化学热电工程工艺设计流程.docx

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化学热电工程工艺设计流程

一．引言

亿利化学热电厂工程，是由鄂尔多斯亿利化学热电厂承建，电厂规模为2×50MW热电厂。

热电厂位于内蒙古自治区鄂尔多斯市达拉特旗（树林召镇）的亿利化学工业园区的东南角。

厂址区域内地势较为平坦开阔、厂址标高在1018–1026m之间（黄海高程）。

厂址地形西南高、东北低，向东北方向倾斜。

亿利化学热电厂2×50MW工程为2×50MW高温高压凝汽机组,配置3×220t/h煤粉锅炉。

锅炉额定蒸汽压力:

9.8MPa，额定蒸汽温度:

540℃，发电机冷却方式为水冷却。

设计化工供汽量为120t/h（平均值），最大供气量220t/h。

亿利化学热电厂水处理水源采用经化工动力分厂预处理的黄河地表水。

原水处理后由工业升压泵为水处理供水。

水处理车间在整个循环产业链中起到重要作用。

项目要求如下：

1.满足热电厂除盐水补给及化工供汽量

2.系统制水量270t/h

3.除盐水SiO2≤20ug/LDD≤0.2us/cm

4.采用目前国内较为先进的设备及系统控制

二．系统工艺流程的分析及确定

2.1工程概况

2.1.1气象及环境条件

（1）气象条件

序号

项目

数值

1

历年最高气温

40.2度

2

历年最低气温

-34.5度

3

历年最热月气温

24.4度

4

历年最高气压

926.2百帕

5

历年最低气压

880.0百帕

6

历年平均气压

901.7百帕

7

历年年平均降水量

297.5毫米

8

历年月最大降水量

196.5毫米

9

历年一日最大降水量

86.8毫米

10

历年一次最大降水量

123.1毫米

11

历年年平均雷暴日数

32.4天

12

历年月最多雷暴日数

46天

13

历年最大雪冻土深度

176厘米

14

历年最大雪压

1.4克/平方厘米

15

30年一遇，10分钟平均风速22.7m/s

16

30年一遇最低气温及相应风速–34.5m/sC/0

17

50年一遇最大风速及相应最低气温22.7m/s12.4

18

风向：

E（12％），W（12％）

（2）地震烈度:

8度、0.3g。

（3）设备布置在独立的锅炉补给水处理区内。

（4）建筑场地属Ⅲ类。

（5）地下水类型，地下水位埋深约14.34～15.69m。

（6）厂区海拔自然高度（黄海高程基准）约：

1024.5m左右。

2.1.2水源及水质

本工程锅炉补给水处理水源采用经过化工系统预处理后的黄河地表水，水质详见表1-1。

表1-1黄河水水质全分析报告

取样名称

黄河水

报告编号

取样地点

水场

报告日期

2005.3.15

取样日期

2005.3.9

分析日期

2005.3.9—2005.3.15

气温

水温

物理分析

色度

土黄色

沉淀

有

味

无味

嗅

无嗅

透明度

混浊度

混浊

化学分析

项目

单位

项目

单位

全固形物

648

毫克/升

碱

度

P

0

毫摩尔/升

溶解固形物

604

毫克/升

M

3.3

毫摩尔/升

悬浮物

44

毫克/升

硬

度

全硬

5.24

毫摩尔/升

灼烧减量

228

毫克/升

暂硬

3.3

毫摩尔/升

全硅

42

毫克/升

永硬

1.94

毫摩尔/升

铁铝氧化物

14

毫克/升

二氧

化碳

游离的

毫克/升

钙离子

59.32

毫克/升

化合的

毫克/升

镁离子

27.74

毫克/升

侵蚀的

毫克/升

氯根

102

毫克/升

钠离子

89.07

毫克/升

硫酸根

145.9

毫克/升

pH

7.87

氢氧根

0

毫克/升

电导率

957

微欧姆/厘米

碳酸根

0

毫克/升

化学耗氧量

4.00

毫克氧/升

重碳酸根

201.35

毫克/升

腐殖酸盐

0.3

毫摩尔/升

硝酸根

17.6

毫克/升

氨含量

0

毫克/升

磷酸根

0

毫克/升

铁含量

0.12

毫克/升

亚硝酸根

0.19

毫克/升

铜含量

0.09

毫克/升

活性炭

6

毫克/升

2.2工艺系统流程的确定

目前国内热电厂水处理较为先进、运行稳定、投资少的工艺大体有如下几种：

1.多介质过滤器+活性炭过滤器+5um过滤器+RO+除碳器+阳床+阴床+混床

2.多介质过滤器+活性炭过滤器+5um过滤器+RO+混床

3.机械过滤器+UF+5um过滤器+RO+混床+EDI

4.机械过滤器+UF+5um过滤器+RO+二级混床

根据内蒙古亿利化学工业有限公司提供的经过化工系统预处理后的黄河地表水水质资料特点设计。

综合考虑上述四种工艺的利弊，最终选择采用目前先进的超滤、反渗透、混床联合水处理工艺，即第四种工艺流程。

同时设立酸碱储配、再生装置，膜元件清洗装置等辅助设备，满足整套锅炉补给水处理设备的维护要求。

本项目采用经化工系统预处理后的黄河水作为电厂的供水水源，经预处理后悬浮物≤20mg/l，拟采用的水处理工艺基本流程如下：

补给水处理流程：

生水→工业水生压泵→生水加热器→生水箱→生水泵→自清洗过滤器→超滤装置→清水箱→清水泵→RO装置→中间水箱→中间水泵→一级混床→二级混床→除盐水箱→除盐水泵→用水点。

表1-2各级设备容量的基本配置参见下表：

系统名称

系统容量（m3/h）

单套装置出力（m3/h）

装置数量（台）

自清洗过滤器

400

200

2

超滤装置

380

95

4

反渗透装置

280

70

4

一级混床

270

135

3

二级混床

270

135

3

2.2.1设计温度

生水经换热器加热后，按温度：

20±5℃设计

2.2.2系统出水质量标准

二氧化硅（SiO2）

＜20µg/L

电导率（25℃）

≤0.2μs/cm

硬度

≈0

2.2.3系统设备布置

根据所需系统、设备的实际情况提出设备布置方案，供甲方选择。

设备布置应统一考虑，并便于管道的连接。

三、设计、制造应遵守的规范和标准

3.1设计制造标准

国外供货设备的制造工艺和材料应符合美国机械工程师协会（ASME）和美国材料试验学会（ATM）所涉及的标准或具有相同的机械性能。

国产设备制造和材料应符合下列最新版本的要求：

●材料标准

GB/T700-1988《普通碳素结构钢技术条件》

GB/T3077-1999《合金结构钢技术条件》

GB/T1220-1992《不锈耐酸钢技术条件》

GB5575-85《化工设备衬里用未硫化胶板》

CD130A15－85《橡胶衬里设备设计技术规定》

GB4454-84《硬聚氯乙烯板材》

GB981～984-85《焊条》

GB1300-77《焊接用钢丝》

●管道标准

GB2270-80《不锈钢无缝钢管的机械性能》

GB/T3090-1982《不锈钢小直径钢管》

YB231-70《无缝钢管的分类及机械性能》

GB1047-70《管子和管路各附件的公称通径》

GB1048-70《管子和管路附件的公称压力和试验压力》

GB4419-84《化工用硬聚氯乙烯管材》

GB/T2102-88《钢管验收、包装、标志及质量证明书的一般规定》

HG21501-92《衬胶钢管和管件》

HG20538-92《衬塑（PP、PE、PVC）钢管和管件》

●制造标准：

GB150-1998《钢制压力容器》

JB/T2932－1999《水处理设备技术条件》

HGJ320-91《橡胶衬里化工设备》

CD130A15－85《橡胶衬里设备设计技术规定》

CD130A16－85《橡胶衬里设备技术条件》

JB2880-81《钢制焊接常压容器技术条件》

JB/T4709－92《钢制压力容器焊接规程》

DL/T5054-1996《火力发电厂汽水管道设计技术规定》

GB1800-79《公差与配合总论，标准公差与基本公差》

GB1801-79《公差与配合，尺寸至500毫米，轴公差带与配合合》

GB1803-79《公差与配合，未注公差尺寸的极限偏差》

GB2555-81《一般用途法兰连接尺寸》

GB2556-81《一般用途密封面型式和尺寸》

JB/ZQ4000·3－86《焊接件通用技术要求》

JB928－67《焊缝射线探伤标准》

●质量检验标准

DL/T5190.4-2004《电力建设施工及验收技术规范第4部分：

电厂化学》

DL543-94《电厂用水处理设备质量验收标准》

SDZ037-87《电厂水处理设备制造质量分等标准》

ZBJ98004-87《水处理设备原材料入厂检验》

GB3177-82《光滑工件尺寸的检验》

GB1958-80《形状和位置公差检测规定》

GB2649-89《焊接接头机械性能试验取样方法》

GB2650-89《焊接接头冲击试验法》

GB2651-89《焊接接头拉伸试验法》

JB928-67《焊缝射线探伤标准》

●油漆、包装、运输标准

ZBJ98003-87《水处理设备油漆、包装技术条件》

JB2536-80《压力容器油漆、包装技术条件》

GB/T3181-1995《漆膜颜色标准样本》

GB/T191-1990《包装储运图示标志》

●泵及风机标准

GB/T3216－89《离心泵、混流泵、轴流泵和旋涡泵试验方法》

GB/T13006《离心泵、混流泵、轴流泵汽蚀余量》

GB/T13007《离心泵效率》

GB1307·7-88《滚动轴承一般技术条件》

GB/T10889－89《泵的振动测量与评价方法》

GB/T10890－89《泵的噪声测量与评价方法》

JB/T8941-1999《罗茨风机设计、制造标准》

GB/T2888—1991《风机和罗茨风机噪声测量方法》

GB/T7782-1996《计量泵》

●电气设备标准

电气设备应满足GB7251-87《低压成套开关设备》国家标准，控制箱的防护等级应按GB4942.2-85《低压电器外壳防护等级》的规定标明,控制箱的防护等级不低于主设备的防护等级。

GB755-2000《旋转电机额定和性能》

DL/T5153-2002《火力发电厂厂用电设计技术规定》

DL/T5136-2001《火力发电厂、变电所二次接线设计技术规程》

DL/T5137-2001《电测量及电能计量装置设计技术规程》

3.2对外接口法兰设计原则

●87GB《火力发电厂汽水管道零件及部件典型设计手册》

●接口法兰应与阀门法兰配套

3.3监测仪表、就地控制装置的设计原则

3.3.1工艺系统中在巡检人员需监视的地方，应设有就地指示仪表。

3.3.2就地仪表、装置与PLC的接口信号应为两线制传输。

信号型式：

模拟量为4～20mADC或热电偶（阻）信号；开关量信号为无源接点，其接点容量为220VAC3A/110VDC1A。

3.3.3对某些参数，不同点的测量值存在差异时，应采取多点测量方式。

3.3.4仪表的设置位置和数量应满足采用水处理控制系统对于锅炉补给水系统进行远方监视、运行调整、事故处理和经济核算的要求。

3.3.5在工艺过程上需设有报警、保护及联锁的开关量信号时应采用进口开关。

3.3.6所有变送器能对应零到满量程的测量范围，输出4～20mADC信号。

3.3.7所有就地装置应设置必要的就地操作手段。

所有电磁阀均可在电磁阀箱上操作，以便于设备单体调试和控制系统故障时对设备和系统进行就地操作。

3.3.8所有就地安装的仪表设备应满足防腐和化学工艺特性要求，并防止对工质产生污染。

3.3.9电磁阀电源为220VAC；断电、断气保护；行程开关的接点容量为220VAC3A。

3.4流量测量装置：

采用美国Signet或同等品质的转子流量计。

3.5性能保证值

3.5.1超滤系统性能保证值

●产水量：

90m3/h（套）（20℃、运行三年后）

●SDI指数：

≤3

●过滤周期：

≥30分钟

●水的回收率：

≥90%

●化学清洗周期：

≥90天

应注意和考虑到防止膜表面上发生的污堵及结垢，设置合适的反洗和清洗设施。

3.5.2反渗透系统性能保证值

●RO系统脱盐率：

≥98%（投运初）

≥98%（运行第一年）

≥96%（运行三年后）

●RO系统产水量：

≥70m3/h（4套）（20℃）

●RO系统水的回收率：

≥75%（运行三年后）

应注意和考虑由于水的过度浓缩而可能引起的在膜表面上发生的CaCO3、CaSO4、BaSO4、SrSO4、CaF2和SiO2等盐类的结垢现象。

3.5.3噪声：

在所有条件下，设备的噪声水平应遵守下列保证值：

距设备外壳1m处的躁声值不大于70dB（A）

四、工艺设备介绍

内蒙古亿利化学工业有限公司2×50MW供热机组工程锅炉补给水处理设备，采用PLC与上位机联合控制方式，PLC控制设备采用西门子公司生产的S7-300系列PLC作为主控制器，PLC配两个远程站构成一套完整的控制系统。

上位机采用WinccV6.0控制系统。

4.1.系统控制方式

本控制系统的控制方式分为全自动、半自动、上位机软手动、就地手动四种方式，采用就地手动控制方式时，需将就地操作箱上的“集中/就地”选择旋钮旋至“就地”位置，采用全自动、半自动、上位机软手动时，需将就地操作箱上的旋钮旋至“集中”位。

全自动：

系统根据水箱液位实现自动运行与停止，达到无人值守。

半自动：

半自动方式是程序控制方式最为灵活，包含内容最多的一种方式，在半自动方式下，操作人员通过参与控制，实现系统设备的启动、停运。

上位机软手动：

软手动方式是在上位机上，对单体设备，如泵、阀等通过软键进行启停、开关操作，便于系统的调试和维护。

就地手动：

初期调试时，对泵、阀进行启停、开关操作，便于系统的调试。

.阀门、转机状态说明

阀门开——绿色阀门关——红色

泵运行——绿色泵停止——红色泵故障——黄色

4.2.设备规范

4.2.1预处理——自清洗过滤器

4.2.1.1过滤器工作原理：

水由入口⑴进入，首先经过粗滤网⑵滤掉较大颗粒的杂质，然后到达细滤网⑶。

在过滤过程中，细滤网逐渐累积水中的脏物、杂质，形成过滤杂质层，由于杂质层堆积在细滤网的内侧，因此在细滤网的内、外两侧就形成了一个压差。

当这个压差（△P）达到预设值时，将开始自动清洗过程，此间不断流：

排污阀⑷打开，由液压活塞⑸释放压力并将水排出；液压马达室⑹及吸污管⑺内的压力大幅度下降，由此通过吸嘴⑻及液压马达室外端产生一个吸污过程。

当水流经液压马达⑼时，带动吸污管进行轴向运动并旋转，逐渐将污水排出。

轴向运动与旋转运动的结合可将整个滤网内表面完全清洗干净。

整个冲洗过程只需10秒钟。

排污阀⑷在冲洗结束时关闭，增加的水压会使液压活塞回到其初始位置，过滤器开始准备下一个冲洗周期。

过滤后的净水由出口⑽流出。

1.入水口

8.吸嘴

2.粗滤网

9.液压马达

3.细滤网

10.出水口

4.排污阀

11.压差指示仪

5.液压活塞

12.电子控制单元

6.液压马达室

13.电磁阀

7.吸污管

预处理设备由两台自清洗过滤器、四套超滤装置、加药装置等组成。

每台自清洗过滤器设计出力为300m3/h。

采用母管式连接，正常运行时整个予处理设备跟随系列同时运行，运行方式分为自动和半自动两种。

超滤设备由四台组成，每台设计出力为95m3/h。

采用母管式连接，正常运行时整个自清洗过滤器跟随同时运行，运行方式分为自动和半自动两种。

水流程：

生水箱→生水泵→自清洗过滤器→超滤设备→清水箱

三台生水泵运行方式分为自动和手动两种方式，正常情况下无论手动和自动#1、#2、#3泵的电源开关都应在“自动”位置。

自动情况下：

1#、2#为生水泵，3#为备用泵，手动情况下：

在上位机选手动时可以根据情况任意启停。

4.2.1.2预处理设备运行期间的检查

（1）上位机流量、压力、浊度、温度等在规定范围，阀门状态指示正常；

（2）自清洗过滤器总出口压力不超过0.4MPa，否则检查自清洗过滤器运行是否正常，生水泵出力在规定范围；调节自清洗过滤器上自清洗周期、时间等参数。

（3）定期检查予处理各阀门开关状态符合运行要求。

4.2.2超滤（UF）

4.2.2.1超滤膜元件的选型

根据本工程水的水质特点，并结合工业自来水（黄河水）的特点来选择透水量大、化学稳定性好、抗污染性能好及机械强度好的膜。

超滤装置的设置为4个系列单元，108支HYDRAcap60″膜组成。

每列都能单独运行，也可同时运行。

超滤装置给水及浓水进出水总管上设有接口，以便清洗时与清洗液进出管相连。

超滤滤元组件安装在组合架上，组合架上配备全部管道及接头，还包括所有的支架、紧固件、夹具及其它附件。

管道、法兰、阀门均采用不锈钢材质或防腐型阀门。

管材适应超滤装置清洗介质的要求。

每个超滤膜组件产品水管和进、排水管设取样点和必须的监测仪表，数量及位置能有效地监督、诊断并确定系统的缺陷。

取样点集中设置，便于取样。

框架上配备全部管道及接头，还包括所有的支架、紧固件、夹具等附件，且框架的设计需满足当地的地震烈度。

超滤滤元孔径能满足除胶体硅的要求。

运行方式：

超滤系统的运行及反洗分别要求满足就地/远方（或仅远方控制）控制。

4.2.2.2超滤装置化学清洗系统

超滤装置设有化学清洗接口及阀门，以便清洗时与清洗液进出管相连。

清洗系统包括清洗药箱（含电加热设备）、清洗泵、清洗过滤器、阀门、管道及就地流量及压力表等。

超滤装置反洗系统

●反洗系统取水来自清水箱。

●反洗系统的控制采用远方（程序）（或仅远方控制）控制。

●化学增强反冲加药系统

化学药品的实际加药量和化学加药反冲洗周期通过调试最终确定。

反洗水泵满足超滤装置反洗的要求。

反洗水泵进出口配手动衬胶蝶阀，出口还应装逆止阀。

水泵的出口配供就地压力表。

超滤系统管道

所有管道（包括进水管）采用衬塑管或不锈钢管，压缩空气管道材质为不锈钢。

膜组件给水系统考虑均匀性。

每套超滤进水管设置流量计、温度计、压力表及压力变送器，产品水管设置压力表、压力变送器及浊度表。

；且能根据进口压力、运行压差、出力等指标实现报警、停运联锁保护功能。

HYDRAcap组件的过滤方向为由内向外，即进水流入中空丝内部，然后透过管壁流出，因此，颗粒物在中空丝管壁内部积累，通过定期进行反冲洗来除出颗粒物。

反洗并不能达到100%恢复效果，因此运行一段时间后，为保持产水量操作压力会升高。

具体说，干净膜的温度修正透膜压差（TCTMP=（给水压力+浓水压力）/2-淡水压力）为3～6psi（具体数与过滤流速有关）。

当温度修正透膜压差升至20psi时，组件就必须被清洗。

清洗用PH为2的柠檬酸溶液和PH为12的NaOH/NaClO溶液循环通过中空丝的内侧。

所有的HYDRABLOC单元都按照时间顺序进行制水与反洗。

每天应进行压力测试以检查膜丝完整性。

4.2.3预脱盐——反渗透装置

完整反渗透系统，包括保安过滤器、高压泵、反渗透膜组件、配套仪表、阀门、管系和本体组架以及加药、清洗设备等。

反渗透系统采用就地/远方（或仅远方控制）控制运行方式。

系统的清水箱、中间水箱的水位及系统制水量等监测仪表的配置满足远方控制启动、停运或系统切换的要求。

4.2.3.1保安过滤器

●保安过滤器的结构满足快速更换滤元的要求。

●进入保安过滤器的水管上设排放阀。

●保安过滤器的滤元过滤精度应为5μm。

●保安过滤器的结构材质为不锈钢。

●保安过滤器滤元表面运行滤速应不大于10m3/m2h（以滤芯表面积计）。

●保安过滤器的滤元选用聚丙烯材质（进口滤元）。

4.2.3.2高压泵

●高压泵采用格兰富的CR型立式多级水泵，管道及附件的材料均采用不锈钢。

●高压泵出口装设慢开门装置（控制阀门开启速度）和压力开关，以防膜组件受高压水的冲击及延时压力高时报警及停泵。

●对膜组件受高压水的冲击及延时压力高报警及停泵信号，装设压力开关。

●密封方式考虑耐腐蚀，机械密封。

●高压泵进口装压力开关，压力低时报警及停泵。

出口装高压开关，压力高时报警及停泵。

4.2.3.3反渗透（RO）装置

RO装置的设置为4个系列单元，每列都能单独运行，也可同时运行。

●反渗透膜元件的选型根据水质特点来选择透水量大、脱盐率高、化学稳定性好及机械强度好的膜，膜元件选用抗污染复合膜。

●RO膜元件的设计水通量按照膜元件制造厂商《导则》中规定的水通量低值选取。

并选择合理的排列组合，保证膜元件正常运行和合理的清洗周期。

●每套反渗透装置都能单独运行，也可同时运行。

●化学清洗液的选择根据给水水质和所选用反渗透膜组件的特性确定。

●RO装置给水总管及各段浓水管、产水进出水管上设有足够的接口及阀门，以便清洗时与清洗液进出管相连。

●RO装置产品水管上装设防爆膜。

●RO浓水排水装流量控制阀（稳流阀），以控制水的回收率。

●RO装置设有程序启停装置，停用后能延时自动冲洗。

●RO装置的设计避免膜元件承受反压。

●RO装置进水管和产品水管设取样点。

●RO膜组件安装在组合架上，组合架上配备全部管道及接头，还包括所有的支架、紧固件、夹具及其它附件。

管道、法兰、阀门均采用316不锈钢材质，或部分采用耐压等级相当的软管。

●RO组合架的设计满足其厂址的抗震烈度要求和组件的膨胀要求。

清洗系统：

●清洗设备包括清洗箱、清洗泵、保安过滤器、清洗箱电加热器以及管道、阀门、仪表等，所有设备组装在一个底盘上，构成一个单元。

●清洗系统的材质和防腐涂层能适用于所用的清洗液。

●清洗箱配带电加热器。

冲洗系统：

●冲洗系统包括冲洗泵、阀门、管道等。

●要求高压泵停泵时，联动冲洗泵。

●冲洗系统的控制采用程序自动运行及就地操作方式。

反渗透系统管道：

●整个系统的管道设计避免死角，以防细菌的生长，并设有冲洗系统。

●高压管道采用耐相应介质腐蚀的不锈钢。

4.2.3.4反渗透系统仪表

系统配置的监控仪表数量满足本系统安全、稳定、可靠运行的需要。

反渗透进水母管设置在线氧化还原电位计、PH、温度计（PT100）、电导率；每套反渗透产水管设在线流量计、电导率，浓水排水管设线流量计；且能根据出口电导率、运行压差、出力等指标实现报警、联锁保护及远程控制功能。

●流量测量点：

每台反渗透产水、浓水排水装设就地流量仪（指示与积算）；清洗水（在保安过滤器后）装设就地流量指示。

●压力测量取样点：

RO各段进口及浓水出口装设就地压力指示表及压力变送器；反渗透高压泵进出口设压力开关。

●液位测量取样点：

各药液箱设磁翻版液位计（带4－20mAA远传信号）,并实现相应联锁启、停泵的功能。

温度测量取样点：

清洗箱设双金属温度计。

●RO给水母管装设导电度测量、pH测量及氧化