通过对直接空冷机组的水质特点进行分析，说明了凝结水精处理的必要性，并且详细论述了凝结水精处理系统的特点。

　　在水资源短缺地区的电站建设中，空冷机组以其卓越的节水性能受到人们的青睐。华北地区近期进行600 MW大型火力发电厂可行性研究时，建设空冷机组往往作为首选方案之一。

1　空冷系统水质和水工况特点

1．1　水质特点

　　a．含盐量低　直接空冷系统没有常规湿冷机组的凝汽器，汽机尾汽直接进入空冷散热器冷凝成水，属一次性表面换热，不存在凝汽器漏泄时冷却水污染凝结水的问题。在机组启动或事故时，因蒸汽质量不合格，可使凝结水含盐量升高，但其上升幅度远远达不到凝汽器泄漏时那样高。

　　b．SiO2比例高　由于SiO2在蒸汽水和混床出水中所占比例比天然水中大，且空冷系统没有冷却水泄漏或渗漏，所以其凝结水中SiO2所占比例较高。

　　c．水汽接触的换热表面积大，凝结水中CO2含量较高，铁的腐蚀产物含量高。对于直接空冷机组，汽轮机做功后的蒸汽经大型管道及散热片被强制冷却为凝结水，凝汽器冷却表面积非常大，有更多的机会接触漏入的空气，造成水中CO2含量较高。CO2渗入会使pH值降低而引起腐蚀。在水汽循环过程中，凝结水中的腐蚀产物多为铁的氧化物，运行中由于负荷变动，将会引起汽水管道中腐蚀产物脱落，增大金属氧化物的含量。

1．2　水工况特点

　　a．由于空冷机组汽轮机工况受外界气象影响较大，汽轮机尾部参数变化也大，年平均背压高，所以凝结水温度高。

　　b．由于系统容积大，所以启动时需维持排气管真空所需时间长。

1．3　凝结水温度

　　由于空冷机组的背压比湿冷机组高，直接空冷机组凝结水温度比大气环境温度约高36℃，因此凝结水水温比较高。故在选择精处理系统的设备时，不仅要考虑水工况，还须适应耐较高水温的要求。

　　如果凝结水采用离子交换处理，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I型大孔型阴离子交换树脂OH型的最高使用温度仅为60℃，另外，高温凝结水还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。因此，高温凝结水离子交换处理技术关键在于以下几点：

a．严格选择耐高温且具有较高热稳定性的阴树脂。

b．减小运行中的阴树脂量。

　　c．在保证出水水质和再生周期的前提条件下，减小树脂粒度，提高再生度，可以降低树脂的层高，减小运行中的阴树脂量。

2　凝结水处理的必要性

　　根据空冷机组中水汽系统容积大、接触表面大的特点，尽管冷却水没有污染凝结水，但庞大的系统　　也很难保持绝对的真空。这并非焊接不好所致，而泄漏大多是发生在法兰连接部位。由于密封材料的老化等，甚至与大气接触的细小连接处，都会因空气漏入使CO2进入汽水系统，使pH值降低，引起腐蚀。现系统材质多为碳钢，因此系统中腐蚀产物多为金属氧化物，其中铁的腐蚀产物最多。正常运行时腐蚀速率不大，但在机组基建阶段，停运期间，启动时保护不当、冲洗不净、未采用除盐水冲洗及负荷的变动等原因使腐蚀加剧。当锅炉补给水操作控制不当时，会带入一些可溶性盐类，当疏水未经处理回到系统中时也会造成一些污染。因此凝结水处理的首要任务是除掉金属的腐蚀产物、胶硅、悬浮杂质，同时还应除掉可溶盐类，为此应考虑设置凝结水精处理装置。通常应根据工程的具体情况，如机组参数、锅炉型式、水工况以及机组对水质的要求予以确定。

3　高温凝结水精处理系统

　　凝结水精处理的方式应根据空冷机组水汽系统特点进行选择，较适用的方案有3类：除铁过滤器、阳—阴分床式除盐设备、覆盖过滤器。

3．1　除铁过滤器

　　除铁过滤器型式较多，主要有电磁过滤器、管式过滤器、氢离子交换器。必须考虑设备和滤料的耐高温及对水质的污染问题。

3．1．1　电磁除铁过滤器

　　电磁除铁过滤器是在体内充填强磁性体，在体外配置产生磁场的线圈，当通直流电时，被磁化的充填物吸引磁性微粒，当达到饱和时，停止向线圈供电并进行消磁，待磁场消失后，用水和空气进行清洗。此种过滤器日本和西德使用较多，我国也有应用，如秦岭电厂、闸北电厂。

　　电磁除铁过滤器的填料为不锈钢球，线圈的磁场强度1．5×105 A／m，磁通密度约0．2 T，过滤速度为1 500 m／h。其失效根据滤床压力损失或预先选定的时间间隔。失效后进行冲洗，在冲洗的同时必须进行电气退磁。冲洗时间1～2 min，冲洗水量约为过滤器体积的12倍。目前性能较好的为高梯度复合型电磁过滤器（HGMF），其填料为涡卷—钢毛复合型材料或钢丝棉、钢丝网，填充密度为5％，线圈的磁场强度为8×105 A／m，磁通密度约1 T，过滤速度为1 500 m／h。另外还有混合式电磁过滤器（HEMF），它吸取了球式和网式的优点。国产设备耐温达60℃，而所述电厂空冷凝结水的水温有可能高达70℃，因此不宜采用。国外生产的电磁除铁过滤器可耐温300℃。此装置单台设备出力大，系统简单，占地小，有利环境保护。

3．1．2　管式过滤器

　　管式过滤器目前国内使用较多，它是借助多孔滤元截留悬浮杂质，当阻力增大到一定值，用水和（或）空气进行反冲洗。管式滤元直径一般为30～80 mm，长度为800～3 000 mm，型式为缠绕式或滤网式，以开孔或槽的不锈钢为骨架外包100～150目不锈钢丝网或外绕不锈钢丝，直径为0．3～0．5mm，丝间距为0．076～0．2 mm。管式过滤器精度可根据需要进行选择，启动期间可选用10～20μm，正常运行期间可选用5μm的过滤精度，不锈钢材质耐温300℃，聚酰胺纤维丝可耐100℃，国外聚丙烯纤维丝可达130℃。此过滤器系统简单，操作方便，可进行反洗，易维修，运行费低，不消耗酸碱，又无废酸碱排放，在美国应用较普遍。国内元宝山电厂、常熟电厂、双辽电厂均有运行经验。

3．1．3　阳离子交换器

　　凝结水处理中的阳离子交换器主要是用于除铁，效率约为50％。树脂应选耐高温、抗污染又易洗脱的大孔树脂。通常阳离子交换器放在混床的前面。在碱性水工况时，它还起到吸收氨以延长混床周期的作用。因需消耗酸并有再生废酸液排出，所以应进行中和处理。

　　通常前置氢阳床树脂层高650～1 000 mm，氢层混床中的阳树脂层高为300～500 mm。

　　启动时当含铁量≥2 000μg／l，则出口含铁量＜15μg／l。正常运行时，出口含铁量＜5μg／l。

　　单纯除铁过滤装置可应用于汽包炉的凝结水处理和疏水处理中，如果只选择单纯除铁过滤器，对凝结水中的少量盐类处理会受到限制，作为凝结水精处理的前置处理是比较合适的。通过上述介绍可看出，适于空冷机组的除铁过滤器有管式过滤器和进口耐高温电磁过滤器。

3．2　阳—阴分床式除盐设备

　　由于直接空冷机组是空气冷却，无冷却水泄漏，只要保证补给水和疏水的水质，在正常情况下汽包炉可不设凝结水精处理设备，只需设除铁装置。因它的水质只可能在系统不严密处漏进空气而引起腐蚀或非正常情况时才被污染。为缩短机组启动时间，保证机组安全运行，减小系统阻力，采用薄层离子交换床。它可以减少由于水温高、离子交换树脂寿命短所造成的经济损失。还可以避免树脂的交叉污染，提高了出水质量。

分床式凝结水精处理装置德国应用较多。南非马廷巴电厂采用阳—阴床串联系统，运行良好，可保证直流炉对水质的要求。我国杨柳青电厂已引进阳—阴—阳床串联系统。

　　如选用阴、阳树脂薄层分床运行的方式，应设计自动旁路系统，当凝结水温度高于设定值时，将阴床设为旁路，阳床仍可除去水中的金属氧化物。阴树脂应选用耐热温度高的，最好能耐60～85℃高温。

3．3　覆盖过滤器

　　覆盖过滤器是在滤元外表面铺覆不同材质的助滤剂，借助滤料架桥原理使之形成致密覆盖层，当过滤阻力达到一定值或水质变坏时，用水和空气进行爆破膜及冲洗，然后重新铺覆助滤剂，恢复其功能。

　　助滤剂有粉末树脂、纤维粉、活性碳粉等。带有粉末树脂的覆盖过滤器是将过滤器和离子交换器结合在一起的精处理装置。粉末树脂由于颗粒小，表面积大，当阴阳树脂粉混合时体积发生膨胀，形成不带电、多孔、过滤性能良好的絮凝体，此絮凝体不易被压实，可充分利用其工作交换容量。在正常运行时，可不铺树脂粉，只铺纤维粉当除铁过滤器用，铺活性碳粉用于除油。在发生事故、启动期间或水质不好时，铺树脂粉或树脂粉与纤维粉的混合粉，以除掉水汽系统中的杂质、污染物、盐类。工程中可根据需要选择滤料及树脂的配比。由于树脂粉粒度细，又是铺在线绕滤元上，故除铁、铜效果也较好，能除去凝结水中总铁量的90％～95％。

　　粉末树脂覆盖过滤器实质上也是薄层离子交换法的应用，只是它的树脂粒度更小（0．1 mm左右），铺层更薄（1 cm左右）。据美国Graver公司资料介绍，5 mm厚树脂粉薄层，流速9．76 m／h，在凝汽器严密情况下，可运行20～25 d。

　　此设备单台出力大，占地小，主厂房易于布置，系统简单，没有酸碱的消耗和再生酸碱废弃物的污染，废弃物易于处理，有利于环境保护。而且投资费用低，凝结水精处理前后的压力损失小。起始运行压差为0．02～0．34 MPa，最大运行压差为0．17MPa。但由于粉末树脂是一次性的，会使运行费增高。空冷系统因凝结水水质好，周期长，粉末树脂用量不大，所以运行费用和薄层分床相差不多，甚至还要小。

　　此设备在美国应用较广泛，在日本、德国也有应用。在我国发展缓慢的原因主要是树脂粉需要进口，价格较高，国内仅有漂莱特树脂厂开始生产，目前一些树脂厂正在研制粉末树脂。无锡锅炉厂已引进了美国Graver公司的这一粉末树脂覆盖过滤器系统技术，具备了该套设备的机械制造能力。随着设备及树脂粉生产厂的增多，该系统的投资和运行费用还会降低，应用会逐渐普及。

4　系统比较

4．1　2种系统比较

　　通过上述分析，对比较适宜的覆盖过滤器系统和管式除铁过滤器加阳—阴床分床式离子交换系统进行对比。

　　通过以上2个方案的粗略比较，覆盖过滤器系统在基建投资、占地面积、操作管理、系统运行安全性等方面均优于管式过滤器加阳—阴分床系统。

4．2　覆盖过滤系统工艺简述

　　每台机组的精处理设备按凝结水量的2×50％设置，系统按中压系统设计，每台机组设置一套铺膜及清洗设施。

　　工艺流程为凝结水泵来水→粉末树脂覆盖过滤器→低压加热器。

　　系统中设有旁路，当温度超出设定值时，系统能自动切换到旁路系统。正常运行期间，铺树脂粉进行除盐、除铁，启动初期铺纤维粉，用于除铁，启动中期采用树脂粉与纤维粉的混合滤料。凝结水温高的工况下，可以只铺涂阳树脂粉，也可以同正常工况一样铺涂阴阳树脂粉。

5　结语

　　随着空冷机组的推广，对其凝结水精处理的研究越来越受到重视。对该系统进行选择论证后，认为：

　　a．为减少系统中腐蚀产物的沉积并减少CO2进入热力系统，直接空冷系统应设凝结水精处理装置。

　　b．空冷机组凝结水精处理系统选择应充分考虑温度的影响因素，其主要材质、滤料和树脂等应考虑耐高温要求。

　　c．凝结水精处理系统的选择应综合考虑水质适应性，系统的先进性、经济性，环境影响以及机组炉内的水化学工况等诸多因素，从而选出最合适的方案。