1.我國(guó)凝結(jié)水精處理技術(shù)的現(xiàn)狀

程控系統(tǒng)的目的是火電機(jī)組全數(shù)字化的控制、監(jiān)視、管理的自動(dòng)化。凝結(jié)水精處理裝置是大型機(jī)組汽包鍋爐和直流鍋爐的重要輔助設(shè)備。600MW及以上機(jī)組的凝結(jié)水精處理工藝是前置過(guò)濾+混床，再生技術(shù)以高塔為主。該裝置的安全、穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)于鍋爐的給水水質(zhì)起關(guān)鍵作用。

2.高塔分離再生工藝

所謂樹(shù)脂高塔分離再生工藝，是將失效的混床樹(shù)脂輸送至樹(shù)脂分離塔（SPT），完成水力分離后，將上層的陰離子交換樹(shù)脂移送至陰樹(shù)脂再生塔（ART），將下層陽(yáng)離子交換樹(shù)脂移送至陽(yáng)樹(shù)脂再生塔（CRT）。陰陽(yáng)樹(shù)脂分離面附近的混合樹(shù)脂作為保護(hù)層樹(shù)脂留在樹(shù)脂分離塔內(nèi)，然后分別再生陰陽(yáng)樹(shù)脂。

對(duì)于作為保護(hù)層留在樹(shù)脂分離塔內(nèi)的樹(shù)脂，下一次再生時(shí)，將和新輸送來(lái)的失效混床樹(shù)脂一起在分離塔內(nèi)進(jìn)行再次分離。在這里，分離塔內(nèi)將一直留有一部分混合樹(shù)脂作為保護(hù)層樹(shù)脂，從而在一定程度上避免分離不完全問(wèn)題。

再生步驟為：將混床失效樹(shù)脂送到樹(shù)脂分離塔；樹(shù)脂分離塔內(nèi)反洗分層；樹(shù)脂分離塔內(nèi)上部陰樹(shù)脂輸送到陰樹(shù)脂再生塔內(nèi)；樹(shù)脂分離塔下部陽(yáng)樹(shù)脂送到陽(yáng)樹(shù)脂再生塔內(nèi)，中間層混雜樹(shù)脂留在分離塔內(nèi)；分別對(duì)陰陽(yáng)樹(shù)脂進(jìn)行再生；將再生好的陰樹(shù)脂再移送到陽(yáng)樹(shù)脂再生塔內(nèi)，和再生好的陽(yáng)樹(shù)脂進(jìn)行混合，列入備用。

凝結(jié)水精處理體外再生系統(tǒng)樹(shù)脂流程：

3.精處理系統(tǒng)存在的問(wèn)題

高塔分離再生方式的精處理裝置在我國(guó)占有大部分比例。從現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用來(lái)看，在技術(shù)上存在一些不足之處。

3.1 步序繁雜

從開(kāi)始調(diào)試到現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行效果來(lái)看，精處理的調(diào)試與調(diào)試人員的經(jīng)驗(yàn)有很大關(guān)系，目前大多數(shù)調(diào)試很依賴設(shè)備廠方供給的運(yùn)行步序，步序過(guò)于繁雜，操作復(fù)雜，增加工作量，甚至達(dá)不到預(yù)期效果。

3.2 設(shè)備質(zhì)量問(wèn)題和程控系統(tǒng)投入不好或不能投入

由于設(shè)備質(zhì)量和程控系統(tǒng)的穩(wěn)定性問(wèn)題，精處理的程控系統(tǒng)普遍投入不好，部分程控系統(tǒng)甚至從未調(diào)試成功，即使調(diào)試投入，在生產(chǎn)過(guò)程也不能穩(wěn)定運(yùn)行。尤其在樹(shù)脂再生時(shí)，可能造成樹(shù)脂大量流失，造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。技術(shù)先進(jìn)、性能可靠的程控系統(tǒng)成為解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵。

3.3 混床出水水質(zhì)和制水量出現(xiàn)的問(wèn)題

當(dāng)陰陽(yáng)樹(shù)脂經(jīng)過(guò)正確再生輸送到混床內(nèi)投入不久，混床即失效；周期制水量明顯低于正常值，有時(shí)還伴有混床出水pH偏低和水質(zhì)下降的現(xiàn)象。

4.原因分析

精處理系統(tǒng)的制水量和出水水質(zhì)發(fā)生問(wèn)題是由于精處理工藝中樹(shù)脂不能實(shí)現(xiàn)完全分離和完全混合所致。而樹(shù)脂的完全分離和混合是不能實(shí)現(xiàn)的，這一點(diǎn)也就成為精處理系統(tǒng)的主要技術(shù)不足。另外，再生樹(shù)脂過(guò)程中，再生液酸堿量進(jìn)入不足或者再生液濃度、溫度達(dá)不到要求，樹(shù)脂不能充分再生，也是造成精處理混床運(yùn)行周期短，出水水質(zhì)差的原因。

4.1 分離不完全產(chǎn)生的問(wèn)題

從生產(chǎn)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，樹(shù)脂再生分層成為整個(gè)樹(shù)脂再生的主要問(wèn)題。樹(shù)脂分離過(guò)程中必須不斷的更改壓送各樹(shù)脂的步序時(shí)間來(lái)調(diào)節(jié)。

目前的高塔分離工藝，樹(shù)脂分層效果都不錯(cuò)，問(wèn)題主要出現(xiàn)在樹(shù)脂的壓送過(guò)程中。調(diào)試結(jié)束后，隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，樹(shù)脂不可避免的或多或少的流失，壓送步序時(shí)間也一直更改，陰、陽(yáng)樹(shù)脂進(jìn)行水力分層后，受到樹(shù)脂轉(zhuǎn)型和水流壓實(shí)程度變化的影響，陰、陽(yáng)樹(shù)脂的中間層不能始終穩(wěn)定在樹(shù)脂分離器的樹(shù)脂出口位置。因此，樹(shù)脂壓送過(guò)程，必須有巡檢人員到現(xiàn)場(chǎng)觀察，及時(shí)調(diào)整。不然可能導(dǎo)致陰陽(yáng)樹(shù)脂輸送后，發(fā)現(xiàn)陽(yáng)樹(shù)脂內(nèi)含陰樹(shù)脂多或陰樹(shù)脂含陽(yáng)樹(shù)脂多，前功盡棄。

樹(shù)脂分層后，陰樹(shù)脂中混有微量陽(yáng)樹(shù)脂或者陽(yáng)樹(shù)脂中混有微量陰樹(shù)脂，或者由于樹(shù)脂碎裂，導(dǎo)致陰樹(shù)脂中混有微量陽(yáng)樹(shù)脂，這是不可避免的。從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐觀察，對(duì)混床的周期制水量影響不大，這里不做過(guò)多說(shuō)明。水力輸送時(shí)，樹(shù)脂分離器和混床內(nèi)總有殘留樹(shù)脂，可使用底部錐形的再生設(shè)備和球形混床來(lái)解決這一問(wèn)題。

4.2 混合不完全產(chǎn)生的問(wèn)題

在長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，陰陽(yáng)樹(shù)脂經(jīng)過(guò)再生后，制水量和出水水質(zhì)出現(xiàn)問(wèn)題主要是由于再生后的陰陽(yáng)樹(shù)脂混合不勻所致。其機(jī)理是：由于陰陽(yáng)樹(shù)脂密度不同，混合不好時(shí)，混床上部陰樹(shù)脂明顯增多，而下部陽(yáng)樹(shù)脂偏多。

目前，國(guó)內(nèi)電廠絕大部分采用全揮發(fā)處理的堿性給水工況，凝結(jié)水pH為9.0-9.5之間，堿性凝結(jié)水直接進(jìn)入混床，混床上部較少的陽(yáng)樹(shù)脂很快被中和失效，堿性凝結(jié)水直接和陰樹(shù)脂接觸，使得陰樹(shù)脂不能除掉陰離子，即陰樹(shù)脂的交換容量得不到發(fā)揮。這是因?yàn)閴A性凝結(jié)水中OH-的濃度遠(yuǎn)大于其它陰離子濃度，而陰樹(shù)脂中ROH也遠(yuǎn)大于RCl。當(dāng)這種陰樹(shù)脂和堿性凝結(jié)水接觸時(shí)，堿性凝結(jié)水剛好和陰樹(shù)脂達(dá)到平衡或接近平衡。此時(shí)陰樹(shù)脂將不能吸收凝結(jié)水中的陰離子。

實(shí)際運(yùn)行中還存在另外一種情況，由于陰樹(shù)脂的再生用堿含有相當(dāng)數(shù)量的NaCl，即陰樹(shù)脂進(jìn)行再生后，樹(shù)脂相中除ROH外，還有相當(dāng)數(shù)量的RCl，當(dāng)再生用堿質(zhì)量較差時(shí)（NaCl含量較大），經(jīng)過(guò)再生后的陰樹(shù)脂中RCl的含量較大，陰樹(shù)脂直接和堿性凝結(jié)水接觸，樹(shù)脂相的RCl和凝結(jié)水達(dá)到平衡或接近平衡，樹(shù)脂相的RCl有可能變?yōu)镽OH，Cl-被釋到凝結(jié)水中。

混床上部較多的陰樹(shù)脂不能發(fā)揮交換容量，甚至向外釋放Cl-?；齑蚕虏筷帢?shù)脂較少而陽(yáng)樹(shù)脂較多，陰樹(shù)脂將很快被消耗。由于陽(yáng)樹(shù)脂偏多，凝結(jié)水需除掉的陽(yáng)離子中NH4＋占有很大比例。經(jīng)過(guò)交換后RH變?yōu)镽NH4＋，H＋被釋放到出水中。當(dāng)?shù)撞筷帢?shù)脂消耗完后，運(yùn)行中則表現(xiàn)為周期制水量減小，HCO3-、Cl-、HSiO3-很快漏出，同時(shí)伴有pH偏低的現(xiàn)象。

當(dāng)混合不完全造成混床過(guò)早失效，應(yīng)對(duì)其擦洗再次投運(yùn)，若水質(zhì)還不合格，停運(yùn)再生。

4.3 樹(shù)脂分離與混合間的固有矛盾是技術(shù)上的不足之處

樹(shù)脂分離不完全則導(dǎo)致水質(zhì)不良，樹(shù)脂混合不好則導(dǎo)致制水量下降。樹(shù)脂的分離和混合又同時(shí)存在于現(xiàn)今的精處理系統(tǒng)中。程控方式不適當(dāng)，以時(shí)間步序?yàn)橹鞯某炭乇仨毑粩嗟母牟叫驎r(shí)間，甚至更改步序來(lái)滿足安全生產(chǎn)的需要。

表1 凝結(jié)水精處理系統(tǒng)進(jìn)出口水質(zhì)設(shè)計(jì)值

表2 7#機(jī)組精處理系統(tǒng)正常運(yùn)行進(jìn)出口水質(zhì)

精處理的程控系統(tǒng)均設(shè)計(jì)為以固定時(shí)間步序?yàn)橹鳌Ｔ陂L(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)：樹(shù)脂的水力分離過(guò)程是不能以固定流量和固定時(shí)間來(lái)控制的。水力分離往往被設(shè)置成多步序操作，對(duì)程控穩(wěn)定性要求也隨之提高。水力沖洗分層的流量必須是一個(gè)從0到較大的漸變流量，否則，樹(shù)脂很容易被沖洗掉。

同時(shí)，反洗時(shí)間也不固定，有時(shí)需重復(fù)水力分層操作。這一切都需要通過(guò)樹(shù)脂觀察窗觀察樹(shù)脂的分層情況而定。樹(shù)脂的水力輸送過(guò)程也不是一個(gè)以固定時(shí)間為參數(shù)的過(guò)程。實(shí)際運(yùn)行時(shí)，常需手動(dòng)進(jìn)行重復(fù)操作。

諸多方面的原因造成了程控系統(tǒng)無(wú)法完成樹(shù)脂的分離過(guò)程。樹(shù)脂分離不好，將直接影響樹(shù)脂的再生，從而影響混床的出水水質(zhì)和制水周期。程控系統(tǒng)是自動(dòng)化控制的前提，往往我們把注意力放到時(shí)間參數(shù)的調(diào)整上，而穩(wěn)定的程控系統(tǒng)才是整個(gè)自動(dòng)化控制的關(guān)鍵。

5.電站現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS165的應(yīng)用

電站現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS165是西安熱工研究院有限公司(中國(guó)華能集團(tuán)公司技術(shù)中心)自主研發(fā)的電站自動(dòng)化控制系統(tǒng)，其目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)1000MW等級(jí)火電機(jī)組全數(shù)字化的控制、監(jiān)視、管理的自動(dòng)化。該系統(tǒng)也可應(yīng)用在水電、化工、造紙、水泥等過(guò)程工業(yè)控制領(lǐng)域中。FCS165系統(tǒng)不僅吸收了國(guó)際先進(jìn)的DCS技術(shù)，而且融入了新型的第五代自動(dòng)化控制技術(shù)－現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)，嵌入符合國(guó)際現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)IEC61158的Profibus和FF技術(shù)，構(gòu)成新一代現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS(FieldbusControlSystem)，為實(shí)現(xiàn)真正的數(shù)字化電廠提供技術(shù)裝備。

FCS165系統(tǒng)融入了西安熱工研究院40多年的火電廠控制技術(shù)和優(yōu)化經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)先進(jìn)、性能可靠，功能上最大限度地滿足電廠需要，人機(jī)界面友好，符合工程組態(tài)人員以及電廠人員使用習(xí)慣。

秦嶺電廠三期工程2×660MW工程采用超臨界直流爐，對(duì)鍋爐給水水質(zhì)要求很高。凝結(jié)水精處理系統(tǒng)采用中壓凝結(jié)水處理，具體為前置過(guò)濾器與高速混床串聯(lián)，每臺(tái)機(jī)組設(shè)置2×50%管式前置過(guò)濾器和3×50%球形高速混床。再生系統(tǒng)采用高塔再生工藝。程控系統(tǒng)采用FCS165系統(tǒng)。

5.1 凝結(jié)水精處理系統(tǒng)進(jìn)出水水質(zhì)要求與標(biāo)準(zhǔn)

凝結(jié)水精處理系統(tǒng)在啟動(dòng)初期和正常運(yùn)行時(shí)，進(jìn)出水水質(zhì)見(jiàn)表1。

5.2 凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的運(yùn)行與再生

凝結(jié)水精處理的運(yùn)行設(shè)計(jì)，若發(fā)生凝汽器泄漏，在泄漏小時(shí)，可通過(guò)混床再生次數(shù)，保證機(jī)組在水汽品質(zhì)合格下連續(xù)運(yùn)行；當(dāng)泄漏較大時(shí)，為了保證機(jī)組安全停機(jī)，該系統(tǒng)能保證機(jī)組一定的運(yùn)行時(shí)間。

凝結(jié)水精處理系統(tǒng)運(yùn)行控制：

從調(diào)試開(kāi)始到168H結(jié)束后運(yùn)行7個(gè)月，其精處理混床出水水質(zhì)見(jiàn)表2。

隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，運(yùn)行人員積累經(jīng)驗(yàn)，只需調(diào)整一些步序時(shí)間（如陰陽(yáng)樹(shù)脂分層后的壓送時(shí)間），精處理系統(tǒng)的混床投入、停運(yùn)、樹(shù)脂再生等步驟操作均按程序控制實(shí)現(xiàn)步序內(nèi)自動(dòng)運(yùn)行，運(yùn)行人員只要到現(xiàn)場(chǎng)巡檢就夠了。自動(dòng)步序出故障時(shí)，可以點(diǎn)操完成。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行操作，該程控系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，應(yīng)變能力強(qiáng)，保證了精處理系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

6.結(jié)語(yǔ)

凝結(jié)水精處理系統(tǒng)經(jīng)過(guò)逐步改進(jìn)優(yōu)化，現(xiàn)運(yùn)行正常，出水水質(zhì)良好，已能滿足各種運(yùn)行工況的需求。

[1]李銳,何世德,張占梅.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),2009,35(2):19-24.

[2]鞏耀武,管炳軍.火力發(fā)電廠化學(xué)水處理實(shí)用技術(shù)[M].北京:中國(guó)電力出版社,2011.