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火力发电厂采用水光学?中压紫外线装置实现锅炉补给水 非化学杀菌以及相关经济效益分析
发布日期:2018-12-04  浏览次数:38
 摘 要:以色列安特蓝德水光学™中压紫外线(HOD UV) 专利技术通过物理的方法实现电厂锅炉补给水系统的杀菌消毒,和传统化学药剂杀菌相比,是一种既环保、又节能、又可以实现自动化控制的一种先进的技术。本文通过该技术在国外一个装机容量为604MW的燃煤电厂,以及国内一个一级反渗透入口流量达到430m3/h的热电厂的应用,来分析这套系统对微生物的灭菌效果、保安过滤器滤芯及反渗透膜的保护、系统能耗的降低、以及反渗透膜产水率的提升等方面的积极效果。
关键词:水光学;紫外线;锅炉补给水;反渗透膜;污堵;非化学;杀菌消毒

一、目前现状
火力发电厂锅炉补给水系统一般采用反渗透膜进行处理,但是反渗透膜由于细菌微生物的快速滋生繁殖很容易造成污堵。微生物的污堵对整个反渗透系统的运行造成了很大的影响,如增加反渗透膜的清洗频率而减少反渗透膜的使用寿命、频繁更换保安过滤器的滤芯,降低膜通量及产水率,增加高压泵能耗等。
电厂目前主要是采用化学杀菌剂来控制生物污堵并保护膜元件,但由于微生物群种变化不定,部分微生物产生了耐药性而无法彻底杀死,造成膜的压降很快上升,保安过滤器很快污堵。另外,化学方法不环保,副产物会增加废水处理成本,因此电厂希翼减少化学药剂的使用量同时减少相关的人工操作。拥有多项专利技术的以色列安特蓝德水光学(HOD)中压紫外线装置。本文通过该技术在国内外电厂的运用为例,对中压紫外线杀菌技术和传统化学药剂在系统运行及经济效益方面进行对比。
二、技术先容及设备特点
水光学紫外技术是通过让细菌、病毒和原生动物曝光在紫外光灭菌波长下的物理灭菌方式,紫外光可破坏微生物的DNA,并使其无法进行自我修复。即使是存活的微生物,在中压紫外的照射下也会失去依附于膜表面的能力。水光学紫外技术实时监控几个关键的参数,包含透光率、流量、紫外灯强度和紫外剂量,自动维持特定的剂量。
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图1: 水光学紫外系统内紫外灯及反应腔光子被石英表面反射示意图
系统专利的全内反射技术(类似于光纤技术),可以把水光学紫外反应腔内的紫外灯能量重复利用。简单来说,就是紫外波长被有效地延长(即放大),使其获得更大机会灭活微生物。技术的核心在于高质量石英制成的灭菌腔体替代了传统的不锈钢。这种配置采用了光纤原理使其收集光子并重复利用光能。光子被石英壁重复反弹回腔体内,有效的延长了光子的路径,提高了灭活微生物的几率。

产品特点
?设备采用物理杀菌,无化学副产物,更环保。
?以色列专利技术,设备原装进口。
?专利设计的石英内衬采用全反射原理,紫外光杀菌能力是低压紫外灯的16倍之多。
?设备集成智能化模块,可根据水量和水质变化自动调节紫外灯功率,包括自动关停。
?尺寸小,安装方便,通过法兰接入管道即可。
无需人工操作,可接入DCS,免维护。
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图2: 集成智能化模块的安特蓝德中压紫外线杀菌装置
三、浙江平湖热电厂运行情况及经济效益对比分析
平湖热电厂锅炉补给水采用嘉兴塘河水作为其水源,经过机加池、机械过滤器和活性炭,通过一根母管分别进入四套保安过滤器,每套保安过滤器连接一套反渗透膜系统。四套反渗透膜最大进水流量共为430m3/h,每套最大约107.5m3/h。电厂在机加池前添加了次氯酸钠进行杀菌,并在水进入保安过滤器前添加非氧化性杀菌剂进一步防止膜系统和保安过滤器的生物污堵。
安特蓝德紫外系统于2018年提供给平湖热电厂,系统安装在保安过滤器和活性炭之间的一段不锈钢管路上,以此处理最大430m3/h、透光率为80%的水量。从2018年4月16日开始运行,通过安装前后3个月的膜运行参数对比,大家初步发现,安特蓝德中压紫外系统相比采用非氧化性杀菌剂展示了对膜更大的保护作用,并且平均每套膜系统产水率从安装前3个月的平均69%提高到了安装后的73%,增加了4%。产水量也更加稳定。另外,之前平均不到一个月就需更换的保安过滤器的滤芯更换周期变成了2个月到3个月。
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图3 安装前后3个月平均产水率和平均产水量对比
紫外线杀菌装置运行三个月期间直接经济效益对比:
?药剂:原每季度需3吨非氧化杀菌剂,现零添加。
?耗材:保安过滤器滤芯原每月更换一次,现平均2个多月更换一次。
仅以上两项,每年直接节约费用约为30万,而反渗透膜清洗次数减少和膜使用寿命延长,以及产水率增加等方面产生的经济效益此处暂未计算。
四、国外某电厂运行情况分析
在一个装机容量为604MW的燃煤电厂,高纯锅炉补给水通过一套包含有多介质过滤器、微滤、反渗透及混床树脂的水处理系统实现供给,这套水处理系统曾使用化学药剂控制生物污堵,但效果很差。于2015年12月安装一套安特蓝德企业提供RZ163-13水光学紫外系统进行全面评估。紫外系统安装在多介质过滤器后,微滤和反渗透前,用以处理300gpm (68m3/h)的水量,水透光率为74-91%。
研究的第一阶段是检验水光学紫外系统的灭菌效果。运行参数和细菌去除率的评估时间为2016年1月到2016年4月。为了准确测算并对比紫外系统和化学处理的灭菌性能,电厂停止采用杀菌剂并且保留之前的膜元件 (DOW FILMTEC™ BW30-365,安装于2011年)。采集水光学紫外系统安装前及安装后膜的进出口水样,进行微生物采样分析。
研究的第二阶段是检验采用水光学紫外系统情况下的膜性能。新的膜元件(DOW FILMTEC™ BW30FR-400/34) 安装于2016年5月。从2016年5月8月,评估运行参数,包括膜规范化分析和异养菌平板计数法菌落数追踪、膜产水率、压降、在线清洗频率和膜更换周期。
研究结果
最初的微生物测试结果显示水光学紫外系统的下游细菌几乎被完全去除(小于40CFU/ml)。采用水光学紫外系统的效果明显强于采用杀菌剂的效果。膜性能、维护及运行的结果表面水光学紫外系统相比于杀菌剂灭菌有同样的积极效果。
通过对比先前型号的膜的运行参数和现在的情况,水处理系统降低了21%的能耗,获得了18%的产水率,每单位产水降低了33%的电耗(表1)
表1
相比于采用水光学紫外消毒系统,采用杀菌剂的膜脱盐率(图4)和透盐率(图5)非常不平稳。采用水光学紫外系统的膜的脱盐率为99.4%,并且不需要在线清洗。
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图4.一级反渗透膜运行240天期间的规范化脱盐率,蓝线-仅采用水光学紫外系统杀菌的膜,橘黄色线-2011年采用杀菌剂的膜。
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图5-一级反渗透膜运行240天期间的规范化透盐率,蓝线-仅采用水光学紫外系统杀菌的膜,橘黄色线-2011年采用杀菌剂的膜
采用杀菌剂或者水光学紫外系统的反渗透膜呈现的规范化产水量(图6)和压降(图7)显著不同。采用水光学紫外技术的膜能产更多的水并且不需要在线清洗,而采用杀菌剂的膜需要定期的在线清洗(3-4次/年)。
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图6-一级反渗透膜运行240天期间的规范化产水量,蓝线-仅采用水光学紫外系统杀菌的新膜,橘黄色线-2011年采用杀菌剂的膜。
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图7-一级反渗透膜运行240天期间的压降,蓝线-仅采用水光学紫外系统杀菌的膜,橘黄色线-2011年采用杀菌剂的膜。

五、结论
拥有多项专利的以色列安特蓝德水光学(HOD)中压紫外技术,是一种非化学的微生物污堵解决方案,和传统的化学药剂杀菌方案相比,具有以下明显的优势:
?完全替代化学杀菌药剂,省去药剂购买成本。
?无化学副产物,降低废水处理成本,更加环保。
?对反渗透膜及保安过滤器滤芯的保护更有效,减少膜的清洗和滤芯的更换频率,节约耗材。
?反渗透膜压降上升缓慢,使得膜通量一直比较理想的状态,提高产水率,降低高压泵能耗。
?设备集智能化模块于一体,具备根据流量和水质自动调节紫外灯功率的自动化功能,实时监测水体需求和紫外灯实际发出的剂量。
六、未来趋势
目前电厂的锅炉补给水水源主要为地表水,地下水,中水等,根据国家相关政策,地下水的使用会逐步减少,而中水和地表水均含有大量微生物,因此锅炉补给水系统的杀菌及反渗透膜的保护变得更突出。另外,随着国家对废水排放的标准更加严格,减少废水排放中的化学副产物是更加环保的方案,同时能够为企业降低废水处理成本。
七、惊喜
山东熙能热电服务有限企业携手以色列安特蓝德企业及其国内电力行业总代理上海赛安实业有限企业一道,共同推广以色列安特蓝德水光学(HOD)中压紫外线专利技术在热电厂及电厂锅炉补给水系统的应用,和传统的化学药剂杀菌相比,可以实现更加环保,更加智能自动化,更加节能降耗的杀菌方案,同时具有非常显著的经济效益。

编辑概况:Ytzhak Rozenberg,以色列安特蓝德企业CTO(首席技术官),联合创始人,全球水光学专家,1986年毕业于以色列理工学院。
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