自反洗过滤器在低温多效海水淡化中的应用


孙小军1,聂　鑫2,桑俊珍1


(1.河北省电力研究院,河北石家庄050021;2神华河北国华沧东发电有限责任公司,河北沧州061110)


摘　要：结合自反洗过滤器在国产万吨级低温多效海水淡化设备中的应用,分析了自反洗过滤器设备的结构特点。该过滤器的设计较为特殊,可通过自控程序控制,实现自动不停车反洗与过滤。自投运以来,设备运转正常,在后续海水淡化设备的运行中,未发生过堵塞喷嘴以及换热管被冲刷腐蚀现象,保障了海水淡化设备的连续、稳定运行。




1　概　述


自从1975年以色列IDE公司将低温多效海水淡化技术商业化以来[1],该海水淡化工艺便以其预处理简单、腐蚀与结垢风险小、可高效利用低位热源以及经济性好等特点[2,3,4]得到了越来越多的应用。由于该工艺运行温度低,且可采用廉价的壳材和管材,因此在实现大型化方面具有很大的发展空间[5]。在很多国家已建成运行的海水淡化项目中,均已证实了低温多效海水淡化系统的可靠性,这种海水淡化系统的运行结果表明,与热力发电厂相结合实现“水电联产”是可行的[6]。


河北国华黄骅发电厂在一期工程中,成功引进两套外国公司的10000t/d低温多效海水淡化装置,在二期工程中,新建了一套12500t/d国产化低温多效海水淡化装置,于2009年3月初投入商业运行。为了防止海水中的粗颗粒杂质,堵塞海水淡化蒸发器内的喷嘴以及对顶排换热管造成冲刷腐蚀,国产化的海水淡化装置,在海水进口处设置了过滤精度为500μm的自反洗过滤器。


2　设备简介


考虑到海水中泥沙等颗粒物,可能会在海水淡化设备的换热管束中沉积产生污垢,且颗粒物还会吸附在海水中添加的阻垢药剂,降低阻垢效果[7],因此,一期海水淡化采用接触絮凝、斜管沉淀为基本原理的复杂预处理系统,以保证预处理后的海水中悬浮物(SS)少于300mg/L。但运行中发现,一期工程冬季水温低时,容易出现铁盐混凝剂在预处理系统内反应慢、矾花细小等现象,导致后续的板式换热器和凝汽器出现铁红色污泥软垢,并严重影响海水淡化设备制水效率的现象[7],因而二期工程预处理设计时,取消了混凝、澄清工艺,仅采用中间海水池进行自然沉淀和采用进口过滤器进行粗滤。二期海水淡化投产后,经1年的运行实践表明,装置的性能未发生显著变化,而投产1年后的设备内部检查,也显示换热管束仍保持较清洁状态。二期国产化万吨级海水淡化装置及其预处理系统的主要流程如图1。






从这种海水淡化的工艺流程可以看出,国产化低温多效海水淡化如此简单的预处理工艺,是反渗透法等其它海水淡化工艺所无法比拟的。自反洗过滤器的设计参数见表1。






对于二期万吨级国产化海水淡化装置,海水提升泵的出口压力约为0.33MPa,经稳压阀等节流后,到达过滤器入口时压力约为0.26MPa,因此过滤器0.6MPa的最高工作压力可满足使用要求。海水淡化装置的设计水温及水量需求见表2。由表2可见,无论在淡化装置额定工况下的冷却海水温度(25℃),还是在夏季设计最高温度(30℃)或冬季设计最低温度(-1.5℃),该过滤器3000t/h的海水供水能力可满足以上各工况的冷却海水需求量。因此,过滤器的工作压力及出力均满足低温多效海水淡化装置的要求。






3　过滤及反洗


如图2所示,该自反洗过滤器由筒体、进水水室、出水水室、隔板、旋转式反洗水管及其驱动电机、反洗排水阀以及11个相同过滤单元被分布在一个同心圆上的过滤器所组成。反洗水管的末端是一个直径略大于滤元直径的集水罩,集水罩紧贴进水水室和出水水室之间的隔板。滤元的进水端在隔板上的分布情况见图3。该过滤器的筒体由玻璃钢制成,11个滤元的材质为特种塑料,旋转反洗水管为耐海水侵蚀的不锈钢材质。






装置运行时,来自海水提升泵的海水,由过滤器的侧面进入过滤器进水水室,经过过滤单元过滤后进入出水水室(见图2),其出水直接供至海水淡化装置作为冷却用水及物料水。过滤器初次投运以及反洗后重新投入运行时,反洗水管上的集水罩有可能完全覆盖其中的1个滤元,也有可能覆盖住相邻2个滤元的各一部分。当集水罩完全覆盖其中的1个滤元时,过滤器的其余10个滤元处于过滤状态;但更多的时候集水罩覆盖某2个相邻滤元的一部分,此时11个滤元均参与过滤,只是被部分覆盖的2个滤元过滤的水量低于其余9个滤元。11个过滤单元均为内压式,海水中粒径大于0.5mm的泥沙、有机物及其它悬浮物通过机械筛分作用,被截留于过滤单元的内表面。通常,该过滤器运行时水头损失很小,当过滤器进口流量达到1700t/h时,其最初的过滤阻力仅6kPa。






随着过滤的进行,过滤器进出口的压差逐渐升高,当压差达到某设定值(达到初始投运压差的2倍)时,过滤器即转入反洗状态。反洗时,反洗排水阀打开,同时,以11个过滤单元中心组成的同心圆圆心为旋转轴的反洗水管在驱动电机的驱动下旋转,反洗水管上的集水罩依次旋转至各个过滤单元的海水进口,此时相应的滤元即由运行状态转入反洗状态,这是由于反洗排水管为对空排水,因此集水罩正对着的滤元内侧压力接近于常压,外侧压力(即为过滤器出水压力)高于内侧压力,于是其它10个过滤单元的出水便充当该过滤单元的反洗水。反洗水管按照一定的顺序缓慢旋转,便实现了所有滤元的依次反洗。反洗过程中,各滤元内表面截留的悬浮物随着反洗水排入排水槽。通常反洗在5min内完成,反洗后的压差可恢复到6kPa。


4　工艺特点


从自反洗过滤器的结构特征,采用的材质及其过滤和反洗工艺可以发现其具有以下显著的特点:


(1)由过滤器的工作状态及反洗过程可知,该过滤器反洗过程中,任一时刻仅有1只滤元处于反洗状态,其它10只滤元仍处于过滤状态,因此,基于这一特点,当采用该型过滤器时,无需设置备用设备,通常仅需1台过滤器即可满足运行需要。


(2)由于11个滤元依次反洗,使得所需的反洗水流量远远低于过滤器的进出水流量,通常反洗水量仅相当于过滤器进出水量的1/10~1/5,因此,只要使过滤器的最高通流流量对后续设备保持一定的富裕量,即可实现过滤器的连续运行和不停车反洗。


(3)反洗时无需专用的大型反洗水泵和反洗水池等配套设计,仅使用能耗极低的驱动电机驱动反洗水管旋转即可,显著地降低了设备的复杂性和造价,使得设备具有巧妙而紧凑的设计,减小了所需的设备安装空间。


(4)过滤器的过滤阻力极低,特别适用于过滤流量大、压力低的场合。


(5)过滤器设备采用了玻璃钢外壳和由特种塑料制成的滤元,仅旋转反洗水管为耐蚀不锈钢材质。该设计在防止海水侵蚀、保证设备良好运转的前提下,大量采用廉价的材料,有效节约了设备成本。


5　运行效果


自2008年12月该过滤器投运以来,设备运转正常,通过自控程序可实现自动反洗与过滤,后续海水淡化设备未发生过堵塞喷嘴以及换热管冲刷腐蚀现象,保障了海水淡化设备的连续、稳定运行。


6　结束语


自反洗过滤器在国产万吨级低温多效海水淡化中的应用实践表明,该过滤器以其精巧的设计、良好的耐腐蚀性能、极低的过滤阻力,特别是可连续运行和不停车反洗的特点,满足了后续海水淡化设备对大流量、低压力过滤的需求,保障了海水淡化设备安全、稳定的运行。