反應堆的影響，除鹽水處理系統出水控制標準除滿足以上2項外，制定了高溫氣冷堆除鹽水出水水質控制標準，見表2(除NH3、聯氨、pH及溫度外)。

表2 某電站除鹽水出水水質控制標準Tab.2 Water quality control standard of desalted water in a power station

3 系統選擇

八河水庫水經管道輸送到達廠區(qū)凈水站，經過星形絮凝斜板沉淀設備和普快濾池的初級過濾處理，去除藻類、懸浮物等大顆粒物質后，作為除鹽水系統的原水。

除鹽水處理系統由加熱、過濾、除鹽及輔助加藥系統組成。

原水使用加熱器加熱，蒸汽來自汽輪機的輔助蒸汽。加熱目的是保證原水溫度在25℃左右，以保證反滲透裝置在最佳狀態(tài)下運行。

過濾系統是為了去除水中的懸浮固體、有機物、余氯等污染物，達到反滲透的進水水質條件。本工程選擇細砂過濾器和活性炭過濾器。選擇細沙過濾器而不選擇雙介質過濾，是由于八河水庫水已經過星形絮凝斜板沉淀設備+普快濾池的初級過濾處理，在除鹽水處理系統的反滲透裝置前再重復設計雙介質過濾器的作用不大。

除鹽系統選擇性很多，根據GB/T 50109—2014《工業(yè)用水軟化除鹽設計規(guī)范》和GB 5068—2014《發(fā)電廠化學設計規(guī)范》，對于本工程來說，有2種工藝方案比較適用：①離子交換工藝，即一級反滲透+陽床+陰床+混床；②全膜工藝，即一級反滲透+二級反滲透+電除鹽(EDI)。對方案1和方案2的占地、一次性投資及運行費用進行了估算，結果如表3所示。

表3 除鹽系統方案1和方案2經濟性估算Tab.3 Economic estimation of scheme 1 and scheme 2 of desalting system

由表3可以看出：方案1(離子交換工藝)投資和運行費用較高，需要酸堿再生陽陰樹脂，需要配備酸堿儲存和再生系統，產生酸堿廢水，容易污染環(huán)境；方案2(全膜工藝)沒有酸堿廢液的污染，避免酸堿貯存、運行的危險，因而可提高核電站的安全性，且投資和運行費用較低，出水水質更好。因此，本工程選用全膜水處理系統更經濟。相關文獻[16-17]也指出，對于出力較小的單元，使用全膜法更經濟。

輔助加藥系統包括壓縮空氣、加次氯酸納、膜清洗等單元，進而設計出山東石島灣高溫氣堆核電站示范工程除鹽水處理系統全膜法工藝流程為：凈水站來清水→清水箱→清水泵→清水加熱器→細砂過濾器→活性炭過濾器→一級反滲透保安過濾器→一級反滲透高壓泵→一級反滲透裝置→一級淡水箱→一級淡水泵→二級反滲透保安過濾器→二級反滲透高壓泵→二級反滲透裝置→二級淡水箱→二級淡水泵→EDI裝置→除鹽水泵→核島、常規(guī)島及輔助系統(BOP)。同時，EDI濃水回流至一級淡水箱，二級反滲透濃水回流至清水箱。

4 工藝設計

高溫堆常規(guī)島及其BOP部分的廠內輔機采用閉式循環(huán)冷卻水，補充水為除鹽水(補水量已計算入汽水損失中)，采用加聯氨除氧[18]?？照{系統采用風冷方式。全廠除鹽水用戶及各用戶除鹽水用量如表4所示。除鹽水輸送到核島(1個接口)、常規(guī)島(1個接口)和BOP(1個接口)。

表4 全廠除鹽水用戶和除鹽水用量Tab.4 Desalted water users and desalted water consumption of whole plant

考慮水質在一定范圍內變化時的應對措施，并在系統配置、設備設計方面留有一定的裕度，除鹽水系統出力按需求量的1.5倍考慮，總出力取整后為50 m3/h。系統設計為2套，每套出力為25 m3/h。EDI出力即除鹽水系統出力，EDI設備選擇(2×25)m3/h，EDI設備水回收率≥90%。經計算，得出如下結果。

二級反滲透出力，(2×28)m3/h，回收率≥85%；二級反滲透進水、二級反滲透高壓泵和二級反滲透保安過濾器出力或流量，(2×33)m3/h；一級反滲透出力，(2×30)m3/h，回收率≥75%；一級反滲透進水、一級反滲透保安過濾器和一級反滲透高壓泵出力或流量(2×40)m3/h；活性炭過濾器，出力為(3×33)m3/h，DN3 000 mm，流速為7.18 m/h，并聯運行，2用1備；細砂過濾器，出力為(3×33)m3/h，DN3 000 mm，流速為7.18 m/h，并聯運行，2用1備；清水加熱器出力為(2×50)m3/h。清水箱和一級淡水箱，(1×100)m3/h；二級淡水箱，(1×50)m3/h。正常情況下，過濾器2運1備，加熱器、反滲透和EDI裝置均為2臺運行。

5 設備選型

根據工藝計算結果選擇的主要設備參數如表5所示。細砂過濾器運行控制點為過濾器出水濁度≥2 NTU，進出口壓差值或周期制水量達到設定值；保安過濾器采用大流量折疊式濾芯，過濾精度為5 μm，高壓泵采用316不銹鋼；2套一級反滲透裝置的膜組件總數量為84支，單套為42支，按4∶3分為2段；2套二級反滲透裝置的膜組件總數量為60支，單套為30支，按3∶2分為2段。EDI裝置保安過濾器均采用大流量折疊式濾芯，過濾精度為1 μm；每套EDI裝置4塊膜塊，每塊膜塊產水量約6.5 m3/h。

表5 除鹽水處理系統主要設備參數(設計值)Tab.5 Equipment parameters of desalted water treatment system (design value)

6 系統管路連接設計

清水加熱器設有旁路，來水溫度在合適的范圍時，不經加熱器直接進入過濾裝置。

細砂過濾器和活性炭過濾器均采用母管制連接。細砂過濾器正常運行時2運1備?；钚蕴窟^濾器正常運行時均低流速投入運行，當有1臺需反洗時，其余2臺高流速運行。活性炭過濾器設置了進出口旁路，若來水水質較好或整套活性炭過濾器故障無法投運時，可將整個活性炭過濾器系統旁路，來水直接進一級反滲透裝置。

一級反滲透裝置、二級反滲透裝置和EDI裝置均采用母管制連接，正常運行時1運1備，當其中1套需要清洗或檢修時，退出運行，啟動備用；亦可同時2套設備運行。

7 控制方式設計

整套除鹽水處理系統控制設計為遠控和就地操作相結合方式[19-20]。過濾器、反滲透裝置和EDI裝置均通過PLC程序實現自動控制，運行人員可通過LCD(液晶顯示器)和鍵盤操作，實現遠程、集中控制。程序控制可實現設備的投運、停止基本操作，包括反洗、再生、自動/半自動啟動備用設備等，同時設有成組操作、分步操作和單獨操作功能，并設有必要的步序時間、狀態(tài)指示、選擇和閉鎖功能。遠程操作的同時，也可就地人工操作，特別是遠程系統出現問題時，可通過人工操作實現控制功能。加藥系統等輔助系統可在控制室進行遠方監(jiān)控，也可就地操作，配藥、膜元件化學清洗等采用就地人工操作。所有轉動設備(例如水泵、風機)都可在控制室遠程操作，同時也可就地操作。

8 結 語

目前，所設計的高溫氣冷堆除鹽水系統已經連續(xù)運行，控制方便，出水水質優(yōu)于設計值，其中SiO2質量濃度為5～10 μg/L，電導率為0.1 μS/cm(25℃)，Fe質量濃度為1 μg/L，Cu、Ni、SO42-、油質量濃度為0 μg/L，Cl-質量濃度為0.5 μg/L，Na+質量濃度為0.8 μg/L，O2質量濃度為20 μg/L，溫度(28±5)℃。

作為我國第一個高溫堆示范電站，本文對其除鹽水系統進行了探索。首先在常規(guī)電站控制標準基礎上，提出了高溫氣冷堆除鹽水系統的控制標準；再結合進水水質，對離子交換工藝(一級反滲透+陽床+陰床+混床)和全膜法工藝，進行了技術、經濟、安全等性能比較，最終選用全膜法工藝。確定工藝方案后，設計工藝流程，計算工藝出力和流量，選擇設備型號和參數，連接管路，進行遠控和就地操作相結合的控制。運行結果表明，所設計的某電站除鹽水處理系統運行效果好，水質優(yōu)于標準值，操作靈活簡便，無需酸堿，提高了安全性，避免了酸堿廢液的污染。

希望本文能為以后的工程提供一些有益的借鑒，使得高溫氣冷堆除鹽水系統不斷優(yōu)化?！?/p>