凝結水精處理系統(tǒng)設備配置

陳繼社

摘要：針對目前高參數(shù)、大容量、超臨界熱電濕冷機組的給水處理方式及凝結水精處理技術特點，對凝結水精處理系統(tǒng)設備配置進行分析和論述，并對凝結水精處理系統(tǒng)采用“管式過濾+高速混床”的工藝方案進行重點推薦。

關鍵詞：凝結水精處理;除鐵;混床;陰陽分床;前置過濾器

1 高參數(shù)、大容量、超臨界熱電濕冷機組凝結水精處理系統(tǒng)的必要性及特點

對于高參數(shù)大容量的濕冷發(fā)電機組來說，凝結水的污染物主要源于以下幾點：

凝汽器泄漏或密封不嚴導致的冷卻水漏入;

熱力系統(tǒng)產生的腐蝕產物;

鍋爐補給水帶入的少部分鹽類;

蒸汽中溶解或攜帶的鹽類;

氣體漏入凝汽器的真空系統(tǒng);

給水和爐水處理藥品帶入的雜質。

超臨界及超超臨界機組一般采用直流鍋爐，沒有汽包和循環(huán)的爐水，不能通過鍋爐排污除去爐內雜質。在直流鍋爐中，隨給水進入爐內的各種雜質，或被蒸汽帶往氣輪機或沉積在鍋爐水冷壁及或換熱管內，導致熱力設備的腐蝕、結垢和積鹽;雜質在鍋爐水冷壁及換熱管內沉積，不但導致熱力系統(tǒng)管道、設備腐蝕結垢，降低熱效率，還可能會引起機組熱力系統(tǒng)管道爆管，影響機組安全運行。在所有火力發(fā)電機組中，超臨界機組溫度、壓力參數(shù)高，對水汽品質的要求也很高。根據(jù)國內外多年來運行超臨界機組的經(jīng)驗證明，控制好鍋爐補給水系統(tǒng)出水品質及控制好鍋爐給水品質是運行好超臨界機組的重要環(huán)節(jié)。

為去除熱力系統(tǒng)中的腐蝕產物和各類溶解雜質，降低給水中的雜質含量，降低機組啟動時的運用水量，縮短啟動時間，凝結水精處理系統(tǒng)設置是十分必要的。

1.1超臨界機組凝結水的特點

超臨界工況下的水、汽理化特性決定了超臨界鍋爐必須采用直流鍋爐。由于直流鍋爐沒有汽包，無法通過鍋爐排污去除雜質。隨蒸汽帶入汽輪機內沉積的雜質，將對機組的安全性和經(jīng)濟性運行帶來很大的危害。為了確保超臨界機組的安全經(jīng)濟運行，首先必須確保鍋爐有優(yōu)良的給水水質。

按照《火力發(fā)電機組及蒸汽動力設備水汽質量》（GB/T12145-2008）相關的水汽質量標準，超臨界機組的給水水質標準如下：

從上述數(shù)據(jù)可以看出，超臨界機組的水質要求是比較高的，給水水質控制是超臨界機組安全運行的關鍵因素之一，超臨界機組應配置全流量的凝結水精處理系統(tǒng)，并保證正常運行。為了達到上述標準中的給水質量要求，就需要從給水品質及凝結水精處理工藝等方面的合理優(yōu)化來保證汽水品質的高純度。

2 超臨界機組凝結水精處理系統(tǒng)的選擇

上述對凝結水精處理系統(tǒng)設置的必要性已經(jīng)闡述，雖然凝汽器泄漏或密封不嚴會增加凝結水中的懸浮態(tài)及鹽類雜質，但熱力系統(tǒng)中的雜質主要是腐蝕產物即以鐵的氧化物為主，因此，凝結水精處理系統(tǒng)的選擇既要能夠去除鐵等懸浮態(tài)雜質又能去除鹽分。下面對除鐵及除鹽工藝進行簡要描述。

2.1除鐵工藝

超臨界機組無論是在啟動或正常運行狀態(tài)下，給水均處于堿性工況下運行，而在此條件下，水中的鐵大部分以Fe3O4、Fe2O3、Fe（OH）3和Fe（OH）2狀態(tài)存在，以離子態(tài)存在的鐵是比較少的。離子態(tài)鐵可利用后續(xù)除鹽工藝去除，因此除鐵工藝采用物理方法去除，物理法包含過濾法和磁吸附法。

2.1.1過濾除鐵

目前國內常用的過濾除鐵主要有管式過濾器和粉末樹脂覆蓋過濾器兩種工藝。

管式過濾器所用濾元是采用機械篩分原理，使腐蝕產物與水分離，因此，它只能除去水中懸浮態(tài)的腐蝕產物，而對于溶解態(tài)的鐵化合物沒有去除能力。隨著過濾器濾元上積污量的增多，水流阻力增加，可以利用壓縮空氣和水對濾元進行反洗，然后重新投入運行。管式過濾器常用濾元孔徑一般為5um、10um和20um。不同的孔徑規(guī)格，適用于機組的不同運行階段。管式過濾器有運行阻力小，懸浮態(tài)化合物去除效率高等優(yōu)點。

粉末樹脂過濾器是采用管式過濾器作為樹脂的支撐體，在聚丙烯纖維纏繞的濾元上，覆蓋離子交換樹脂粉末或樹脂粉與纖維粉的混合物，腐蝕產物與濾元之間被粉末樹脂隔開，經(jīng)爆膜后，腐蝕產物可以隨粉末樹脂一起被沖掉。粉末樹脂過濾器的覆蓋物采用氫型陽樹脂和氫氧型陰樹脂的粉末，則粉末樹脂過濾器還具有一定的除鹽作用。而運行中中發(fā)現(xiàn)，由于所覆蓋樹脂粉的數(shù)量很少，其交換離子的總量很小，基本上不具有除鹽的作用。只能作為除鐵過濾器使用。而如果僅作為除鐵過濾器使用，運行中需要鋪膜，運行費用較高，且需要設置鋪膜設備，與管式過濾器比較，增加了鋪膜設備及運行控制程序。

2.1.2磁吸附除鐵

根據(jù)磁力產生的方式，磁力除鐵器可分為永久式和電磁式兩種。永久式的優(yōu)點是結構簡單，無需外加能源，但由于磁體面積相對較小，影響腐蝕產物的去除率和吸著量，同時因磁場強度比較弱，難以吸附磁化能力較弱的物質。電磁式的磁體面積大，吸附能力強，對弱磁化的腐蝕產物也具有較好的去除能力。但是，電磁式運行中需要消耗一定電能。

2.2除鹽工藝

目前，凝結水精處理除鹽主要有混床除鹽和分床除鹽兩種工藝。

混床除鹽是利用離子交換樹脂與水中雜質離子發(fā)生交換反應進行的，由于混床內陽、陰離子交換反應同時進行，溶液中沒有反離子作用，除鹽反應進行的非常徹底，可以制出純度很高的水。由于凝結水含鹽量比較低，離子交換反應進行的很快，混床內樹脂層高度可大大降低，在高流速運行狀況下，水流阻力小。但由于樹脂失效后的分離與混合不可能達到100%，從而影響再生效果，分離不好容易形成交叉污染，混合不好會影響出水水質。

陽陰分床用于凝結水處理時，由于凝結水中的主要雜質為氨，其他鹽類含量很低，反離子作用小，因此離子交換作用進行的非常徹底，出水水質可以達到很高的純度，可以達到與混床同樣的除鹽效果，且單床不需要樹脂分離與混合，再生操作簡便，系統(tǒng)單元制運行，易于控制，也不存在陽陰樹脂交叉污染情況。但如果陽陰分床僅設置串聯(lián)，由于陽床失效終點難以捕捉，一旦陽床失效，鈉離子穿透進入陰床，會很快造成系統(tǒng)出水水質惡化，所以必須在陰床之后再串聯(lián)一陽床，才能保證系統(tǒng)出水水質。但這種系統(tǒng)所用設備多，占地面積大，運行阻力高。

2.3系統(tǒng)選擇

根據(jù)以上分析，從系統(tǒng)可靠性，能耗、運行費用、占地面積等多方面綜合考慮，超臨界機組直流爐凝結水精處理系統(tǒng)，在除鐵工藝方面建議采用管式過濾器。由于直流爐機組凝結水必須全部處理，除鐵裝置可不設備用，但不得少于兩臺。除鹽工藝方面，根據(jù)兩種除鹽工藝的配置情況，分床系統(tǒng)設備多，占地面積大，系統(tǒng)阻力大，這將直接導致投資費用高，運行能耗大等缺點，這些因素均不利于陽陰床分床技術的推廣。根據(jù)以上因素，推薦采用高速混床較好?；齑苍偕到y(tǒng)，由國外引進的Fullsep高塔分離技術，有效的解決了陽、陰樹脂交叉污染問題，提高了樹脂再生度，改善了出水水質，延長了設備運行周期。

3 結論

綜上所述，凝結水精處理系統(tǒng)推薦采用管式前置過濾器+混床工藝，一般系統(tǒng)設置2臺50%前置過濾器（不設備用），3臺50%混床（2運1備）。兩臺機組公用一套體外再生系統(tǒng)，樹脂分離推薦采用高塔法。

參考文獻

[1]梁橋洪，葉燦.核電站凝結水精處理系統(tǒng)的旁路設置[J].工業(yè)水處理，2016，36（4）：102-104.

[2]劉炎偉，柯于進，宋飛.凝結水精處理混床投運初期水汽品質異常原因分析及處理[J].熱力發(fā)電，2019，48（8）：126-130.

[3]路舒鈞.660MW機組凝結水精處理混床運行周期短的分析[J].清洗世界，2021，37（3）：8-9.