直接空冷機(jī)組凝結(jié)水精處理系統(tǒng)適用技術(shù)

任學(xué)婷 李利東

摘要：基于直接空冷機(jī)組的運(yùn)行工況及其特點(diǎn)，文章通過對(duì)直接空冷機(jī)組的水質(zhì)特點(diǎn)及亞臨界發(fā)電機(jī)組對(duì)水質(zhì)的要求，闡述了電廠汽輪機(jī)凝結(jié)水精處理的必要性，并且詳細(xì)論述了凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的適用技術(shù)。

關(guān)鍵詞：空冷機(jī)組 凝結(jié)水 精處理系統(tǒng)

1 概述

火電廠是工業(yè)行業(yè)中對(duì)天然水消耗最大的行業(yè)，根據(jù)國家目前現(xiàn)行的限制使用地下水和地表水的用水政策，尤其對(duì)于北方地區(qū)的新建電廠，空冷機(jī)組以其優(yōu)越的節(jié)水性能受到廣泛的應(yīng)用。內(nèi)蒙古興安熱電2×340MW亞臨界發(fā)電機(jī)組，首選空冷機(jī)組作為凝汽方案?，F(xiàn)將亞臨界參數(shù)以上汽包爐及直流爐的給水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)列于表1與表2。在機(jī)組的長期運(yùn)行中，要想穩(wěn)定的達(dá)到這些要求，不對(duì)汽輪機(jī)凝結(jié)水做進(jìn)一步處理是很難實(shí)現(xiàn)的。

1.1 空冷系統(tǒng)簡介。直接空冷系統(tǒng)主要由換熱管束和風(fēng)機(jī)組成，風(fēng)機(jī)向管束供風(fēng)，管束提供換熱表面積，換熱管束分為順流冷凝器和逆流冷凝器。經(jīng)主蒸汽排管道后從汽輪機(jī)低壓缸發(fā)出的蒸汽直接進(jìn)入空冷系統(tǒng)，在蒸汽分配管箱的作用下，流入順流冷凝器管束，蒸汽在這里被部分冷凝。凝結(jié)水的流動(dòng)方向在順流冷凝器管內(nèi)與蒸汽相同。通過冷凝器下部的凝結(jié)水連箱，沒有經(jīng)過冷凝處理的蒸汽進(jìn)入逆流冷凝器管束，同時(shí)在這里被凝結(jié)。在逆流冷凝器管內(nèi)，凝結(jié)水的流動(dòng)方向與蒸汽相反。在啟動(dòng)抽真空系統(tǒng)后，在逆流冷凝器管束的上部抽出未凝結(jié)的氣體，經(jīng)抽真空系統(tǒng)中的壓縮處理后直接放入大氣。產(chǎn)生出的凝結(jié)水由于重力作用通過凝結(jié)水疏水管道流入熱井。收集下來的凝結(jié)水再由泵通過排液管道排入凝結(jié)水箱。冷凝所需的冷空氣由軸流風(fēng)機(jī)從周圍環(huán)境中抽取，并吹到翅片管束的冷卻表面。冷卻空氣流量由電機(jī)的頻率改變來調(diào)節(jié)。

1.2 空冷機(jī)組的特點(diǎn)。為滿足與環(huán)境空氣對(duì)流換熱的需要，散熱器具有相當(dāng)大的表面積。而且，散熱器相對(duì)遠(yuǎn)離汽機(jī)尾部，因而需要一個(gè)較大的排汽通道，盡管采用機(jī)力通風(fēng)的空冷散熱器盡量靠近汽機(jī)房布置，但排汽通道的截面仍然相當(dāng)大，無疑會(huì)大大增加熱力系統(tǒng)的腐蝕產(chǎn)物，危害熱力設(shè)備。

1.3 空冷系統(tǒng)水質(zhì)特點(diǎn)

1.3.1 含鹽量低：直接空冷系統(tǒng)的汽機(jī)尾汽直接進(jìn)入

空冷換熱器冷凝成水，屬一次性表面換熱，在啟動(dòng)機(jī)組或者機(jī)組出現(xiàn)故障時(shí)，影響蒸汽的質(zhì)量，進(jìn)而升高了凝結(jié)水的含鹽量，但是卻達(dá)不到泄漏凝汽器的程度。

1.3.2 SiO2比例高：與天然水相比，在蒸汽攜帶和混床出水中，由于SiO2所占比例比較大，且水泄漏或滲漏沒有經(jīng)空冷系統(tǒng)的冷卻，所以，在水質(zhì)指標(biāo)中，SiO2在凝結(jié)水中所占比例也較大。

1.3.3 凝結(jié)水中CO2、金屬的腐蝕產(chǎn)物含量較高：在接觸面積

方面，由于空冷系統(tǒng)水汽接觸的換熱表面積比較大，蒸汽經(jīng)汽輪機(jī)做功后，經(jīng)大型管道及散熱片的處理被強(qiáng)制冷卻為凝結(jié)水，在一定程度上有更多的機(jī)會(huì)與漏入的空氣接觸，導(dǎo)致水中CO2的含量比較高。在水汽循環(huán)過程中，在運(yùn)行過程中由于負(fù)荷發(fā)生變動(dòng)，金屬氧化物的含量因汽水管道中腐蝕產(chǎn)物脫落而增大。

上述情況也是影響凝結(jié)水水質(zhì)的主要原因。

1.4 水工況

1.4.1 受外界氣象的影響，空冷機(jī)組汽輪機(jī)的尾部參數(shù)發(fā)生很大的變化，凝結(jié)水溫度受年平均背壓高的影響變得較高。與大氣環(huán)境溫度相比，直接空冷機(jī)組凝結(jié)水溫度要高出36℃。

1.4.2 在啟動(dòng)時(shí)，維持排氣管真空所需時(shí)間受到系統(tǒng)容積大的影響，因而變得較長。

2 處理凝結(jié)水的必要性

2.1 處理凝結(jié)水的目的。處理凝結(jié)水的任務(wù)就是對(duì)金屬的腐蝕產(chǎn)物、膠硅、懸浮雜質(zhì)以及可溶鹽類進(jìn)行清除。

但主要目的有兩個(gè)：去除凝結(jié)水中的金屬腐蝕產(chǎn)物及微量的溶解鹽類。

2.2 凝結(jié)水精處理的適用范圍。凝結(jié)水處理適用于汽輪機(jī)凝結(jié)水、生產(chǎn)返回水及各種疏水處理，但目前主要是針對(duì)汽輪機(jī)凝結(jié)水。由于凝結(jié)水本身比原水純凈，因此又稱為凝結(jié)水精處理。它是大容量、高參數(shù)發(fā)電機(jī)組中一種特有的水處理方式。

適用范圍：

①直流爐機(jī)組；

②亞臨界參數(shù)以上的汽包鍋爐機(jī)組；

③用海水或苦咸水做冷卻水的高壓機(jī)組及超高壓機(jī)組；

④帶有間接空冷凝汽器的超高壓機(jī)組。

3 凝結(jié)水精處理系統(tǒng)

3.1 低壓凝結(jié)水處理與中壓凝結(jié)水處理系統(tǒng)。凝結(jié)水處理系統(tǒng)在熱力系統(tǒng)中位置一般都處于凝結(jié)水泵和低壓加熱器之間，這里水溫不超過60℃，能滿足精處理設(shè)備及材料正常工作的基本要求。

這種系統(tǒng)由于凝結(jié)水泵運(yùn)行壓力較低（1～1.3MPa），水經(jīng)凝結(jié)水處理裝置，再經(jīng)低壓加熱器送入高壓除氧器時(shí)，就顯得壓力不夠，為解決這個(gè)問題，就設(shè)置了凝結(jié)水箱及凝結(jié)水升壓泵，將水升壓。這種運(yùn)行壓力小于1～1.3Mpa的凝結(jié)水處理系統(tǒng)稱為低壓凝結(jié)水處理系統(tǒng)。

低壓凝結(jié)水系統(tǒng)的最大問題就是凝結(jié)水箱的密封性。由于凝結(jié)水含氧量很低，要防止空氣中氧進(jìn)入凝結(jié)水，必須對(duì)凝結(jié)水箱進(jìn)行嚴(yán)格密封，其次的問題是凝結(jié)水箱容積較大（比如30萬機(jī)組需500立方米的水箱），在汽機(jī)房中占地面積較大。

為了解決上述問題，有設(shè)計(jì)將凝結(jié)水泵和凝結(jié)水升壓泵同軸運(yùn)行，從而省去了凝結(jié)水箱，但需設(shè)置密封式補(bǔ)給水箱，以便于凝汽器熱井以至除氧器的水位調(diào)節(jié)。為了解決凝結(jié)水壓力較低而出現(xiàn)的問題，可以將凝結(jié)水壓力升至4Mpa，此即中壓凝結(jié)水處理系統(tǒng)。

我廠凝結(jié)水精處理系統(tǒng)即采用了中壓凝結(jié)水處理系統(tǒng)。它取消了凝結(jié)水升壓泵和凝結(jié)水箱，通過有壓放水調(diào)節(jié)。凝結(jié)水泵直接將凝結(jié)水送入凝結(jié)水處理裝置、低壓加熱器直至除氧器，因此簡化了熱力系統(tǒng)。

3.2 凝結(jié)水處理系統(tǒng)目前常用的設(shè)備。粉末樹脂覆蓋過濾器、電磁過濾器、陽離子交換器、微孔管式過濾器等。以下具體介紹前2種：

3.2.1 粉末樹脂覆蓋過濾器。覆蓋過濾器是將不同材質(zhì)的助濾劑鋪覆在濾元的外表面，助濾劑包括粉末樹脂、纖維粉、活性碳粉等。粉末樹脂覆蓋過濾器是把過濾器與離子交換器結(jié)合在一起進(jìn)行精處理，在正常運(yùn)行過程中，通過鋪纖維粉作為除鐵過濾器，通過鋪活性碳粉進(jìn)行除油。在發(fā)生事故、啟動(dòng)期間或水質(zhì)不好時(shí)，通過將鋪樹脂粉或樹脂粉與纖維粉進(jìn)行混合，將水汽系統(tǒng)中的雜質(zhì)、污染物、鹽類等進(jìn)行清除。

該設(shè)備單臺(tái)出力大，占地小，容易布置主廠房，系統(tǒng)簡單，投資費(fèi)用低，精處理前后凝結(jié)水的壓力損失小。運(yùn)行時(shí)的起始?jí)翰顬?.02～0.34MPa，最大壓差為0.175MPa。因凝結(jié)水水質(zhì)好，周期長，粉末樹脂用量不大，與薄層分床相比，運(yùn)行費(fèi)用差不多，甚至還要小。

3.2.2 電磁除鐵過濾器。將不銹鋼球作為電磁除鐵過濾器的填料，在線圈方面，其磁場(chǎng)強(qiáng)度為1.5×105A/m，磁通密度0.2T，過濾速度1500m/h。根據(jù)濾床壓力損失或預(yù)先選定的時(shí)間間隔判斷其是否失效。失效后進(jìn)行沖洗，沖洗時(shí)間1～2min，在沖洗的過程中必須對(duì)電氣進(jìn)行退磁處理，在水量方面通常為過濾器體積的12倍。

3.3 設(shè)備比較。通過對(duì)上述進(jìn)行分析，在基建投資、占地面積、操作管理、系統(tǒng)運(yùn)行安全性等方面，粉末樹脂覆蓋過濾器系統(tǒng)具有一定的優(yōu)勢(shì)。

3.3.1 我廠采用的是粉末樹脂覆蓋過濾器。粉末樹脂覆蓋過濾器用于除鹽時(shí)，陰陽樹脂比例1：（2～9），樹脂用量為0.8～1千克/平方米。

機(jī)組啟動(dòng)階段：受懸浮固體與溶解固形物高的影響，

通過選擇陽（氨型）陰（OH-）比例2：1混合樹脂和纖維進(jìn)行一起使用，控制樹脂與纖維的比率為2：1，鋪膜劑量為0.74～1.20kg/m2。

正常運(yùn)行階段：選擇陽（氨型）陰（OH-）比例為2：1混合樹脂和纖維一起使用，樹脂與纖維的比率在1：1之間，鋪膜劑量為0.8～1.20kg/m2。通常情況下，每臺(tái)過濾器的鋪膜量每次為0.98kg/m2。每臺(tái)粉末樹脂過濾器運(yùn)行周期：20～30天。

3.3.2 覆蓋過濾系統(tǒng)工藝。按照2×100%設(shè)置每臺(tái)機(jī)組的精處理設(shè)備按凝結(jié)水量，按中壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，同時(shí)為每臺(tái)機(jī)組設(shè)置一套鋪膜及清洗設(shè)施。

工藝流程：凝結(jié)水泵來水→粉末樹脂覆蓋過濾器→低壓加熱器。

在系統(tǒng)中設(shè)置旁路，系統(tǒng)在溫度超出設(shè)定值時(shí)，自動(dòng)切換到旁路。

4 總結(jié)

4.1 基于亞臨界機(jī)組對(duì)汽水品質(zhì)的要求，直接空冷系統(tǒng)應(yīng)設(shè)凝結(jié)水精處理裝置，進(jìn)而減少系統(tǒng)中腐蝕產(chǎn)物的沉積，同時(shí)避免CO2進(jìn)入熱力系統(tǒng)。需要對(duì)凝結(jié)水進(jìn)行100%處理。

4.2 處理水質(zhì)溫度是選擇空冷機(jī)組凝結(jié)水精處理

系統(tǒng)的主要因素，其材質(zhì)、濾料和樹脂等符合耐高溫的要求。

4.3 在選擇凝結(jié)水精處理系統(tǒng)設(shè)備的過程中，需要對(duì)水質(zhì)適應(yīng)性進(jìn)行綜合考慮，特別是系統(tǒng)的先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)境影響以及機(jī)組爐內(nèi)的水化學(xué)工況等諸多因素，從而合理選擇應(yīng)用精處理設(shè)備。

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