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粉末树脂过滤器压差过高的原因及解决方法
发布时间:2011/3/8  阅读次数:3236  字体大小: 【】 【】【
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粉末树脂过滤器压差过高的原因及解决方法 
                              李 鹏1,田文华1,梁建民2,和慧勇1,杨宝红1,贾予平1
        1.西安热工研究院有限公司,陕西西安 7100322.华能铜川电厂,陕西铜川 727100
        [摘要]对影响粉末树脂覆盖过滤器运行阻力因素进行的理论分析表明,过滤器压差增加过快的主要原因是进水悬浮物含量高、小粒径粉末树脂的比例大以及滤元受到污染。对此,可进行有效的机组停用保护,控制小粒径粉末树脂的比例以及对受到污染的滤元直接予以更换或进行化学清洗。陕西某电厂2×600  MW机组实施上述措施后,粉末树脂覆盖过滤器运行压差和运行周期已能满足机组运行要求。
        [关键词]直接空冷机组;粉末树脂;覆盖过滤器;滤元;压差;悬浮物;污染
        [中图分类号] TM621.8
        [文献标识码] A
        [文章编号] 1002-3364(2010)07-0090-05
        [DOI编号] 10.3969/j.issn.1002-3364.2010.07.090
        粉末树脂覆盖过滤器(简称过滤器)在直接空冷机组凝结水精处理系统使用较多[1]。运行情况表明,使用粉末树脂覆盖过滤器的机组普遍存在过滤器因运行压差增加过快造成频繁解列的现象[2]。以陕西某电厂2×600  MW机组为例,每台机组配备3台过滤器,每台过滤器设计的正常出力为800  m3/h,而实际出力仅为300~400  m3/h时过滤器进出口压差即超标,导致运行周期仅为15天左右,达不到运行周期≥21天的设计值。为此,在现场试验的基础上,通过分析找出了过滤器运行压差增加过快的原因并提出了相应的解决方案。该方案实施后,对降低进水腐蚀产物含量,降低过滤器运行压差,延长过滤器运行周期具有明显效果。
        1·过滤器运行压差影响因素
        过滤器运行压差即水流通过滤元时产生的水头损失,它包括覆盖滤层的水头损失和滤元的水头损失两部分。
        1.1 覆盖滤层水头损失
        过滤器刚开始运行时,覆盖的粉末树脂未粘附悬浮物,滤层的水头损失可用Carmen-Kozeny公式计算[2]:
                              
        式中:hf,0为运行初期滤层的水头损失;μ为水的动力粘度系数;u为滤速;m为孔隙率;ρ为液体密度;g为重力加速度;de为滤料的当量粒径;L为滤层高度。由式(1)可见,滤层水头损失与过滤速度(即滤元流通量)成正比,与滤层厚度(即铺膜量)成正比,与滤料(即粉末树脂和纤维粉)粒径的平方成反比,滤层孔隙率的减小也会明显增大水头损失。
        在过滤器运行的前期以至中期,由于悬浮物沉积在滤层表面,使孔隙率变小,这时滤层的水头损失可以用Ives经验公式[3]计算:
                              
        式中:t为运行时间;hft为t时刻滤层的水头损失;ρ0为原水悬浮杂质含量;m0为树脂层初期孔隙率;K为比例系数。
        式(2)表明,有悬浮物沉积的滤层其水头损失除与清洁滤层的初始水头损失有关外,还与进水悬浮物含量和过滤时间成线性正相关。
        当过滤器运行至后期时,随着悬浮物沉积总量的增大,滤层密实度增加,孔隙率将进一步减小,这时的水头损失将随着过滤时间的增加而急剧增大。
        1.2 滤元水头损失
        对线绕式清洁滤元而言,滤元引起的水头损失(清洁滤元的初始压差)源于纤维线按照一定规则紧密缠绕后产生的阻力,主要与绕线材料的选择、缠绕方式及紧密程度、绕线缠绕的厚度等因素有关。
        对于投运后的滤元,其水头损失与滤层水头损失变化趋势相似。随着悬浮颗粒在滤元上不断被粘附和沉积,滤元的孔隙率变小,水头损失将随着运行时间的增加线性增大。在过滤器运行后期,滤元水头损失的增加速度将随着运行时间快速增加。另外,随着滤元受污染程度的不断加深,受污染滤元的初始压差将不断增加。
        2·过滤器运行压差增加过快的原因分析
        2.1 试验仪器及方法
        试验仪器包括:
        (1)激光粒度分析仪(S3500型,美国);
        (2)扫描电子显微镜(FEI  Quanta  400型,荷兰);
        (3)能谱分析仪(OXFORD  INCA型,英国);
        (4)连续变体视显微镜(NTB-2B型,宁波永新)。
        试验方法及步骤:(1)用孔径为0.45μm的微孔滤膜对凝结水精处理进口水样中悬浮物进行截留;(2)在连续变体视显微镜下观察悬浮物;(3)采用扫描电子显微镜和能谱分析仪测定悬浮物的物化性质;(4)采用激光粒度分析仪测定悬浮物粒度。
        2.2 进水悬浮杂质
        2008年10月对过滤器进水的悬浮物进行了显微观察、物化性质测定以及定量测定,结果见图1和表1。
                              
                              
        从图1可见,滤膜表面有一层黄色悬浮物以及粒度不同的颗粒物。通过扫描电镜和能谱分析可知,其中主要是铁的氧化产物,其次是硅的化合物。图2显示了陕西某电厂2号机组2009年2月18日至2月26日期间凝结水精处理系统进水Fe含量的变化。
                            
        由图2可见,凝结水精处理系统进水Fe平均含量为61μg/L,是粉末树脂覆盖过滤器进水指标(≤15μg/L)的4倍;出水Fe含量的平均值为5μg/L,过滤器截留的Fe量为56μg/L。与此同时,过滤器出力为400  m3/h,这样15天后截留量将累积达到8.1  kg,折合为铁氧化物数量更大,如此大量的Fe氧化物进入过滤器,将会污堵滤层以及滤元的孔道,造成孔隙率下降,使运行压差大幅度增加。
        造成进水中铁含量过高的原因如下:
        (1)机组安装工期较长且凝汽器设备未进行保护,致使设备长期暴露在空气中,造成铁的氧腐蚀。
        (2)调试运行阶段系统中冲洗下来的泥沙铁屑存积在排气装置热井内,如不及时清理或者清理不彻底时,机组运行时即被带入凝结水中,使过滤器的进水铁含量增加。
        (3)正常运行中庞大的负压系统难免漏入空气且泄漏点不易查找,造成凝结水中O2和CO2含量较高而引起铁的氧化腐蚀;在运行中由于负荷变动,引起汽水管道中腐蚀产物脱落,使得水系统带铁严重。
        分析认为,进水铁含量高是造成过滤器运行压差增加过快的最主要原因。
        2.3 粉末树脂粒度
        2008年10月对该电厂所用进口NH+4/OH-型混合粉末树脂进行粒度分析,结果见图3。此类树脂技术指标要求见表2。
                          
        由图3可知,粒度>150μm的树脂占到9.13%,粒度<5μm的树脂占到4.03%,明显高于标准中规定的要求。对运行压差影响最大的是小粒径树脂的比例,这是因为小粒径树脂容易占据大颗粒树脂之间的孔道,减小滤层的孔隙率,使过滤器的运行压差大幅度增加。
        2.4 滤元清洁程度
        分别对清洁滤元和现场爆膜后滤元上的聚丙烯纤维滤丝进行分析,结果见图4和图5。
                                  
                                  
        从外观上看,爆膜后滤元外层纤维滤丝悬浮物沉积较多,内层纤维滤丝局部有黄色沉积物。通过对这些沉积物进行扫描电镜和能谱分析可知,外层纤维滤丝上的沉积物主要为铁的氧化产物或单质元素以及少量的铝的氧化产物或者单质元素,内层纤维丝上的沉积物主要为铁的氧化产物以及少量Mn、Si、Al、Fe、O等元素组成的化合物或者单质元素。
        2.5 其它影响因素
        目前,过滤器中广泛使用的滤元规格为d50  mm×1  778  mm,设计安装数量为345根,但普遍存在滤元实际安装数量少于设计要求的现象(短缺根数少则2~3根,多则5~8根),这会造成单根滤元的流通量大于设计值,从而引起滤元的污染速率加快,致使滤元运行阻力增加。因此,在设备安装阶段应严格按设计数量安装滤元,以消除因为滤元安装数量不足对运行压差产生的影响。
        另外,清洁滤元的初始阻力越高,过滤器越容易在短时间内上升至失效压差。因此,在选购滤元时应选择产品质量好、初始压差小的滤元以增加过滤器的运行周期。
        3·解决方案及其实施效果
        3.1 降低凝结水中铁含量
        在机组正常运行阶段,降低凝结水中铁含量的关键是要防止热力设备的腐蚀,尤其是防止面积巨大的空冷凝汽器产生腐蚀,因此需要在平时加强对空冷凝汽器严密性的检测和治理,以减少由于CO2和O2的漏入产生的腐蚀。另外,在机组停用期间热力系统汽水侧会发生停用腐蚀,所以必须对停用期间的机组进行防锈蚀保护。
        该电厂机组已正式投运近两年,系统残留的杂质以及腐蚀产物被逐渐排出,加上停机检修时对凝汽器热井等处沉积的腐蚀产物进行了彻底清理,所以目前凝结水水质得到了明显改善。2009年6月~8月运行数据显示,凝结水中铁含量基本维持在20μg/L左右,过滤器因为运行压差增加过快造成频繁解列的现象已经消失。
        3.2 加强粒径检测
        不同时间段粉末树脂样品粒度下限分析结果及过滤器初始压差见表3。由表3可知,粉末树脂粒径过小也是造成压差过高的主要原因,所以应加强对入厂前粉末树脂原料粒径的检测,控制5μm以下粉末树脂比例在合格范围之内,避免使用不合格的粉末树脂。
                              
        3.3 更换或清洗受污染的滤元
        当滤元发生严重污染且不能通过现场水-气反洗清除时,可通过化学清洗的方式清除滤元上沉积的杂质,提高滤元的孔隙率;化学清洗效果不佳时也可直接将严重污染的滤元更换为新的清洁滤元。
        2009年1月5日将某电厂2号机组3号过滤器已运行18个月的污染滤元更换为新滤元,并与同台机组未更换滤元的过滤器进行了比较。在相同条件下,继续使用污染滤元的过滤器运行周期为13天(运行压差接近失效压差而解列),运行周期内过滤器出力在20~400  m3/h之间,周期制水量为9万t以上;使用清洁滤元的过滤器运行周期为20天,运行周期内过滤器出力保持在400  ~580  m3/h之间,在此期间未发生因过滤器运行压差超标而解列的现象,周期制水量约为2万t。20天后因粉末树脂失效,水质恶化,过滤器退出运行。
        在西安热工研究院有限公司设计的滤元清洗装置上,对该电厂的污染滤元进行化学清洗试验。经过化学清洗后,滤元上沉积的污染物基本被清除干净,达到了预期效果。化学清洗前后滤元外观分别见图6和图7。
                              
        3.4 降低滤元的流通量
        在过滤器的安装过程中必须严格按照设计数量安装滤元,对滤元不足的过滤器应及时补足,以降低滤元的流通量、减缓滤元的污染速率。
        机组起动过程中,可将过滤器2运1备的运行方式改为3台同时运行,一方面可以将进水总量分配到3台过滤器中,单台过滤器的最大流量将从880  m3/h降低到587  m3/h,滤元表面流速将从原来的9.1  m/h降低到6.1  m/h。另一方面,可以降低单位时间滤元的纳污量,减缓滤元的污染速率,从而使运行压差随过滤器运行时间缓慢增加。
        4·结 论
        (1)过滤器压差增加过快的主要原因是过滤器进水悬浮物含量高、小粒径粉末树脂的比例大以及滤元污染。
        (2)降低凝结水中悬浮物的含量控制小粒径粉末树脂的比例,对受到污染的滤元进行化学清洗或者直接予以更换,以及确保滤元的安装数量达到设计要求并在机组起动过程中将过滤器2运1备的运行方式改为3台同时运行,有利于降低过滤器运行压差。工业试验表明,机组停用保护、降低小粒径粉末树脂的比例以及更换滤元等解决方案对降低进水腐蚀产物含量、减缓过滤器运行压差增加速度、延长过滤器运行周期具有良好的效果。
[参 考 文 献]
[1] 田文华,李鹏,和慧勇.空冷机组凝结水精处理系统设备优化配置[J].热力发电,2009,38(3):81-85.
[2] 田文华,和慧勇.空冷机组凝结水精处理系统存在的问题及对策[J].热力发电,2008,37(4),增刊:94-97.
[3] 李培元,等.火力发电厂水处理及水质控制[M].2版.北京:中国电力出版社,2008:95-96.
[4] DL/T  1138—2009,火力发电厂水处理用粉末离子交换树脂[S].
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