李長(zhǎng)海,張雅瀟

(1.西北電力建設(shè)調(diào)試施工研究所,陜西 西安 710032;2.西安有色冶金設(shè)計(jì)研究院,陜西 西安 710001)

1 概 述

隨著國(guó)內(nèi)高參數(shù)、大容量機(jī)組的相繼建成,對(duì)凝結(jié)水的精處理也提出了更高的要求。水是火力發(fā)電機(jī)組機(jī)爐間能量傳遞的唯一介質(zhì),所以,水對(duì)機(jī)組的運(yùn)行安全和經(jīng)濟(jì)方面的作用是很大的,特別是凝結(jié)水的質(zhì)量(相對(duì)于整個(gè)汽水系統(tǒng))是起決定作用的[1]。凝結(jié)水精處理裝置是凈化和處理凝結(jié)水的重要設(shè)備,而高速混床在凝結(jié)水精處理中應(yīng)用較為廣泛,其處理后水質(zhì)的優(yōu)劣將直接影響到凝結(jié)水的質(zhì)量?，F(xiàn)以實(shí)例就影響凝結(jié)水精處理高速混床出水水質(zhì)及運(yùn)行周期的因素作一初步探討。

2 高速混床在凝結(jié)水精處理中的應(yīng)用

灞橋熱電廠技改工程和渭河熱電廠技改工程中,有4臺(tái)300MW亞臨界機(jī)組凝結(jié)水精處理系統(tǒng),均采用中壓無(wú)前置過(guò)濾器的混床系統(tǒng)。高速混床串接于主凝泵與軸封加熱器之間,對(duì)全容量凝結(jié)水進(jìn)行除鹽處理,每臺(tái)機(jī)組設(shè)置3臺(tái)高速混床,共處理3×50%的凝結(jié)水量。正常情況下,2臺(tái)混床均屬于連續(xù)運(yùn)行,1臺(tái)備用混床,同時(shí)設(shè)置100%旁路系統(tǒng)。2臺(tái)機(jī)組共用一套體外再生系統(tǒng)(高塔分離再生系統(tǒng)SPT),每臺(tái)高速混床的最大出力為440m3/h。

2.1 樹(shù)脂選擇

灞橋熱電廠試運(yùn)階段,高速混床選用的樹(shù)脂,分別是某廠的 D003NJ型陽(yáng)樹(shù)脂和 D203NJ型陰樹(shù)脂,而渭河熱電廠試運(yùn)階段,高速混床選用的樹(shù)脂,分別是某廠的D001型陽(yáng)樹(shù)脂和D201型陰樹(shù)脂,在試運(yùn)階段發(fā)現(xiàn),灞橋熱電廠所選用的樹(shù)脂不論從樹(shù)脂均勻度、色度和強(qiáng)度等都明顯優(yōu)于渭河熱電廠所選用的樹(shù)脂,在分離過(guò)程中,灞橋熱電廠所選用的樹(shù)脂由于陰、陽(yáng)樹(shù)脂色差較明顯,易看清樹(shù)脂的分界面,渭河熱電廠選用的樹(shù)脂,雖然經(jīng)過(guò)反洗也能較好地分層,但樹(shù)脂的分界面不容易觀察,需人工多次確認(rèn)。渭河熱電廠的高速混床在試運(yùn)階段時(shí),在樹(shù)脂再生過(guò)程中,由于較多碎樹(shù)脂被反洗出來(lái),人工進(jìn)行了添加,在試運(yùn)后期建議業(yè)主更換了新的樹(shù)脂。

樹(shù)脂的選擇直接關(guān)系到其分離和混合效果,而分離和混合效果也影響到混床的出水水質(zhì)及運(yùn)行周期長(zhǎng)短,因此在選擇樹(shù)脂時(shí),應(yīng)充分考慮樹(shù)脂分離效果的同時(shí)需兼顧其混合效果。樹(shù)脂的均一性是關(guān)鍵,樹(shù)脂粒度的分布越窄越好。陰樹(shù)脂大于0.90mm和陽(yáng)樹(shù)脂小于0.63mm的范圍,均不能超過(guò)1%,這是保證分離的基本前提條件[2]。為了避免因破碎樹(shù)脂的存在而導(dǎo)致樹(shù)脂交界處出現(xiàn)的混脂層,還應(yīng)選擇強(qiáng)度大的樹(shù)脂,減少破碎樹(shù)脂引起的混脂層。使用前,應(yīng)在再生塔內(nèi)采用漂洗的辦法盡量除去小顆粒樹(shù)脂和破損的樹(shù)脂,以減小小顆粒樹(shù)脂和破損的樹(shù)脂引起的混雜率。

2.2 樹(shù)脂分層

灞橋和渭河電廠對(duì)已失效樹(shù)脂的分離,是采用水力反洗的二次分離方法。反洗進(jìn)水由反洗進(jìn)水閥和反洗進(jìn)水流量調(diào)節(jié)閥共同控制,反洗進(jìn)水閥為普通閥門,起穩(wěn)流作用,用流量調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)反洗水的流量。以渭河電廠的樹(shù)脂分離程序?yàn)槔?

(1)大流量的反洗水使陰陽(yáng)樹(shù)脂全部托起并持續(xù)一段時(shí)間,此時(shí)注意不要使樹(shù)脂沖出。分離塔反洗進(jìn)水閥和反洗流量調(diào)節(jié)閥全開(kāi),總流量為50 t/h左右。

(2)關(guān)閉反洗進(jìn)水門,通過(guò)反洗流量調(diào)節(jié)門,逐步調(diào)小反洗進(jìn)水流量直至達(dá)到陽(yáng)樹(shù)脂的終端沉降速度;繼續(xù)降低反洗進(jìn)水流量,直至達(dá)到陰樹(shù)脂的終端沉降速度。在這過(guò)程中,依次采用不同的反洗水流量,流量分別為35 t/h、16t/h、11t/h和5 t/h。

(3)通過(guò)上部進(jìn)水和下部同時(shí)進(jìn)水將陰樹(shù)脂傳至陰罐。此時(shí)上部進(jìn)水流量為30 t/h,下部進(jìn)水流量為5t/h。

(4)利用合適的反洗水流量將樹(shù)脂二次分離。二次分離反洗流量依次為35 t/h、16 t/h、11 t/h和5 t/h。

(5)通過(guò)上部進(jìn)水和下部同時(shí)進(jìn)水將陰樹(shù)脂傳至陰罐,將陽(yáng)樹(shù)脂送出。此時(shí)上部進(jìn)水流量為30t/h,下部進(jìn)水流量為5t/h,輸送時(shí)是否已到達(dá)正確位置由光電檢測(cè)信號(hào)確定。中間預(yù)留一定比例的混脂層,混脂層高1 m。反洗水流量和所需時(shí)間見(jiàn)表1。

表1 渭河電廠樹(shù)脂分離反洗流量和時(shí)間

對(duì)樹(shù)脂的分層,常采用水力反洗分層的方法,即在某段時(shí)間內(nèi)用一定流速的反洗水,對(duì)樹(shù)脂進(jìn)行反洗,利用陰、陽(yáng)樹(shù)脂之間的密度差而進(jìn)行分層。在實(shí)際操作中發(fā)現(xiàn),分離設(shè)備的結(jié)構(gòu)并無(wú)很特殊的設(shè)計(jì)。所以,只要掌握適當(dāng)?shù)姆聪磿r(shí)間,控制好反洗流速,就能達(dá)到良好的分離效果。

2.3 樹(shù)脂分離及送出

混床中的樹(shù)脂失效后,就得將樹(shù)脂轉(zhuǎn)移出來(lái),分層后樹(shù)脂需要轉(zhuǎn)移至再生罐再生,再生后的樹(shù)脂還要重新傳回混床,樹(shù)脂作為被轉(zhuǎn)移的對(duì)象,需在混床及各再生設(shè)備之間進(jìn)行來(lái)回輸送。如果輸送得不徹底,將會(huì)造成混床間樹(shù)脂量不均勻,并且會(huì)帶來(lái)陽(yáng)、陰樹(shù)脂的體積比失調(diào),導(dǎo)致混床的出水水質(zhì)變差等一系列不良后果。

2.3.1 樹(shù)脂由混床傳至分離塔

灞橋和渭河電廠的樹(shù)脂在由混床傳至分離塔的過(guò)程中,前期傳送均采用單獨(dú)下部進(jìn)氣進(jìn)行傳送,目的是將運(yùn)行失效后壓實(shí)的樹(shù)脂攪起松動(dòng)。后期傳送時(shí),保持混床內(nèi)具有一定液位,采用氣、水合送的方法,即下部進(jìn)氣、上部進(jìn)水同時(shí)進(jìn)行。但發(fā)現(xiàn)混床液位不易控制,所以,在氣、水合送前,增加了混床充水步序,使混床保持一定液位后再進(jìn)行樹(shù)脂傳送,這樣,混床內(nèi)的樹(shù)脂容易被傳送干凈。在下部進(jìn)氣輸送過(guò)程中,要求氣源壓力穩(wěn)定,且壓力不能太低,否則傳輸速度慢。壓力太大則管路震動(dòng)較大,壓力為0.3MPa左右較佳。如果單獨(dú)采用上部進(jìn)水方式把樹(shù)脂向下壓送,此法雖然能夠?qū)⒒齑矁?nèi)大部分樹(shù)脂送出,但是混床配水裝置周邊的樹(shù)脂則無(wú)法帶出,最后殘留的樹(shù)脂會(huì)堆積起來(lái),呈空心錐狀。若單獨(dú)下部進(jìn)氣進(jìn)行輸送,雖然此法也能將樹(shù)脂大部分傳出,但在傳送后期水的比例太低,傳輸摩擦阻力大,樹(shù)脂傳送也不干凈[3]。

2.3.2 樹(shù)脂由分離塔傳至再生罐

灞橋和渭河電廠的陰、陽(yáng)樹(shù)脂在由分離塔傳送至陰、陽(yáng)塔的過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)由于中間樹(shù)脂層的存在,陰樹(shù)脂傳至陰罐后純度可以達(dá)到近乎100%的效果。但在陽(yáng)樹(shù)脂轉(zhuǎn)移至陽(yáng)罐過(guò)程中,轉(zhuǎn)移流量的大小與反洗進(jìn)水托脂流量的配比,若控制不恰當(dāng),陽(yáng)樹(shù)脂傳送至陽(yáng)罐過(guò)程中就容易攜帶陰樹(shù)脂,這種現(xiàn)象的發(fā)生,將直接影響樹(shù)脂再生效果和高速混床的運(yùn)行周期。

以渭河電廠為例,在試運(yùn)過(guò)程中,首先采取的是氣、水合送方法,陰樹(shù)脂雖然能較好的分離和傳送,但陽(yáng)樹(shù)脂傳送過(guò)程中,由于氣送速度較快,不易控制水、氣流量配比及樹(shù)脂的積存位置,陽(yáng)樹(shù)脂攜帶陰樹(shù)脂較多。調(diào)整幾次反洗進(jìn)水流量后,反洗后陽(yáng)罐中陰樹(shù)脂高度基本為7～8cm,(上部進(jìn)氣壓力為0.25 MPa,反洗進(jìn)水流量控制在8～10 t/h),決定改用上、下同時(shí)進(jìn)水的方法進(jìn)行傳送。

在上、下同時(shí)進(jìn)水傳送過(guò)程中,當(dāng)上部進(jìn)水流量為 45～50t/h,下部進(jìn)水流量為5～10 t/h時(shí),陽(yáng)樹(shù)脂攜帶陰樹(shù)脂較多,在陽(yáng)罐中反洗后陰樹(shù)脂高度為6～9cm,雖然從窺視孔觀察樹(shù)脂層面沒(méi)有亂層,但由于大水流作用于樹(shù)脂層上部的力較大,導(dǎo)致樹(shù)脂層上部樹(shù)脂下移速度加快,進(jìn)而破壞樹(shù)脂的平衡狀態(tài),在樹(shù)脂層內(nèi)部,陰樹(shù)脂會(huì)很快形成“漏斗”混入陽(yáng)樹(shù)脂而使大量陰樹(shù)脂進(jìn)入陽(yáng)罐中,如圖1所示;當(dāng)上部進(jìn)水流量為35～40 t/h,下部進(jìn)水流量為5～10 t/h時(shí),陽(yáng)樹(shù)脂攜帶陰樹(shù)脂較少,在陽(yáng)罐中反洗后陰樹(shù)脂高度為3～5 cm,從窺視孔觀察樹(shù)脂層呈現(xiàn)波浪狀態(tài),如圖2所示,這是因?yàn)榉聪催M(jìn)水流量相對(duì)加強(qiáng),樹(shù)脂層內(nèi)部的平衡也會(huì)遭到破壞。在陰、陽(yáng)樹(shù)脂分界面表現(xiàn)為:密度相對(duì)較小的陽(yáng)樹(shù)脂進(jìn)入上部的中間陰樹(shù)脂層,密度相對(duì)較大的陰樹(shù)脂進(jìn)入下部的陽(yáng)樹(shù)脂層,其它層面也會(huì)出現(xiàn)波動(dòng),從而使部分陰樹(shù)脂隨陽(yáng)樹(shù)脂進(jìn)入陽(yáng)罐中;當(dāng)上部進(jìn)水流量為30～35 t/h,下部進(jìn)水流量為3～5 t/h時(shí),陽(yáng)樹(shù)脂傳至陽(yáng)罐反洗后,陽(yáng)罐中基本上沒(méi)有陰樹(shù)脂,陽(yáng)樹(shù)脂分離傳送較好,從窺視孔觀察樹(shù)脂層面下降緩慢穩(wěn)定,且傳送位置點(diǎn)控制準(zhǔn)確,如圖3所示。

2.3.3 樹(shù)脂由再生罐傳至混床

樹(shù)脂由再生罐傳至混床過(guò)程中,應(yīng)注意樹(shù)脂傳送的干凈程度和防止樹(shù)脂二次分離。

灞橋和渭河電廠樹(shù)脂由再生罐傳至混床的過(guò)程中,首先是將樹(shù)脂罐內(nèi)充滿水,目的是保證在再生罐上部沒(méi)有可進(jìn)水的空間,以防向上進(jìn)水時(shí)可能造成陰、陽(yáng)樹(shù)脂的二次分離。在傳送前,將混床內(nèi)的水排至低水位,目的是避免從上部進(jìn)入的陰陽(yáng)混合樹(shù)脂,經(jīng)過(guò)床體水層產(chǎn)生二次分離。傳送前期采用氣、水合送的方式,即上部進(jìn)氣,下部進(jìn)水對(duì)樹(shù)脂進(jìn)行傳送,在氣水合送前,應(yīng)注意讓再生罐出脂門和下部進(jìn)水門比上部進(jìn)氣門、混床進(jìn)脂門、底部排水門晚開(kāi)10～20s,目的是傳脂前使再生罐上部保持一定壓力,并保證傳送樹(shù)脂的路徑暢通,氣、水合送時(shí),應(yīng)注意提高再生罐上部進(jìn)氣壓力,降低下部進(jìn)水壓力,使氣壓大于下部進(jìn)水壓力,避免因樹(shù)脂上浮而導(dǎo)致的二次分離。在傳送后期,保持再生罐內(nèi)一定液位采用水力輸送,即上部進(jìn)水將附著在再生罐表面的樹(shù)脂淋洗下來(lái),同時(shí)下部進(jìn)水加強(qiáng)底部樹(shù)脂的流動(dòng)性,能較好的將樹(shù)脂輸送干凈。在樹(shù)脂傳送至混床后,為了保證混合效果進(jìn)行了二次混合。

2.4 樹(shù)脂再生

樹(shù)脂再生度的高低直接關(guān)系到混床出水水質(zhì)和運(yùn)行周期,而對(duì)樹(shù)脂再生度要求的高低又與混床運(yùn)行方式有關(guān),再生過(guò)程再生劑的用量為進(jìn)出口酸堿濃度平衡,再生后,原則上正洗排水電導(dǎo)越小越好,但考慮到正洗過(guò)程中的水耗,一般正洗后電導(dǎo)小于5μ s/cm 即可[4]。

2.5 樹(shù)脂混合

灞橋和渭河熱電廠給水采用全揮發(fā)性處理的堿性水工況,凝結(jié)水pH值在9.1～9.4?？紤]到混床在運(yùn)行過(guò)程中,由于陰、陽(yáng)樹(shù)脂的比重差,混合后兩種樹(shù)脂的沉降差等原因,導(dǎo)致混床上部陰樹(shù)脂偏多,混床下部陽(yáng)樹(shù)脂偏多。在這種情況下,堿性凝結(jié)水直接進(jìn)入混床,上部混合樹(shù)脂層中的陽(yáng)樹(shù)脂會(huì)很快被中和而失效。此時(shí),上層陰樹(shù)脂就直接接觸堿性水,這對(duì)其交換是很不利的。為解決這一問(wèn)題首先從樹(shù)脂選擇著手,在保證分離的前提下,提高陰,陽(yáng)兩種樹(shù)脂的均一性,渭河電廠試運(yùn)后期就更換了一批樹(shù)脂。同時(shí),在分離過(guò)程中采用變流量的方式提高樹(shù)脂的分離度,在再生過(guò)程中提高樹(shù)脂的再生度,在樹(shù)脂輸送至混床后采用了二次混合,確保樹(shù)脂混合均勻。

2.6 混床投運(yùn)

由于試運(yùn)階段工期緊張,而且汽水品質(zhì)不穩(wěn)定,不適宜采用氨化運(yùn)行,灞橋熱電廠和渭河熱電廠試運(yùn)期間,混床均采用氫型混床方式運(yùn)行,以渭河2號(hào)機(jī)組為例,高速混床于2009年5月3號(hào)18:00投運(yùn),精處理混床投運(yùn)后24h混床出水。凝結(jié)水、給水系統(tǒng)硅含量變化趨勢(shì)見(jiàn)圖4所示,由圖4可知,當(dāng)高速混床投運(yùn)后,凝結(jié)水、給水系統(tǒng)的硅含量分別由158.8μg/L 和 123.4μg/L 下 降至 23.6μg/L 和45.2μ g/L,給水系統(tǒng)的硅含量雖有波動(dòng),但下降趨勢(shì)依然明顯。

圖4 精處理混床投運(yùn)后對(duì)凝結(jié)水和給水的影響

氫型混床雖然能較好地除去給水中的各種鹽類,但相對(duì)于氨化混床其運(yùn)行時(shí)間短,而氨化混床對(duì)于陰,陽(yáng)樹(shù)脂再生度要求很高,目前,國(guó)內(nèi)混床氨化運(yùn)行投入不上的主要原因,是再生后陰樹(shù)脂Cl型含量過(guò)高。這又與許多電廠仍在采用氯化鈉含量高的30%或42%的液堿再生凝結(jié)水處理混床的陰樹(shù)脂和分離后陽(yáng)樹(shù)脂中混有陰樹(shù)脂有關(guān)。因此提高陰樹(shù)脂再生度,必須提高堿再生劑的質(zhì)量和提高分離度(與樹(shù)脂選取和傳送有關(guān)),表2列出了氨化運(yùn)行時(shí)再生劑的質(zhì)量要求。在試運(yùn)后期建議業(yè)主在正式運(yùn)行時(shí),應(yīng)考慮購(gòu)買質(zhì)量較好的再生劑并進(jìn)行氨化運(yùn)行,從而提高混床的運(yùn)行周期。

表2 氨化運(yùn)行時(shí)再生劑的質(zhì)量要求[5]

3 結(jié)束語(yǔ)

凝結(jié)水精處理是凝結(jié)水系統(tǒng)中重要的化學(xué)除鹽設(shè)備,是系統(tǒng)中最后一道“凈化屏障”,精處理高速混床出水水質(zhì)的優(yōu)劣,直接關(guān)系到整個(gè)熱力系統(tǒng)的水汽品質(zhì),而其運(yùn)行周期的長(zhǎng)短,直接與經(jīng)濟(jì)效益相關(guān)。

提高精處理混床出水水質(zhì)和優(yōu)化運(yùn)行方式的注意事項(xiàng):

(1)樹(shù)脂的選擇在以分離為前提的條件下,兼顧樹(shù)脂的混合效果,提高樹(shù)脂的均一性是關(guān)鍵,應(yīng)扭轉(zhuǎn)陽(yáng)偏大,陰偏小的傾向;

(2)在樹(shù)脂分離和由分離罐傳送的過(guò)程中注意流量的配比,提高樹(shù)脂的分離度;

(3)在樹(shù)脂傳送過(guò)程中,注意水送、氣送和水氣合送三種方式的應(yīng)用情況,將樹(shù)脂傳送干凈,同時(shí)注意防止樹(shù)脂二次分離;

(4)在樹(shù)脂再生過(guò)程中,提高樹(shù)脂再生度,因注重陰樹(shù)脂再生劑的質(zhì)量;

(5)在樹(shù)脂混合過(guò)程中,樹(shù)脂的選擇是關(guān)鍵;

(6)從運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性上,考慮混床的應(yīng)用方式,氨化運(yùn)行能夠延長(zhǎng)混床的運(yùn)行周期。

[1]李銳,何世德,張占梅,等.凝結(jié)水精處理現(xiàn)狀及新技術(shù)應(yīng)用研究[J].水處理技術(shù),2009,2,35(2):25-28.

[2]張澄信,宋敬霞.凝結(jié)水精處理混床樹(shù)脂混合的重要性[J].華北電力技術(shù),1999(4):19-21.

[3]劉英旭.凝結(jié)水樹(shù)脂傳送技術(shù)[J].熱力發(fā)電.2006,(2):61-64.

[4]李長(zhǎng)海,程斌.電廠凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的調(diào)試[J].清洗世界.2009,7,25(7):19-24.

[5]郝春林,陳龍.凝結(jié)水精處理混床氨化運(yùn)行[J].工業(yè)用水與廢水,2004,6,35(3):22-24.