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技术资讯火电行业锅炉补给水处理系统介绍
一、锅炉补给水处理系统简介
锅炉，是火力发电厂的核心设备之一，其主要作用接收给水泵送过来的除盐水，利用燃料燃烧产生高温高压的过热蒸汽，过热蒸汽会在后续进入汽轮机将热能转化为机械能推动转子旋转发电。
而锅炉内的除盐水，并不全部能冷凝回收，在过程中会有一定的汽水损失，因此需要源源不断的对锅炉内进行补充，补充的水称为锅炉补给水，而补给水的产生系统，通常称为锅炉补给水处理系统。锅炉补给水处理系统核心任务是将原水（自来水、地表水、地下水或厂区中水）处理成符合锅炉运行要求的“除盐水”或“纯水”，以防止锅炉受热面结垢、腐蚀、积盐，确保热力设备安全、经济、稳定运行。
二、锅炉给水质量标准
由于给水中的各种杂质对热力系统有各种不同的危害，因此必须严格控制锅炉给水质量标准。《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量标准》(GB/T12145-2016)要求锅炉补给水在不同的锅炉过热蒸汽压力下水质符合表2.1规定。
表2.1 GB/T12145-2016中关于锅炉补给水的质量要求
| 锅炉过热蒸汽压力MPa | 二氧化硅 μg/L | 除盐水箱进水电导率（25℃） μS/cm | 除盐水箱出口电导率（25℃） μS/cm | TOCi μg/L | |
| 标准值 | 期望值 | ||||
| 5.9~12.6 | — | ≤0.20 | — | ≤0.40 | — |
| 12.7~18.3 | ≤20 | ≤0.20 | ≤0.10 | ≤400 | |
| ＞18.3 | ≤10 | ≤0.15 | ≤0.10 | ≤200 | |
三、锅炉补给水处理系统工艺流程
锅炉补给水处理系统工艺流程按照功能一般分为3个部分：预处理部分、一级除盐部分和精除盐部分。处理工艺上从传统的离子交换、混凝、澄清过滤向膜分离技术发展。
其流程的选择应考虑下列因素：水源的特点、产品水的要求、工艺设备的可靠性、运行要求和人员素质要求、适应水质改变和设备故障的能力、处理设备的备用情况、环保要求、一次性投资、运行费用和是否具有可靠的监测手段等。
目前一般火力燃煤电厂锅炉补给水处理系统实际上应用较多的工艺大致可分为以下 3 种：
- 双级反渗透工艺
其工艺流程：原水 → 多介质过滤器 → 活性炭过滤器 → 软水器 → 5μm 精密过滤器 → 一级反渗透 → 二级反渗透 → 微孔过滤器 → 用水点。
- 离子交换工艺
其工艺流程：原水 → 多介质过滤器 → 活性炭过滤器 → 软化器 → 5μm 精密过滤器 → 阳离子交换床 → 除CO2器 → 阴离子交换床 → 阴阳离子混床 → 微孔过滤器 → 用水点。
- 超滤 + 双级反渗透 + EDI 工艺
其工艺流程：原水 → 多介质过滤器 → 活性炭过滤器 → 超滤 → 一级反渗透 → 二级反渗透 → EDI 装置 → 微孔过滤器 → 用水点。
表3.1列出了不同的锅炉补给水处理系统工艺流程特点对比。
表3.1 不同的锅炉补给水处理系统工艺流程对比
| 工艺方案 | 工艺介绍 | 特点 |
| 双级反渗透工艺 | 反渗透膜作为一种半透膜，在压力作用下能有效去除水中的溶解盐、胶体、细菌和有机物。膜分离技术也是未来的发展趋势。 | 脱盐率高（可达98%以上），产水水质稳定，但对进水水质有一定要求，且单独使用无法满足锅炉补给水水质要求。 |
| 离子交换工艺 | 传统且成熟的工艺，通过离子交换树脂去除水中的阴阳离子。 | 初期投资较低，但树脂饱和后需要酸碱进行再生，会产生酸碱废液，运行维护相对复杂。 |
| 超滤 + 双级反渗透 + EDI 工艺 | EDI是一种离子交换技术与电渗析技术相结合的连续除盐设备，配合超滤+两级反渗透使用能够满足几乎所有的火力行业锅炉补给水要求。 | EDI凭借无需酸碱再生、可实现连续稳定制水、出水水质极高（电阻率可达10~17 MΩ·cm）、绿色环保、自动化程度高的优点在逐步取代混床工艺，也让全膜法成为目前新建高参数火力发电机组锅炉补给水处理的主流工艺。 |
四、锅炉补给水处理系统常见离子交换设备
在锅炉补给水处理系统中，预处理工艺较为类似，而膜分离技术处理精度一般达不到要去，所以离子交换设备凭借其深度处理的作用在系统中几乎必不可少，下面介绍几种常见的离子交换设备以及配合使用的除CO2器。
- 复床离子交换器
复床离子交换器，工业俗称“阴阳床”，就是把 RH树脂（氢型阳离子交换树脂）和 ROH 树脂（氢氧型阴离子交换树脂）分别装在两个交换器内组成的除盐系统。装有 RH 树脂的叫做阳床，装有 ROH 树脂的叫做阴床。阴阳床的外形是一个密闭的圆柱形壳体，结构如图 4.1 所示，体内设置进水、排水和再生装置，进水装置多采用喇叭口形、水帽喇叭口型等，以促使水分布均匀。
阴阳床的运行分为 4 个阶段，从除盐→反洗→再生→正洗的全过程叫做一个运行周期。
在一个运行周期内，随着除盐过程的进行，会产生一部分破碎的树脂和悬浮物，这个时候需要反洗来清理掉这些物质减少悬浮物对产水的影响；随着阴床或阳床不断运行除盐，产水电导率会不断增大，在达到规定值后说明交换剂已经失效，然后需要停止运行进行再生，再生主要通过再生液与树脂进行充分交换后恢复树脂性能；再生完成后设备内部会残留部分交换剂和再生产物，这个时候需要进行正洗以去除这部分杂质，当正洗排出的水基本符合水质标准时，即可关闭排水阀门，结束正洗，投入运行或备用。
- 混合离子交换器
混合离子交换器，在工程应用上俗称“混床”，（以下均简称此工艺为混床）在EDI普及之前应用于绝大多数火电行业的除盐水制备末端工艺，出水水质比较高，可以达到出水中SiO₂小于 20μg/L，出水电阻率小于0.2μS/cm，是一种较为成熟的精除盐技术。
混床是在同一个交换器中，将阴、阳离子交换树脂按照一定的体积比例进行填装，在均匀混合状态下，H 型阳离子交换树脂与水中的各种阳离子进行交换而放出 H⁺，OH 型阴离子交换树脂与水中的各种阴离子交换而放出 OH⁻，H⁺和 OH⁻又结合生成水（H₂O），从而除去水中的盐分。但是，由于混合了树脂，一般再生步骤较为复杂不便。
图4.2 混合离子交换器（混合离子交换器结构类似复床离子交换器）
混床的体内再生法主要步骤为：
①反洗分层：依靠阴阳树脂比重，通过反洗水流促使分层。反洗流速控制需要靠经验确定，使得整个树脂层的膨胀率大于50%。
②再生：混床中阴、阳树脂分层后，分别用碱液和酸液对阴树脂和阳树脂进行再生，过程中需要避免碱液浸润阳树脂以及酸液浸润阴树脂层。
③正洗：正洗就是用清洗水从上部进入，通过再生后的树脂层由底部排出。依次进行混合前正洗、底部进入压缩空气将两种树脂混合均匀、混合后正洗至出水合格。
混床再生需要大量的酸碱药剂并产生大量废水，且整个再生过程对于初次接触的工程人员较为复杂，近些年已逐步被具有绿色、环保、简便优点的EDI所取代。
- 除CO2器
河水和井水一般均含有碳酸盐，这种水经过RH树脂层时，水中碳酸盐转变为碳酸。除CO2器主要用于除去水中的这部分碳酸。含有重碳酸盐的水经过RH树脂处理后，它的pH值一般在4.3以下。在这种情况下水中碳酸与水和二氧化碳达到溶解平衡，当水面上的CO2压力降低或向水中鼓风时，溶于水的CO2就会从水中逸出。根据它的这个性质，可以采用真空法或鼓风法来除去水中的CO2。
- 电去离子（EDI）技术
电去离子（EDI）装置又称连续电除盐装置，在某些水处理工艺中，已开始代替传统的阴阳离子交换床进行深度除盐，是一种把电渗析和离子交换的特点巧妙结合起来的工艺，该工艺集中了离子交换和电渗析的优点，又克服了电渗析过程中的极化现象和离子交换需要化学再生的弊端。Electropure（伊乐科）EDI模块的原理和具体结构见下图：
图4.3 Electropure EDI 原理示意图
Electropure EDI的核心技术原理分为三部分：
1）离子交换吸附：
EDI淡水室中填充一定比例混合的阴阳离子交换树脂，水流经淡水室时水中的杂质离子会和树脂发生吸附交换，其中阳树脂吸附Na+、Ca2+、Mg2+等阳离子，阴树脂吸附Cl–等阴离子，从而净化水流。
2）离子迁移：
树脂吸附的离子几乎沿着树脂颗粒表面（固相）发生迁移，然后在外加电场电势差的作用下，阴阳离子透过阴阳离子交换膜进入相邻的浓水室，被浓水带出。
3）电解水再生：
阴阳离子交换树脂在吸附离子后会失效，需要再生。EDI并不需要外加酸碱，而是通过外加高压直流电压，在EDI模块内部局部区域发生电解生成H+和OH–，H+和OH–会与失效的树脂发生离子交换，从而实现树脂的再生。
图4.5 离子交换混床与Electropure EDI现场占地对比
EDI目前已经替代混床成为火电行业锅炉补给水处理典型的末端工艺，其特点对比见下表。
表4.6 混床、EDI特点对比
| 混床 | EDI |
| 阴阳树脂吸附饱和容易造成产水水质不稳定，存在再生期间不能产水的问题。 | 技术成熟，运行稳定，产水品质高 |
| 占地面积大，土建及设备投资费用高 | 系统集成化程度高，占地面积小 |
| 设备安全隐患多，运维有一定难度，且酸碱均属于危化品 | 运维简单便、节能 |
| 酸碱再生消耗大，产生废液，不环保。 | 技术先进、环保节能、市场应用业绩多 |
五、总结
在能源绿色低碳转型的大背景下，火电行业正通过清洁化、智能化改造，从单一的电力生产者向综合能源服务商转型。它不仅是当前保障国家能源安全和经济平稳运行的基石，也是未来新型电力系统中不可或缺的调节核心。
而EDI作为一种逐步替代传统混床的新型工艺，它不仅消除了酸碱废液污染，降低了运行成本，还实现了全自动连续制水，是现代火电厂锅炉安全、环保运行的关键保障