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电力系统常用凝结水精处理工艺综合介绍

发布时间：2011/5/2 阅读次数：1735 字体大小: 【小】【中】【大】

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文 /肖焕平（中国大唐集团科技工程有限公司　北京　100097）

　　一、前言

　　随着我国电力事业的发展，目前新建及扩建的大都是亚临界、超临界参数机组。

　　亚临界参数一般为：主蒸汽压力16-18MPa，蒸汽温度535-540℃，主蒸汽温度和再热蒸汽温度一般相同。

　　对于超临界机组，习惯上又分为二类：

　　1、超临界参数，其主蒸汽压力一般为24MPa左右，主蒸汽和再热蒸汽温度为540-560℃。

　　2、超超临界参数，其主蒸汽压力为25-35MPa及以上，主蒸汽和再热蒸汽温度为580℃及以上。

　　蒸汽参数越高，水汽品质的不良影响越明显，同时对凝结水水质标准的要求就越高，对水质要求更严格，给水质量对机组安全、经济运行越来越显的重要。

　　(1) 凝结水精处理系统介绍凝结水精处理系统的功能：

　　①连续除去热力系统内的腐蚀产物、悬浮物和溶解的胶体硅，防止汽轮机通流部分积盐；

　　②可缩短机组启动时间，降低锅炉排污量，节省能耗和经济成本；

　　③凝汽器微漏时，保障机组安全连续运行；可除去漏入的盐分及悬浮物杂质，有时间采取查漏、堵漏措施。严重泄漏时，可保证机组按预定程序停机。

　　④除去漏入凝汽器的空气中的CO2。

　　⑤除去因补给水处理装置运行不正常时，带入的悬浮物杂质和溶解盐类。

　　(2) 目前常用的系统有：

　　高速混床系统

　　前置管式过滤器+高速混床

　　前置阳床+高速混床

　　粉末覆盖过滤系统

　　粉末覆盖过滤器+高速混床

　　凝结水精处理系统，应按锅炉和汽轮机组类型及其参数、冷去水水质等因素确定。

　　①直流锅炉供汽的汽轮机组，全部凝结水应进行精处理。

　　②亚临界及以上参数的汽包锅炉汽轮机组，全部凝结水宜进行精处理。

　　③对于亚临界汽包锅炉直接空冷的汽轮机组应设置以除铁，同时也具有一定除盐能力的精处理系统，对于混合式凝汽器的简介空冷汽轮机组宜采用除铁加混床系统，对于表面式凝汽器的间接空冷机组可仅设除铁设备。

　　出于对机组安全经济性的考虑，在火力发电厂亚临界压力及以上参数的汽包炉机组及直流机组中，设置凝结水精处理已成为一种普遍的趋势。

　　二、凝结水精处理工艺系统

　　1、空冷机组常用的系统

　　空冷机组水质和水工况特点：含盐量低、二氧化硅比例高、水中CO2、铁的附属产物含量高，凝结水温度偏高。

　　凝结水温度偏高，如采用离子交换所用树脂必须耐高温。强酸大孔型阳离子交换树脂的使用温度都在100℃以上，可用于空冷机组上；对于强碱大孔型阴离子交换树脂OH型的最高使用温度仅为60℃，高于这个温度会导致阴树脂分解率提高，交换容量降低，影响凝结水的水质。所以对高速混床应用有限制。

　　空冷机组目前国内普遍采用粉末树脂覆盖过滤器、粉末覆盖过滤器+高速混床。

　　(1) 粉末树脂覆盖过滤器（由美国GRAVER公司首先提出）

　　粉末树脂过滤技术就是将粉末树脂作为覆盖介质预涂在精密过滤器滤芯上，用来置换溶解性的离子态物质、除去悬浮固体颗粒、有机物、胶体硅及其它胶体物质。

　　①系统优点：

　　无需树脂分离与再生系统，不存在酸碱废液的问题；

　　系统简单，占地面积小；

　　启动时含铁量较高，但仍可以运行，节省启动时间，减少机组排水；

　　降低树脂降解后对水汽品质的影响；

　　可以在凝结水温度低于85℃的情况下运行；

　　一次性投资小，运行费用低。

　　②系统缺点：

　　运行费用高。由于粉末树脂不能重复使用，因此运行费用较高。目前国内尚无生产粉末树脂的厂家。该树脂粉特别是阴树脂粉在空气中极易失效，要求保存周期为半年；

　　树脂总交换容量低，抵抗凝汽器的泄漏能力差。粉末树脂过滤器的离子全交换容量不到深层混床的1％，故深层混床能更有效的抵抗凝汽器的泄漏；

　　对机组严密性要求较高。高度再生的氢氧型阴树脂粉极易被大气中或暴露于大气的水中的二氧化碳污染，导致运行周期缩短；

　　对树脂性能要求更加严格。粉末树脂不具备淋洗残留物的能力，因此所有的粉末树脂必须符合技术条件，才能减少污染物的侵入；

　　树脂粉失效后的处理应考虑环保，或深埋或焚烧。

　　粉末树脂技术在凝结水精处理应用的条件：粉末树脂的最大弱点就是全交换容量低，抗凝汽器的泄漏能力差，因此采用该技术有一定的区域局限性，对于循环水中含盐量较高的地区，还是选择深层混床为宜。在凝结水精处理中选择粉末树脂过滤器应确保以下条件的满足：确保补给水质量；尽量避免凝汽器的泄漏，凝汽器管材宜选用钛管或不锈钢管；机组循环水水质较好、含盐量低；机组系统真空严密性较好。

　　(2) 粉末覆盖过滤器+高速混床

　　粉末树脂覆盖过滤器是从纸粉覆盖过滤器发展而来，利用粉末树脂替代纸粉作为过滤材料。使用粉末树脂替代纸粉的目的是希望该设备具有过滤除铁和除盐的双重作用，达到前置过滤和混床的双重效果。但是，在实际应用中出现了下列问题:

　　①如此细的树脂粉末无法进行再生和重复使用，失效的粉末树脂必须弃去，大大增加了运行费用。

　　②由于所覆盖的粉末树脂数量少，离子交换量低，凝结水中的氨可使氢型阳树脂粉末迅速变为铵型(约4h～8h)，树脂直接与高pH值的凝结水接触，失去除盐能力。

　　③氢型阳树脂转为铵型时，颗粒体积缩小，造成树脂覆盖层的体积收缩，出现裂缝。有的设备为了防止树脂覆盖层裂缝，用铵型阳树脂粉替代了氢型树脂粉，虽然解决了覆盖层的裂缝问题，但失去了4h～8h的除盐能力。

　　④由于该设备在大部分的运行时间内没有除盐作用，即使在凝汽器发生微小泄漏时，也难以维持锅炉给水的质量，因此失去了对热力设备的保护作用。

　　⑤虽然树脂在电厂不进行再生，可以不使用酸碱，从而减少了酸碱贮存的设备和废液处理的麻烦，但是存在废弃粉末树脂的处理问题。

　　基于以上问题，所以有些空冷机组电厂在初期设计中使用粉末覆盖过滤器的系统，由于其除盐能力有限，难以满足热力系统需要，后续有再增加高速混床系统或有的电厂初设时就采用该系统，水质好时只投入覆盖过滤器系统，水质恶化时再投入高速混床系统迅速降低水中的含盐量。

　　2、水冷机组常用的系统

　　汽包锅炉的汽轮机组可选择前置过滤器+深层混床系统和无前置过滤深层混床系统；目前前置过滤器用的最多的是管式过滤器和氢阳离子过滤器。

　　亚临界汽包炉机组凝结水精处理绝大多数仅设混床，过滤除铁可能满足要求，但超（超）临界机组仅依靠混床除铁，无论是启动还是平时运行难以保证超（超）临界机组严格的给水铁含量要求，因此凝结水处理设置独立的前置过滤器。

　　(1) 高速混床

　　不设前置过滤器只设高速混床亚临界机组比较常用。

　　300mm机组一般是按2×50%设置，不设备用，600MW机组一般按3×50%设置，两台运行一台备用，系统中有可调0－100%旁路系统。

　　(2) 前置管式过滤器 +高速混床（超临界机组比较常见）

　　①系统运行在机组启动时，可只运行前置管式过滤器，启动初期起到除铁的作用。凝结水含铁量在2000～3000μg/L时，仅投入前置管式过滤器，过滤器内滤元有纤维缠绕式和折叠式两种，目前折叠滤元应用教广泛，该滤元过滤面积大，用量少，节省投资。

　　前置过滤器的作用是除掉凝结水中的铁、铜氧化物等悬浮杂质，延长深层混床的运行周期和保护树脂不被污染。

　　前置过滤器在进出口压差超过规定值或运行时间达到设定值时，判为失效进行，用反洗水泵和压缩空气进行反洗，彻底清洗滤元，恢复其过滤能力。

　　②高速混床

　　高速混床我国目前采用设计流速为100m/h～120m/h，离子交换器直径≤2500mm时，采用柱形设备，目前比较常用的设备直径为2200mm或2400mm，多用于300MW机组；直径>2500mm时一般采用球型设备，目前比较常用的设备直径为3000mm或3200mm，多用于600MW和1000MW机组。

　　高速混床内树脂的机械强度要求较高，其粒度应比补给水除盐系统中用的大且匀。这是因为电厂中汽轮机凝结水有量大和含盐量低的特征，高速混床都是按较大的水流速度运行的，采用常规凝胶型树脂时，水流速度达到规程要求的100－120m/h时，会造成混床的进出口压降较大。而采用大孔型树脂时，流速达到规程要求的100－120m/h时，混床的进出口压降较小。对于此种混床，由于在中压3.5MPa下运行，树脂颗粒受压而破碎是一个严重的问题，所以要求树脂机械强度好。至于颗粒大且匀是为了减小水流通过时的压降。

　　(3) 前置阳床 +高速混床

　　该系统在核电凝结水中应用比较普遍目前国内的大亚湾核电站、岭澳核电站都是采用的该系统，火电机组目前也有机组采用该系统。

　　这种系统的优点是:

　　①由于有前置阳床，出水水质高；

　　②混床处理的是酸性水，增加了去除阴离子的能力，阴树脂的工作交换容量也因此提高；

　　③混床运行周期大大提高，若凝结水pH为9.6，混床的运行周期为单一混床的30-40倍；

　　④混床中可提高阴树脂的比例，阴阳树脂比均为3:1，而且还可更高一些；

　　⑤进入混床的铁含量大为减少，80%的铁被阳床除去，由于阴树脂比例增加以及铁污染减小，混床出水Cl-、S042-就比较低；

　　⑥混床再生次数少，阴阳树脂的破裂相对减少，减少了价格较贵的阴树脂的补充量；

　　⑦由于有前置阳床，绝大部份钠离子已被除去，再加上混床中已无氨离子与钠离子竞争，混床出口钠离子的泄漏也减少了。

　　缺点是一次投资大，占地面积也较多。

　　三、精处理系统的主要辅助系统设备

　　1、粉末覆盖过滤器系统辅助设备

　　树脂粉不需要再生，只需配备铺膜爆膜设备，包含有铺膜箱、辅助铺膜箱、压缩空气储罐等；有的系统中还设有先进铺膜系统，该系统的功能是可以在运行中进行在线铺膜。即：当系统在运行中，压差尚未达到失效，而电导或二氧化硅已超过指标，这时，要求对粉末树脂覆盖过滤器进行在线运行中铺膜。这样可以延长运行时间，但在实际运行中并不能发挥作用，所以现在大部分系统中都不设该系统。

　　2、高速混床树脂的再生设备

　　阴阳树脂再生的交叉污染问题是高速混床运行水平的核心问题，关系到高速混床运行时间长短、出水水质、能否实现氨化运行的重要因素。

　　目前比较常见的再生系统有：高塔法（又称完全分离法）、锥斗法、中间抽出法。

　　凝结水精处理再生工艺的阳、阴树脂彻底分离是核心技术，它是高速混床的出水品质，运行周期，在运行中由氢转化到氨型运行；再生过程减少阳、阴树脂交叉污染、彻底再生的重要保证。

　　(1) 高塔法简介：

　　高塔法再生设备由树脂分离塔（SPT)、阴再生塔塔（ART)、阳再生塔（CRT)组成，高塔分离技术，是Filter公司推出的一种再生方法，也是目前国内应用最广的一种方法。

　　树脂分离罐（SPT）采用专门设计的高塔分离，SPT的独特结构，下部是一个较长的筒体、上部是一个锥形筒体、上大下小（300MW高塔有8.5米，600MW机组高塔9.5－10.1米多，根据混床装的树脂高度分离塔的高度，直径大小进行适度调整，使树脂能达到100%膨胀度，使阴阳树脂能明显分层)

　　为使两种树脂分层能得到进一步保证，在SPT内设一过渡区，高度近1米，阳、阴树脂比例大致各一半，树脂分离沉降后，在过渡区上面的阴树脂通过水力经SPT塔侧壁的接管输送至阴再生罐，再用水力将SPT底部的阳树脂输送至阳再生罐后，过渡区的树脂被当作“界面树脂”流在分离罐内，到下次分离时再使用。树脂输送终点经SPT筒体外壁适当位置的固液界面开关来控制，采用光电料位检测装置。

　　(2) 锥斗法简介。

　　锥斗法再生设备有阴树脂分离兼再生塔、阳树脂再生兼储存塔、界面树脂罐。

　　锥形分离法是Kennicott公司的专利技术，顾名思义，该方法是将失效树脂送入底部为锥体的分离罐中，反洗分层后，从锥形罐底部将阳树脂抽至阳再生罐，在阳树脂转移过程中，从锥形罐底部引入一股向上的水流通过树脂床，其流量与转移的树脂体积相等，以维持阴阳树脂的界面不乱层。在树脂转移的管路上，装有一特殊的导电度表，当导电度下降时，阳再生输脂进口阀关闭，混脂罐进口阀打开，将分界面的阴阳树脂送至混脂罐，通常后者约贮存0.9m3的混合树脂，待下一批失效树脂进入分离罐后，将混脂罐的树脂也输到分离罐。

　　在输脂过程中，树脂交界面能沿着罐体开稳下降，并随锥体面积的缩小而不断的缩小，仗交界面混合树脂的体积也不断减小，以达到减少树脂交叉污染的目的。

　　为提高树脂转移导电度检测的灵敏度，在树脂转移水中加人约2mg/L的CO2气体，以降低阴树脂的导电度。

　　锥斗法的优点如下:

　　①可达到很高的树脂分离度。交叉污染指标为，阴中阳小于0.07%，阳中阴小于0.4%。

　　②可任意改变阴阳树脂的比例，不因阴阳树脂比例或体积变化而影响分离效果。

　　③只需一只阴再生兼树脂分离罐，一只阳再生兼混合罐。

　　④因分离罐底部为锥形，树脂在分离及再生后能完全转移至运行床。该方法的不足之处是碎树脂的去除不够理想。

　　(3) 中间抽出法简介：

　　中间抽出法（或称T塔系统）再生设备包含两个阳再生塔和一个阴再生塔。

　　混床失效树脂输送至阳再生罐反洗分层，将上部阴树脂抽至阴再生罐，然后再将中间的混层树脂(约5-10X)抽离中间树脂贮存塔，这部分树脂不进行再生处理，留待与下一次失效再生的树脂重新混合。碎树脂的处理，Kopec主要是靠再生罐内反洗的方法去除。这种方法的优点是操作比较简单，可节省再生时间。当采用强度高，粒度均匀且比重差较大的树脂，并保证树脂体积比准确时，树脂的交叉污染较低。但树脂运行一段时间后，受碎树脂增加及树脂比变化等因素的影响，树脂分离效果明显降低，使出水水质受到影响。国内有的电厂采用在中间树脂贮存罐内循环清洗以清除碎树脂的方法，但效果并不理想。

　　四、结束语

　　凝结水精处理不同的工艺系统经过了探索、实践的阶段，有些保留了下来并被广泛应用并已经趋于成熟稳定，有些由于应用中的问题较多，没有被广泛推广使用。

　　参考文献

　　[1]火力发电厂化学设计规程（DL/T5068-2006）

　　[2]热力发电厂水处理周柏青陈志和中国电力出版社 2009

　　[3]工艺水处理工程　丁恒如吴春华龚云峰闻人勤清华大学出版社2005

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