某600 MW發(fā)電機(jī)組凝結(jié)水精處理運(yùn)行工藝優(yōu)化試驗(yàn)研究

曹士海，龐勝林，何高祥，孟建雄，唐 磊，戴 鑫*

（1.華能國際電力股份有限公司玉環(huán)電廠，浙江 玉環(huán) 317604；2.浙江西熱利華智能傳感技術(shù)有限公司，浙江 海寧 314400）

0 引言

凝結(jié)水精處理的主要目的是去除熱力系統(tǒng)中的腐蝕產(chǎn)物和各種溶解性離子雜質(zhì)，對(duì)改善鍋爐給水和熱力系統(tǒng)的水汽質(zhì)量具有重要意義［1～7］。某600 MW 發(fā)電機(jī)組精處理系統(tǒng)運(yùn)行過程中存在的運(yùn)行周期異常偏短、出水氯離子超標(biāo)、再生劑用量偏高的問題，許多運(yùn)行指標(biāo)不僅遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)指標(biāo)，與同類系統(tǒng)相比差距也很大，通過改造雙層多孔板布水裝置、調(diào)整床體陰陽樹脂比例以及再生工藝的精細(xì)化調(diào)試等優(yōu)化調(diào)整，顯著改善了該機(jī)組經(jīng)處理系統(tǒng)的運(yùn)行狀況：精處理混床周期制水量可提高1 倍以上，再生堿耗及水耗降低了50%以上，同時(shí)出水氯離子也得到了有效控制。一方面有效降低了熱力設(shè)備發(fā)生氯離子腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)，保障了機(jī)組的運(yùn)行安全，另一方面取得了顯著的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益［8-10］。

1 精處理系統(tǒng)評(píng)估診斷

該600 MW機(jī)組凝結(jié)水精處理系統(tǒng)設(shè)置2×50%前置過濾器和2×50%球形高速混床（以下簡稱“高混”），無備用，兩臺(tái)機(jī)組公用一套體外分離與再生系統(tǒng)，樹脂體外分離采用高塔法。樹脂采用陶氏公司精處理專用樹脂，樹脂牌號(hào)為550A 和650C。樹脂設(shè)計(jì)裝填量為6.68 m3，陽、陰樹脂比例為1∶1。

1.1 陽、陰樹脂裝填體積及比例

A、B 兩臺(tái)高速混床陽、陰樹脂的裝填體積及比例見表1。根據(jù)表1，兩臺(tái)高速混床陽、陰樹脂比例接近1∶1，且實(shí)際裝填量低于設(shè)計(jì)值的20%左右。根據(jù)《DL/T 5068-2014 發(fā)電廠化學(xué)設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求［11］，對(duì)于全揮發(fā)處理工況和混床氫型運(yùn)行控制方式，陽、陰樹脂的裝填比例應(yīng)為3∶2 或2∶1。提高陽樹脂的裝填比例以及補(bǔ)充樹脂量至設(shè)計(jì)值，對(duì)延長混床運(yùn)行周期具有顯著作用。

表1 高混陽、陰樹脂裝填體積和比例Table 1 Volume and proportion of cation and anion resins in mixed bed

1.2 樹脂再生用酸、堿量統(tǒng)計(jì)

樹脂再生過程運(yùn)行參數(shù)控制情況見表2。根據(jù)表2 的運(yùn)行參數(shù)可計(jì)算出陽、陰樹脂的再生水平分別為196 kg/m3和304 kg/m3，遠(yuǎn)高于《DL/T 333.1-2010 火電廠凝結(jié)水精處理系統(tǒng)技術(shù)要求第一部分：濕冷機(jī)組》要求的100 kg/m3，再生過程的酸堿耗有大幅下降空間。

表2 再生參數(shù)匯總Table 2 Summary of regeneration parameters

備注：1.酸、堿為同時(shí)再生，再生水總流量為25 m3/h，酸進(jìn)水流量計(jì)顯示值不準(zhǔn)確，堿進(jìn)水流量計(jì)故障。酸、堿耗值均根據(jù)酸、堿貯罐液位差計(jì)算得出；2.陽樹脂再生過程中用的酸為31%鹽酸，陰樹脂再生過程中用的堿為30%氫氧化鈉。酸、堿耗均需換算成100%鹽酸和100%氫氧化鈉；3.本次評(píng)估的陽樹脂體積為3.11 m3，陰樹脂體積為2.85 m3；陽樹脂體積參考值為4.18 m3，陰樹脂體積參考值為2.79 m3。4.標(biāo)準(zhǔn)《DL/T 333.1-2010 火電廠凝結(jié)水精處理系統(tǒng)技術(shù)要求第一部分：濕冷機(jī)組》要求樹脂再生水平為100 kg/m3，電廠運(yùn)行規(guī)范按照130 kg/m3控制，實(shí)際的酸堿耗（再生水平）遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)和電廠規(guī)范要求。

1.3 混床出水水質(zhì)

在運(yùn)行末期，對(duì)A、B兩臺(tái)高速混床進(jìn)出水的陰、陽離子含量進(jìn)行了分析檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果分別見表3和表4。

表3 高混進(jìn)、出水陽離子含量Table 3 Cation content of inlet and outlet water in mixed bed

表4 高混進(jìn)、出水陰離子含量Table 4 Anion content of inlet and outlet water in mixed bed

1.4 高混布水裝置診斷

對(duì)A混床進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)，樹脂面偏斜度大，混床運(yùn)行存在偏流的情況，另外部分水帽被樹脂堵塞，容易導(dǎo)致局部壓力增大、配水不均等情況［20～23］。

1.5 周期制水量

對(duì)該機(jī)組A、B兩臺(tái)高速混床的周期制水量進(jìn)行了跟蹤，結(jié)果見表5，兩臺(tái)混床周期制水量在5.0 萬t 左右，遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值。

表5 高速混床周期制水量統(tǒng)計(jì)（2021.1～2021.4）Table 5 Statistics of periodic water production of mixed bed

1.6 陽樹脂工作交換容量評(píng)價(jià)

氫型高混的除鹽容量主要體現(xiàn)在陽樹脂除氨的工作交換容量上，評(píng)估氫型高混除鹽容量的最直接依據(jù)便是陽樹脂的工作交換容量。陽樹脂工作交換容量的計(jì)算方法如下：

式（1）中，ER為陽樹脂的工作交換容量，mol/m3樹脂；VR為陽樹脂體積（m3）；Q為高混的周期制水量（m3）；CNH3為高混的運(yùn)行周期內(nèi)，凝結(jié)水的平均氨含量（mmol/L）。

根據(jù)式（1）計(jì)算，該機(jī)組精處理高混陽樹脂工作交換容量約900 mol/m3。遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值1 250 mol/m3，布水是否均勻也是影響工作交換容量的重要因素之一。

2 精處理系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整

針對(duì)以上診斷結(jié)果，對(duì)該機(jī)組精處理系統(tǒng)運(yùn)行做出了以下優(yōu)化調(diào)整［24～25］。

2.1 樹脂比例、裝填量調(diào)整

按照標(biāo)準(zhǔn)《DL/T 5068-2014 發(fā)電廠化學(xué)設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求［11］，將精處理混床陽、陰樹脂裝填比例調(diào)整為3∶2，樹脂裝填量調(diào)整為6.97 m3，其中陽樹脂量為4.18 m3，陰樹脂量為2.79 m3。

2.2 高混布水裝置改造

為解決混床運(yùn)行偏流的問題，應(yīng)更換配水效果更好的混床進(jìn)水裝置。高混進(jìn)水分配裝置改造時(shí)，必須滿足如下要求：

1）高混運(yùn)行流速在60～120 m/h 范圍內(nèi)波動(dòng)時(shí)仍能正常使用；

2）不能損壞高混設(shè)備原有的襯膠，對(duì)原系統(tǒng)影響??；

3）裝置耐負(fù)荷沖擊能力強(qiáng)，不易損壞，檢修工作量少。

基于上述要求以及原設(shè)計(jì)配水裝置的缺點(diǎn)，現(xiàn)有布水裝置更換為某研究院研發(fā)的專利產(chǎn)品—雙層孔板式進(jìn)水分配裝置。該裝置為兩級(jí)配水，其中一級(jí)采用一級(jí)穹形擋板，二級(jí)采用雙層多孔板，雙層多孔板無水帽，兩板之間的緩沖距離以及雙層多孔板的錯(cuò)位孔設(shè)計(jì)，可有效克服傳統(tǒng)布水裝置布水不均的缺點(diǎn)。雙層多孔板如圖1所示。

圖1 雙層多孔板示意圖Fig.1 Schematic diagram of double-layer perforated plate

2.3 優(yōu)化樹脂再生工藝

傳統(tǒng)的樹脂再生工藝中酸、堿量是以時(shí)間作為控制量，當(dāng)進(jìn)酸、堿時(shí)間達(dá)到預(yù)設(shè)時(shí)間時(shí)停止再生進(jìn)入置換階段，這樣會(huì)造成酸、堿量不定，影響再生效果。因此為解決這一問題，在本次優(yōu)化過程中，以酸、堿液位下降高度作為控制量，再生過程中的進(jìn)酸、進(jìn)堿控制參數(shù)由時(shí)間t優(yōu)化為液位下降高度H，通過酸、堿貯罐液位高度與容積的關(guān)系建立公式，精確計(jì)算進(jìn)酸、堿量，提高樹脂再生度，從而提高出水水質(zhì)［20，23］。

3 實(shí)施效果評(píng)估

3.1 高混出水水質(zhì)

對(duì)精處理系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整后，分別對(duì)運(yùn)行中期和末期的出水進(jìn)行水質(zhì)分析，結(jié)果見表6和表7，根據(jù)分析結(jié)果，出水水質(zhì)顯著提高，Na+、Cl-和SO42-檢測(cè)結(jié)果基本處于離子色譜儀檢測(cè)下限，符合《GB/T 12145-2016 火力發(fā)電機(jī)組及蒸汽動(dòng)力設(shè)備水汽質(zhì)量》要求［12，26～28］。

表6 高混出水陽離子含量Table 6 Cation content in outlet water of mixed bed

表7 高混出水陰離子含量Table 7 Anion content in outlet water of mixed bed

3.2 高混周期制水量

優(yōu)化調(diào)整后，對(duì)A、B 兩臺(tái)混床的周期制水量進(jìn)行了跟蹤，結(jié)果見表8。根據(jù)表8，通過本次優(yōu)化，混床周期制水量明顯提升，平均可達(dá)到11.7 萬t，增幅達(dá)到了133%。

表8 高混周期制水量統(tǒng)計(jì)Table 8 Statistics of periodic water production of mixed bed

3.3 高混再生劑耗量和水耗

優(yōu)化調(diào)整后樹脂再生酸、堿耗量和自用水量對(duì)比見表9。由表9 可知，樹脂再生自用水量大幅減小，再生酸、堿用量均大幅減小，酸、堿耗均大幅降低［29-30］。

表9 項(xiàng)目實(shí)施前后的高混再生自用水量和酸、堿耗量對(duì)比Table 9 Comparison of self water consumption,acid and alkali consumption of mixing regeneration before and after project implementation

3.4 陽樹脂工作交換容量

對(duì)優(yōu)化后的高混陽樹脂工交進(jìn)行了計(jì)算，優(yōu)化后的陽樹脂工作交換容量達(dá)1 394 mol/m3，比優(yōu)化前提高了55.6%，超過了電廠的一般要求1 250 mol/m3，保證了高混氫型運(yùn)行條件下的長周期運(yùn)行。

4 結(jié)語

1）該機(jī)組凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的優(yōu)化效果明顯，樹脂再生的酸、堿耗都降至約130 kg/m3，自用水耗降至30.4 m3/m3，均達(dá)到了同類型機(jī)組的領(lǐng)先水平，每年可節(jié)省酸堿水費(fèi)用在50萬元以上。

2）優(yōu)化調(diào)整后，精處理混床周期制水量大幅提升。與此同時(shí)，高混出水水質(zhì)更加優(yōu)良和穩(wěn)定，在高混完整的一個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)，出水鈉、氯離子含量均小于1 μg/L，其中鈉離子含量低至0.2 μg/L，氯離子含量低至0.1 μg/L，徹底解決了高混出水“漏鈉”和“漏氯”現(xiàn)象。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。