凝结水精处理系统的选择
韩隶传 李志刚
西安热工研究院有限公司 (西安710032）
[摘 要] 本文介绍了作者对凝结水精处理系统各种处理方式的机理、除盐效果、运行周期和使用条件以及应用情况的研究结果。提出了凝结水精处理方式选择的建议。
[关键词] 凝结水精处理、氢型混床、前置氢+加混床、阳－阴－阳单床串联系统、阳－阴单床串联系统、粉末树脂覆盖过滤器
Abstract: This paper introduces research results onmechanism, demineralizing effect, operating cycle and
operating conditions as well as application of condensate polishing system. the paper gives suggestion of selection
of condensate treatmentmode.
1 前言
燃煤电厂高参数、大容量机组和核电站机组都对给水水质提出了越来越高的要求，这就迫使凝结水处理的设备和运行不断改进和完善，以满足水质和机组的要求。目前，在火力发电厂中，常用的凝结水处理方式有“裸混床”、前置氢离子交换器－混床、阳－阴－阳单床串联系统、阳－阴单床串联系统和粉末树脂覆盖过滤器等。这些系统都使用了离子交换树脂，运行中都有离子交换反应是它们的共性，但是，由于工艺的不同，又分别具有不同的特点。
必须对各种凝结水精处理系统的机理和使用条件进行深入的研究，以便根据水质和机组的要求正确选用凝结水处理方式。
2 凝结水精处理系统的研究
本文将对每种处理方式的特点、机理、除盐效果、运行周期和使用条件等分别进行研讨。
2.1“裸混床”
“裸混床”就是凝结水精处理中，不设置前置处理设备（包括前置氢离子交换器、管式过滤器、电磁除铁过滤器等），凝结水直接进入混床的处理方式。树脂再生前采用空气擦洗的方法除去树脂上吸附的铁氧化物和其它腐蚀产物。
自1954 年，R. Kunin 与F. X.mcGarvey 申请了混床技术的专利以来，至今已经过了半个世纪，混床的应用也从一级除盐的后处理，发展成为凝结水精处理和膜处理的补充。在世界上被普遍采用，对制取超纯水起到了重要的作用。
2.1.1 氢型混床的机理
混床离子交换的机理是建筑在阳、阴树脂均匀混合以及介质为中性条件下进行离子交换的，其反应是同时进行的[1]。其反应为：
NaCl ＋ ROH ＋ RH —→ RNa ＋ RCl ＋H2O ⑴
从上式可以看出，混床出水能够达到很高的纯度，这是因为上述反应不产生逆反应，也不存在反向离子，因此，在同样的树脂再生度条件下，能够获得纯度更高的出水。反之，如果不能同时存在RH 和ROH，则会产生反向离子，使介质偏离中性，影响反应进行，最终以水中离子与该离子型态的树脂达到平衡而停止反应。
在电厂的凝结水和给水系统中，为了防止热力设备及系统的腐蚀，必须加氨提高凝结水的pH 值，因此造成混床进水中的铵离子含量高于OH―以外的杂质阴离子，这就造成阳树脂（氢型）先于阴树脂失效。失去了氢型阳树脂相伴的氢氧型阴树脂，与水中的阴离子（HCO3－、Cl―和OH―）达到平衡，并排代SiO2 进入水中，其数量关系符合质量作用定律。
为了便于研讨氢型混床内树脂层的离子交换状态，根据现场混床阴阳树脂分布的实际状况，将树脂层自上而下地分为三段：
⑴树脂层的上段
此段树脂层内的阳树脂已经从氢型转为铵型，大部分阴树脂仍然保持氢氧型。由于阳树脂型态的改变，水的pH 值也与进水相同。
水中的Na＋和NH4＋，与树脂相中的RNa 和RNH4 达到平衡，其反应如下[2]：
Na＋ ＋ RNH4 RNa ＋ NH4＋ ⑵
并保持下列数量关系：
KNaNH4＝(RNa/RNH4)·(NH4+/Na+)
根据上式，当凝结水pH 值为9.0 时，要达到出水Na＋含量为1 μg/L，RNa 的含量不得高于0.32%。
水中的OH―和Cl―（代表杂质阴离子）与树脂相中的ROH 和RCl，处于反应平衡状态：
Cl― ＋ ROH RCl ＋ OH― ⑶
其数量关系符合下式：
KClOH＝(RCl/ROH)·(OH-/Cl-)
根据上式，当凝结水的pH 值为9.0 时，要达到出水Cl―含量为1 μg/L，RCl 的含量不得大于3.01%。
此时，上段树脂层出水中的Na＋和Cl―的含量取决于阳、阴树脂的离子型态。当树脂的再生度达到上述要求时，出水中的离子含量等于混床进水。如果树脂的再生度低于上述要求，则树脂相中的Na＋和Cl―将被置换出来，进入中段树脂层。
⑵树脂层中段
此段树脂层中的阳树脂处于从氢型向铵型转变的过程，其离子交换平衡也符合上面的计算。即：当阳树脂为氢型时，因为水的pH 值为7.0 左右，所以能够交换上段树脂层出水中的Na＋和Cl―离子。但是，当阳树脂转变为铵型后，又会被水中的NH4＋和OH―排代出来，并被水流带往下面的树脂层。
⑶树脂层下段
下段的进水pH 为7.0 左右，树脂层中主要是氢型阳树脂与氢氧型阴树脂混合的树脂层，能够按照中性介质条件下进行离子交换，发挥除盐作用。
当树脂层的氢型阳树脂层逐渐下移到下段树脂层消失时，出水中开始有氨漏过，同时也有Na＋和Cl―被排代出来，此时，氢型混床到达失效终点。
若两种树脂混合不好，下段树脂层中只有少量阴树脂时，从中段带出的大量杂质阴离子将使阴树脂先于阳树脂失效，这样，由于部分盐类只与氢型阳树脂进行交换，则出水中将出现酸性物质。如果酸性物质含量较多，则会出现炉水pH 值降低的现象，对热力设备和系统造成腐蚀。
根据上述分析可以看出，当混床内的阳树脂转为铵型时，由于水的pH 值升高，则基本上失去了除盐作用。同理，铵型混床的运行中，其除盐能力是很低的。
2.1.2“裸混床”的除盐效果
由于“裸混床”内的大部分树脂将直接接触高pH 值的进水，要求树脂必须有很高的再生度，否则，不仅不能除盐，树脂相中的离子还会被排代出来。树脂对凝结水中盐类离子的去除能力取决于混床失效前氢型和氢氧型混合树脂的交换容量。
从上述分析可以看出，“裸混床”的除盐容量是比较低的，可在凝汽器不泄漏的条件下运行，一旦凝汽器泄漏，则运行周期很短。