凝結(jié)水精處理高速混床周期制水量下降原因分析及處理

李君君，許密生，劉秀紅

(1.鄭州燃氣發(fā)電有限公司，鄭州　450000； 2.國家電投集團河南電力有限公司平頂山發(fā)電分公司，河南 平頂山　467312)

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凝結(jié)水精處理高速混床周期制水量下降原因分析及處理

李君君1，許密生2，劉秀紅2

(1.鄭州燃氣發(fā)電有限公司，鄭州450000； 2.國家電投集團河南電力有限公司平頂山發(fā)電分公司，河南 平頂山467312)

某電廠凝結(jié)水精處理高速混床平均周期制水量和投運初期對比，出現(xiàn)了明顯的下降。分析了影響凝結(jié)水精處理高速混床周期制水量的因素，指出該電廠精處理系統(tǒng)運行中存在混床交換終點控制不合理、混床樹脂填充量不足、陰陽樹脂填充比例不合理等問題，提出了更換混床出水水質(zhì)監(jiān)控標準、補充樹脂的調(diào)整措施。調(diào)整措施實施后，雖然陰陽樹脂的填充比例仍未來得及調(diào)整，但各混床的平均周期制水量提高了3萬t以上。

凝結(jié)水精處理系統(tǒng)；高速混床；周期制水量；水質(zhì)；陰陽樹脂；填充比例

0　引言

直流鍋爐不存在爐水的循環(huán)蒸發(fā)過程，不能像汽包鍋爐那樣進行加藥處理和排污處理，因此，給水若帶入鹽分和其他雜質(zhì)，要么會在爐管內(nèi)形成沉積物，要么會隨蒸汽帶入汽輪機中沉積在蒸汽流通部位，還有少部分會返回凝結(jié)水中[1]。1 000 MW機組參數(shù)大、容量高，為了減輕熱力系統(tǒng)的腐蝕、結(jié)垢、積鹽，對給水水質(zhì)的要求較高。機組運行過程中，凝汽器漏冷卻水、金屬腐蝕產(chǎn)物污染、水汽系統(tǒng)漏入空氣、補給水帶入雜質(zhì)等均會造成凝結(jié)水污染，必須設(shè)置凝結(jié)水精處理系統(tǒng)，以保障給水水質(zhì)。

提高凝結(jié)水精處理高速混床的周期制水量，能有效降低樹脂再生費用和酸、堿廢水排放量，對機組的經(jīng)濟運行和環(huán)境保護都有重要意義。本文以某電廠2×1 000 MW機組為例，來闡述凝結(jié)水高速混床運行周期制水量低的原因。

1　機組概況

1.1凝結(jié)水精處理系統(tǒng)

凝結(jié)水凈化處理采用中壓凝結(jié)水精處理系統(tǒng)，設(shè)置前置過濾器進行過濾，設(shè)置高速混床進行除鹽處理。2臺前置過濾器并聯(lián)運行，不設(shè)備用；3臺高速混床并聯(lián)運行，1臺備用，滿足每臺機組凝結(jié)水100%處理。混床采用氫型運行方式，GB/T 12145—2008《火力發(fā)電機組及蒸汽動力設(shè)備水汽質(zhì)量》中規(guī)定的出水水質(zhì)標準見表1[2]。

表1　凝結(jié)水精處理混床出水水質(zhì)

1.2失效樹脂再生系統(tǒng)

樹脂再生系統(tǒng)由樹脂分離塔、陰樹脂再生罐、陽樹脂再生罐、應(yīng)急失效樹脂儲罐、應(yīng)急再生樹脂儲罐、壓縮空氣儲罐、樹脂捕捉器和酸堿計量單元組成，2臺機組共用1套再生系統(tǒng)。1 000 MW機組處理的凝結(jié)水量大，混床臺數(shù)多，所以增設(shè)了應(yīng)急失效樹脂儲罐和應(yīng)急再生樹脂儲罐，分別用于應(yīng)急儲存混床失效樹脂和再生好的備用樹脂。

1.3混床制水情況統(tǒng)計

由于混床的運行周期受機組負荷影響較大，所以根據(jù)混床周期制水量來評價混床運行狀況。2013年6 — 9月、2015年6 — 9月2臺機組8臺混床的平均周期制水量見表2，由表2可知，2年的時間內(nèi)，混床的周期制水量出現(xiàn)了較大幅度的下降。

2　高速混床周期制水量的影響因素

高速混床周期制水量與混床運行方式(氫型運行和銨型運行)、離子交換樹脂的種類和性能、混床樹脂填充量、陰陽樹脂填充比例、失效樹脂再生度、陰陽樹脂混合程度、樹脂污染及老化程度、交換終點的控制、進水水質(zhì)、運行流速、偏流等因素有關(guān)。

表2　混床平均周期制水量對比　t

(1)混床運行方式?；齑舶催\行方式分為氫型混床和銨型混床。銨型混床的周期制水量要比氫型混床大得多，但精處理時銨型混床運行對失效樹脂的再生度要求很高，否則在混床由氫型運行到銨型運行轉(zhuǎn)化的階段容易出現(xiàn)氯離子和鈉離子的泄漏[3]。加氧處理的機組對給水水質(zhì)的要求較高，混床不宜采用氨化運行的方式。機組運行穩(wěn)定后，給水處理方式改成加氧處理已經(jīng)成為一種趨勢，所以超超臨界機組大都采用氫型運行方式。

(2)離子交換樹脂的種類和性能。離子交換樹脂的工作交換容量與樹脂的種類和性能有很大關(guān)系，進而影響高速混床的周期制水量。如大孔型樹脂由于空隙占據(jù)一定的空間，離子交換基團含量相應(yīng)減少，所以交換容量比凝膠型樹脂低些[4]。

(3)混床樹脂填充量和陰陽樹脂填充比例?；齑矘渲畛淞恳鶕?jù)混床的設(shè)計容量來設(shè)定。混床運行過程中，少量樹脂會因承受不住運行壓力而破碎，破碎后的樹脂會透過濾網(wǎng)被樹脂捕捉器捕捉或在樹脂再生時通過反洗被清除，造成樹脂填充量減少。失效樹脂體外再生時，罐體水帽、濾網(wǎng)及連接的管道等處泄漏掉一部分樹脂。如果不及時補充，混床樹脂填充量會逐漸減少，充分再生的情況下混床運行周期也會相對縮短，周期制水量相對減少。陰陽樹脂填充比例要根據(jù)給水水化學工況和混床運行方式來調(diào)整。不同水化學工況下給水、凝結(jié)水的pH值不同，混床進水中欲除去的陰、陽離子的摩爾濃度也不同[1]。不同給水處理方式下，陰、陽樹脂的比例的設(shè)置不同：當采用氫型混床時，比例宜為 1∶2或 1∶1；當給水采用加氧處理(OT)工況時，比例宜為 1∶1；當采用銨型混床時，比例宜為 2∶1或 3∶2；當有前置氫床時，比例宜為 2∶1或 3∶2[1]；另外，采用國網(wǎng)河南省電力公司電力科學研究院推出的弱氧化給水處理工況(WOT)時，比例宜為 2∶3 或 1∶2。

(4)失效樹脂再生度。其他參數(shù)不變，失效樹脂再生度下降時，樹脂的工作交換容量下降，混床周期制水量也下降。高速混床失效樹脂的再生度與再生前陰陽樹脂的分離程度、再生劑質(zhì)量、再生劑用量、再生液質(zhì)量濃度、再生液溫度、陰陽樹脂混合前漂洗干凈程度等因素有關(guān)?；齑矘渲膹氐追蛛x是提高樹脂再生度的重要前提之一[1]。陰、陽樹脂分別再生后，混雜的樹脂以失效型樹脂存在于再生好的樹脂中，從而降低了樹脂的再生度[1]。若再生劑質(zhì)量差、再生劑不純，則置換階段雜質(zhì)離子干擾嚴重，直接導致樹脂再生度低。再生劑用量少時，保障再生液量足夠時會導致再生液質(zhì)量濃度不夠，保障再生液質(zhì)量濃度合適時又會導致接觸時間短，這兩種情況均會導致置換不充分，樹脂再生度低。陰樹脂再生液溫度低時，置換速度慢，不利于硅的洗脫，樹脂再生不充分，影響相對較小。陰陽樹脂混合前要充分進行漂洗，要用除鹽水把樹脂顆粒間和樹脂顆粒內(nèi)部孔道里殘留的再生廢液漂洗干凈?；旌锨皼]有漂洗干凈時，混合時殘留的陰(陽)樹脂再生廢液會污染已再生好的陽(陰)樹脂，導致樹脂再生度低。置換完成后，陰陽樹脂要漂洗至出水電導率小于5 μS/cm后再進行陰、陽樹脂的混合。

(5)陰陽樹脂混合程度。對于體外再生的混床，陰陽樹脂的混合一般是在再生好并漂洗完成后?；齑搏@得超純水是建立在兩種樹脂充分混合基礎(chǔ)上的[5]，但在實際應(yīng)用中，由于陽樹脂的沉降速度高于陰樹脂，兩種樹脂徹底混合是不可能的，樹脂層上部陽樹脂往往要少于陰樹脂，而下部往往要多于陰樹脂[5]。陰陽樹脂混合不均，陰樹脂放氯時會使混床出水pH值偏低[1]，從而導致混床提前失效，周期制水量下降。

(6)樹脂污染及老化程度。一般來說，經(jīng)過試驗選擇的新樹脂，剛使用時不會出現(xiàn)水質(zhì)問題，但隨著使用時間的增長和其他因素的影響，就會出現(xiàn)運行壓差增大，出水質(zhì)量差，工作交換容量降低，酸堿耗增大，甚至樹脂報廢的現(xiàn)象[6]。樹脂污染及老化程度隨著運行時間的增加而加重，凝結(jié)水中有害雜質(zhì)(如金屬腐蝕產(chǎn)物、氧化性物質(zhì)、有機物等)含量高時，樹脂污染及老化速度會加快。所以，隨著運行時間的增加，混床的周期制水量會出現(xiàn)一定程度的下降，這時就要對樹脂進行復蘇或更換處理。

(7)交換終點的控制。混床交換終點控制越嚴，混床運行周期越短，周期制水量越低。設(shè)有精處理系統(tǒng)的電廠，混床出水水質(zhì)一般是按照GB/T 12145—2008《火力發(fā)電機組及蒸汽動力設(shè)備水汽質(zhì)量》中的相關(guān)規(guī)定進行控制。

(8)進水水質(zhì)?；齑驳闹芷谥扑颗c進水水質(zhì)有很大關(guān)系，進水水質(zhì)差，雜質(zhì)離子含量高，混床的運行周期就會縮短，周期制水量下降。進水水質(zhì)污染主要是凝結(jié)水受到污染，如凝汽器泄漏、補水水質(zhì)差或機組啟動初期水質(zhì)較差等。

(9)運行流速。凝結(jié)水具有水量大和含鹽量低的特點，所以宜采用高流速運行的混床，但過高的運行流速會產(chǎn)生工作層變厚、水流阻力增加、樹脂受壓破碎等諸多問題[1]。運行流速提高，工作層變厚，工作層向下移速度加快，使得混床失效速度加快，運行周期縮短。混床運行流速一般為100～120 m/h[1]。

(10)偏流。混床偏流是進水布水不均造成的，由此引起混床內(nèi)樹脂交換層紊亂，樹脂局部產(chǎn)生堆積，凹面區(qū)域樹脂交換層變薄，不合格凝結(jié)水很快穿透，從而造成混床樹脂提早失效，使混床運行周期變短[7]。進水布水不均的原因有進水布水多孔板變形、混床內(nèi)部水帽流通面積分布不均勻[7-8]、設(shè)備安裝不規(guī)范等。判斷有偏流現(xiàn)象時，應(yīng)及時將問題混床停運隔離并進行檢修處理，以免影響出水水質(zhì)和精處理系統(tǒng)的正常運行。

3　精處理系統(tǒng)運行中存在的問題

某電廠2臺機組2010年實現(xiàn)雙投，精處理系統(tǒng)為保障機組啟動和運行階段的安全經(jīng)濟運行做出了重大貢獻，但隨著運行時間的延長，也出現(xiàn)了一些問題。

(1)混床交換終點的控制不合理。機組運行初期，混床出口電導率表前設(shè)有氫離子交換柱，用于連續(xù)監(jiān)測混床出水氫電導率，作為判斷混床是否失效的一個重要依據(jù)。運行一段時間后，該公司將氫離子交換柱中填充的樹脂取出，將監(jiān)測的比電導率作為混床失效的依據(jù)，即混床出現(xiàn)漏氨就判斷混床失效。銨根離子對于汽水系統(tǒng)而言并非有害雜質(zhì)離子，混床剛出現(xiàn)漏氨的一段時間內(nèi)仍有良好的除鹽能力，混床氨化進行到一定程度才會出現(xiàn)漏鈉現(xiàn)象。所以，用比電導率代替氫電導率來判斷混床的失效，會使混床的運行時間縮短。

(2)混床樹脂填充量不足。該公司采用的樹脂為蘇青大孔型樹脂，和一些同種類的進口樹脂相比，強度和熱穩(wěn)定性稍差，易降解、易破碎，隨著運行時間的增加會逐漸損失一部分樹脂。樹脂再生時，再生系統(tǒng)中樹脂分離塔、陰樹脂再生罐、陽樹脂再生罐也發(fā)生過樹脂泄漏事件，漏掉的樹脂會被樹脂捕捉器捕捉，但樹脂捕捉器中的繞絲會被破碎的樹脂堵塞，泄水不及時，致使水流漫過繞絲，部分樹脂被水流沖到地溝，導致樹脂量減少。

(3)陰、陽樹脂填充比例不合理。該公司#1，#2機組加氧處理前采用氧化性全揮發(fā)處理，給水pH值調(diào)整下限為9.2。目前2臺機組均采用給水弱氧化處理，給水pH值調(diào)整下限為9.3。機組投產(chǎn)至今，混床陰、陽樹脂填充比例為1∶1，對于采用高pH值的給水處理工藝的機組來說，這個填充比例不合理；另外，由于陽再生罐發(fā)生樹脂泄漏的次數(shù)較多，陽樹脂損失量比陰樹脂損失量大，實際再生過程中，陰、陽樹脂比例要低于1∶1，不利于發(fā)揮精處理系統(tǒng)的最大功效。

4　解決措施

該公司2015年10月采購了樹脂并進行新樹脂預處理，陰、陽樹脂分別暫時存放在應(yīng)急失效樹脂儲罐和應(yīng)急再生樹脂儲罐中備用。針對發(fā)現(xiàn)的問題，做出了以下調(diào)整措施。

(1)調(diào)整混床失效判定標準?；齑渤隹诠芨髟诰€電導率表進水管前氫離子交換柱中重新裝填變色強酸陽樹脂，監(jiān)測混床出水氫電導率，同時加裝鈉表，監(jiān)測出水鈉離子的質(zhì)量濃度?；齑渤鏊|(zhì)按照表1的期望值進行控制，主要是以在線電導率表和鈉表顯示值為依據(jù)，當混床出水氫電導率>0.10 μS/cm或ρNa+>1 μg/L或制水量超過25萬t時，混床退出，對樹脂進行再生。

(2)對樹脂量少的混床進行樹脂補充。樹脂分層完成后，要將陰、陽樹脂分別輸送至陰樹脂再生罐和陽樹脂再生罐。輸送時，保障樹脂分離塔中陰、陽樹脂有足夠的余留量，避免樹脂輸送時產(chǎn)生交叉污染。加強監(jiān)督樹脂捕捉器中樹脂的截留量，有較多非破碎樹脂被截留時，說明罐體或管道發(fā)生了泄漏，應(yīng)及時停止再生并通知維護處理；及時疏通繞絲，避免樹脂捕捉器泄水不暢而導致已截留的樹脂流失。

(3)調(diào)整陰、陽樹脂填充比例。該公司2016年有一個關(guān)于精處理及再生系統(tǒng)樹脂體外分離與輸送技術(shù)改造的科技項目，采用西安熱工研究院有限公司開發(fā)的樹脂輸送圖像智能識別及控制儀(IRIC)；同時，調(diào)整陰、陽樹脂的填充比例，預計陰、陽樹脂的填充比例由原來的1∶1調(diào)整至2∶3。整個項目完成后，混床的周期制水量能夠提高20%左右。

5　實施效果

調(diào)整措施實施后，統(tǒng)計2015年12月—2016年1月期間2臺機組8臺混床的平均周期制水量，見表3。和表2中2015年數(shù)據(jù)對比可知，各混床的平均周期制水量均提高了3萬t以上。

表3　調(diào)整后混床平均周期制水量統(tǒng)計　t

6　結(jié)束語

調(diào)整措施實施后，混床的周期制水量有了一定的提高，平均1臺混床的周期制水量可以提高3萬t以上。精處理及再生系統(tǒng)樹脂體外分離與輸送技術(shù)改造項目完成后，陰、陽樹脂填充比例也將調(diào)整至合理狀態(tài)，混床的周期制水量還會有較大的提高。

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(本文責編：劉芳)

2016-03-28；

2016-06-20

TM 621.8

B

1674-1951(2016)07-0040-03

李君君(1988—)，女，河南鄭州人，助理工程師，從事電廠化學水處理及化學監(jiān)督方面的工作(E-mail:840993114@qq.com)。