凝結(jié)水精處理系統(tǒng)提質(zhì)增效及節(jié)水減排技術(shù)開發(fā)應(yīng)用

聶 濤 田文華 劉炎偉 李 鵬

（1、國家電投集團(tuán)河南電力有限公司平頂山發(fā)電分公司，河南 平頂山467312 2、西安熱工研究院有限公司，陜西 西安710000）

1 背景

平頂山發(fā)電分公司有2 臺(tái)1000MW 超超臨界機(jī)組，每臺(tái)機(jī)組的凝結(jié)水精處理系統(tǒng)設(shè)置2 臺(tái)DN1800 管式過濾器和4 臺(tái)DN3200 球形高速混床。過濾器為2 臺(tái)同時(shí)運(yùn)行，高混為3 運(yùn)1備。2 臺(tái)機(jī)組公用一套高混樹脂體外分離與再生系統(tǒng)，樹脂體外分離采用高塔法。

該廠凝結(jié)水精處理存在高混運(yùn)行周期短、周期制水量明顯較少。高混運(yùn)行末期出水泄漏鈉、氯和硫酸根等雜質(zhì)離子等問題。這些問題會(huì)導(dǎo)致高混再生頻次過多，顯著增加了精處理系統(tǒng)的運(yùn)行成本。大幅增加運(yùn)行人員的工作強(qiáng)度的同時(shí)，使高混的工藝執(zhí)行效果不穩(wěn)定，影響高混運(yùn)行的可靠性。并且顯著增加機(jī)組腐蝕、結(jié)垢和積鹽的風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引發(fā)鍋爐爆管和汽輪機(jī)葉片腐蝕斷裂等安全事故。對全廠的節(jié)水減排工作造成很大的負(fù)面影響。

2 高混運(yùn)行診斷及評估

為了查找出存在的問題，對影響高混運(yùn)行的各方面因素進(jìn)行評估，結(jié)果見表1。樹脂分離度與分離輸送的體積偏差和陽樹脂工作交換容量的具體檢測數(shù)據(jù)見表2 和表3。

導(dǎo)致該廠精處理高混運(yùn)行出現(xiàn)運(yùn)行末期水質(zhì)超標(biāo)以及周期制水量明顯較少的主要原因?yàn)椋?/p>

（1）樹脂分離度低，樹脂“交叉污染”嚴(yán)重，加之失效樹脂卸出率嚴(yán)重超標(biāo)，樹脂混合效果差，造成陽樹脂工交較低，使得運(yùn)行末期出水鈉離子、氯離子和硫酸根離子超標(biāo)，同時(shí)對高混周期制水量造成不利影響。

（2）樹脂分離與輸送過程監(jiān)控裝置處于失靈狀態(tài)，樹脂分離效果及輸送終點(diǎn)靠運(yùn)行人員就地人為控制，造成樹脂輸送誤差大，樹脂分離度低。樹脂分離度低，加之失效樹脂卸出率嚴(yán)重超標(biāo)，使得高混樹脂體積與設(shè)計(jì)值發(fā)生偏差且比例混亂，降低了高混的周期制水量。此外，陽樹脂體積較少，也不利于高混氫型長周期運(yùn)行。

（3）高混進(jìn)水分配裝置性能較差，導(dǎo)致高混運(yùn)行偏流，部分樹脂提前失效，進(jìn)一步減少了高混周期制水量。

3 高混運(yùn)行優(yōu)化方案及實(shí)施

3.1 改造樹脂體外分離與輸送過程的監(jiān)控系統(tǒng)

為解決高混樹脂體外分離與輸送準(zhǔn)確性差和樹脂比例混亂的問題，提高樹脂分離度，對目前的樹脂體外分離與輸送過程的監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行改造，采用西安熱工院研發(fā)的專利產(chǎn)品——樹脂圖像智能識(shí)別及控制儀（簡稱“IRIC”）。

表1 診斷和評估結(jié)果匯總表

表2 樹脂分離度與分離輸送的體積偏差

表3 高速混床陽樹脂工交容量

3.2 優(yōu)化高混樹脂配比

為延長氫型混床的運(yùn)行周期，增加其周期制水量，經(jīng)過綜合考慮各種因素后，將精處理高混陽陰樹脂配比優(yōu)化由原來的1:1 調(diào)整至3:2。調(diào)整后樹脂裝填量為陽樹脂4.6m3，陰樹脂3m3。

陽樹脂裝填量增加后，將會(huì)使原本樹脂混合不均的問題更加嚴(yán)峻，為此，通過樹脂再生工藝控制策略研究，改善樹脂混合效果。

3.3 高混樹脂再生工藝控制策略的試驗(yàn)研究

為實(shí)現(xiàn)樹脂比例調(diào)整后，IRIC 對樹脂分離效果的全程在線監(jiān)控以及對樹脂輸送終點(diǎn)的控制，對樹脂分離、輸送的程控步序進(jìn)行優(yōu)化。同時(shí)，對精處理系統(tǒng)診斷階段發(fā)現(xiàn)的高混運(yùn)行及再生步序中某些設(shè)定不合適的步驟及參數(shù)也進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整。根據(jù)結(jié)果，改造高速混床工藝控制邏輯，使優(yōu)化后的工藝步序能夠按照程序運(yùn)行。最終，精處理高混運(yùn)行、體外輸送及再生過程實(shí)現(xiàn)了程序控制。

3.4 改進(jìn)混床失效控制指標(biāo)

為了解決高混運(yùn)行末期出水氯離子、鈉離子和硫酸根離子超標(biāo)的問題，在對高混進(jìn)行運(yùn)行優(yōu)化后，需對高混失效的比電導(dǎo)控制指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)定一個(gè)更加嚴(yán)格、更加合理的高混出水比電導(dǎo)指標(biāo)（根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，從原來的0.5～1.0μS/cm 定為0.15μS/cm），將氯離子、鈉離子以及硫酸根離子含量控制在1μg/L 以下。

3.5 改造高混進(jìn)水分配裝置

為徹底解決高速混床運(yùn)行偏流的問題，對目前擋板加多孔板配水帽的高混進(jìn)水裝置進(jìn)行改造，采用結(jié)構(gòu)更加合理的加強(qiáng)型兩級高速混床進(jìn)水分配裝置。

表4 高混運(yùn)行診斷項(xiàng)目評價(jià)結(jié)果匯總表

4 優(yōu)化后高混運(yùn)行效果評估

項(xiàng)目實(shí)施后，高混整體運(yùn)行性能得到明顯改善，且運(yùn)行穩(wěn)定。高混運(yùn)行診斷項(xiàng)目評價(jià)結(jié)果匯總由表4 所示。

4.1 提質(zhì)方面

高混運(yùn)行末期出水：鈉離子的峰值由14.9μg/L 降至0.5μg/L；氯離子的峰值由4.9μg/L 降至0.2μg/L；硫酸根離子峰值由1.5μg/L 降至0.2μg/L。

在凝結(jié)水加氨量相同的條件下，優(yōu)化后各臺(tái)高混周期制水量均有增加，增幅最大可達(dá)127%，平均為96%。

高混出水水質(zhì)得到明顯改善后，熱力設(shè)備發(fā)生腐蝕、結(jié)垢和積鹽的風(fēng)險(xiǎn)將顯著降低，可有效避免鍋爐爆管、汽輪機(jī)葉片腐蝕斷裂等安全事故的發(fā)生。

4.2 增效方面

節(jié)省除鹽水費(fèi)：年自用水量由4.0 萬m3減少至2.1 萬m3，節(jié)省28 萬元/年。節(jié)省酸堿費(fèi)：每年減少酸用量155 噸，減少堿用量72 噸，節(jié)省24 萬元/年。節(jié)省樹脂采購費(fèi)：26 萬元/年。節(jié)省廢水處理費(fèi)：年廢水排放量減少1.9 萬m3，節(jié)省1.9 萬元/年。

4.3 節(jié)水減排的成效

節(jié)省高品質(zhì)除鹽水：1.9 萬m3/年，節(jié)省新鮮水：3.2 萬m3/年?？蓽p排固體鹽類約90 噸，廠內(nèi)開展全廠廢水“零排放”的技改工作，可減少約4%的末端廢水處理工藝投資。

4.4 智能控制方面

高混再生頻次減少，大幅降低了運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)也降低了樹脂再生時(shí)化學(xué)藥品危害運(yùn)行人員身體健康的風(fēng)險(xiǎn)。再生設(shè)備使用頻次相應(yīng)減少，提高了設(shè)備的可靠性。精處理自用水量降低后，減少了化學(xué)除鹽車間的制水量，提高了制水設(shè)備的可靠性。高混樹脂體外分離、輸送程序變原來的人工監(jiān)控為自動(dòng)化監(jiān)控，大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。同時(shí)，程序能對樹脂分離及上一個(gè)輸送步序的效果自動(dòng)檢測，實(shí)現(xiàn)了對樹脂分離和輸送過程的智能化管理，可顯著提高精處理系統(tǒng)的運(yùn)行管理水平。

5 結(jié)論

（1）高混出水水質(zhì)明顯提高。氯離子和鈉離子含量優(yōu)于GB/T 12145-2016 表6 中期望值的要求，硫酸根離子含量優(yōu)于超超臨界機(jī)組凝結(jié)水精處理系統(tǒng)出水水質(zhì)建議的控制指標(biāo)（＜0.5μg/L）。

（2）高混周期制水量得到大幅增加。在凝結(jié)水加氨量相同的條件下，優(yōu)化后高混周期制水量平均增幅為96%，最大增幅可達(dá)127%。

（3）單位制水量所用酸堿和除鹽水量以及酸堿廢水排放量均明顯減少。單位制水量所用酸堿量及所用除鹽水率降幅均為38%，年酸堿廢水排放量減少1.9 萬m3。

（4）解決了高混樹脂體外分離與輸送精度低的問題，并實(shí)現(xiàn)了高混運(yùn)行、體外輸送及再生過程的程序化控制。

（5）每年不但為電廠產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益80 余萬元，還可減排固體鹽類約90 噸，具有十分顯著的提質(zhì)增效和節(jié)水減排效果。