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        空冷機組水化學工況研究

        2013-10-20 02:07:52成紅燕
        綜合智慧能源 2013年12期
        關鍵詞:水質系統(tǒng)

        成紅燕

        (中國華電工程(集團)有限公司,北京 100035)

        0 引言

        目前,我國大部分地區(qū)水資源日趨貧乏,特別是富煤貧水地區(qū),水資源更加短缺,加之水質污染嚴重,水已成為制約火電廠建設發(fā)展的重要因素。近10年來,在北方缺水地區(qū)建設空冷機組已經成為一種趨勢。空冷機組用水量是常規(guī)濕冷機組用水量的1/4,即建設1座百萬千瓦濕冷機組的用水量相當于4座空冷百萬千瓦機組的用水量。由此可以說,在富煤貧水地區(qū)建設大型空冷機組是火電建設的必由之路[1-3]。應加快空冷機組水化學工況研究,合理選擇水處理系統(tǒng),為機組安全、經濟運行提供保障,顯得尤為重要。

        1 空冷凝結水精處理系統(tǒng)的選擇

        根據DL/T 912—2005《超臨界火力發(fā)電機組水汽質量標準》的規(guī)定,經過超臨界機組凝結水處理裝置處理后的凝結水質量應符合表1規(guī)定。

        由于空冷機組運行的背壓較高,夏季凝結水的溫度達70~85℃。因此,在對精處理系統(tǒng)設備選擇時,不僅要考慮凝結水處理裝置后的出水水質,還要適應耐高水溫的要求[4]。對超臨界直流鍋爐直接空冷機組而言,在選擇凝結水精處理系統(tǒng)時,必須同時滿足如下條件[5]:

        (1)該機組凝結水必須全時段100%處理。

        (2)須適應較高的凝結水溫的要求。

        2 凝結水精處理工藝

        目前國內空冷機組常規(guī)的凝結水精處理系統(tǒng)主要特點如下:

        (1)除鐵過濾器系統(tǒng)。它具有除鐵功能,但不具備除鹽功能,適用于超高壓調峰機組及高壓直接空冷機組。目前此系統(tǒng)已不常使用。

        (2)粉末樹脂覆蓋過濾器系統(tǒng)。其主要功能是除鐵,同時可除去部分鹽分。它適用于亞臨界、超臨界及以上直接空冷機組。

        (3)裸混床系統(tǒng)。它具有深度除鹽功能,同時也能去除部分腐蝕產物。該系統(tǒng)最大的缺陷是在夏季凝結水溫度很高時,由于混床內陰樹脂的耐熱性問題還不能解決,從而使精處理系統(tǒng)無法正常投運。目前空冷機組較少單獨使用。

        (4)前置過濾器(管式過濾器)-混床系統(tǒng)。它具有除鐵及深度除鹽功能,對于直接空冷機組而言,當夏季凝結水溫度高時,因陰樹脂的耐熱性問題,需要旁路混床,只能單獨運行過濾器,這樣,凝結水精處理系統(tǒng)就只具備過濾除鐵的功能而不能除鹽,不能保證給水品質合格,因此,不適用于直接空冷機組。

        (5)紙漿覆蓋過濾器-混床系統(tǒng)。它具有明顯的除鐵及除鹽功能。對于直接空冷機組而言,當夏季凝結水溫度高時,因陰樹脂的耐溫性問題,需要旁路混床而單獨投運紙漿覆蓋過濾器,此時只能起到過濾除鐵作用,不能降低水中的鹽分,從而不能保證給水品質合格,因此,它不適用于直接空冷機組。

        (6)前置陽床-混床系統(tǒng)。它具有除鐵及深度除鹽功能,適用于濕冷機組及混合式間接空冷機組。對于直接空冷機組而言,當夏季凝結水溫度高時,需要旁路混床,只能運行前置陽床,出水呈酸性,必須加堿調整pH值才能保證給水品質合格,因而它不適用于直接空冷機組。

        (7)陽-陰(陽)分床系統(tǒng)。除鹽效果很好,它適用于濕冷、間接空冷機組。對于直接空冷機組而言,當熱季凝結水溫度高時需旁路陰床,需加堿調節(jié)pH值以保證系統(tǒng)出水水質,同樣不適用于超臨界及超(超)臨界參數直接空冷機組。

        表1 經過凝結水精處理裝置處理后的水質標準

        (8)前置過濾器-陽-陰(陽)分床系統(tǒng)。它具有良好的除鐵及除鹽功能,適用于亞臨界、超臨界及超超臨界參數濕冷機組以及混合式間接空冷機組。對于直接空冷機組而言,凝結水溫度在夏季很高時必須旁路陰床,需再加堿提高pH值,容易導致給水導電度不合格,它不適用于超臨界及超(超)臨界參數直接空冷機組。

        (9)粉末樹脂覆蓋過濾器-混床系統(tǒng)。它具有較好地結合粉末樹脂過濾器和混床的優(yōu)點,運行靈活,對系統(tǒng)工況有很強的適應性。當夏季水溫超過陰樹脂受溫極限時,可以旁路混床,根據水質情況而決定采用過濾器鋪纖維粉,或者采用纖維粉加陰、陽樹脂混合粉。同樣,在機組正常運行而凝結水水質較好時,也可以旁路混床,只投運粉末樹脂覆蓋過濾器,從而達到機組經濟運行之目的。該系統(tǒng)是目前國內大型空冷機組廣泛采用的運行方式。

        3 不同類型的空冷機組水化學工況特點

        目前,電廠采用的空冷方式可分為3種類型:其中有2種類型被稱作間接空冷,分別為混合式間接空冷和表面式間接空冷;另外一種類型被稱作直接空冷。直接空冷投資折算到20年的總費用若為100%,那么混合式和表面式間接空冷分別約為直接空冷的124%和129%,從經濟比較綜合分析來看,直接空冷具有一次性投資低、占地面積小及冬季防凍性能好等特點。國內首臺百萬千瓦級空冷機組——華電寧夏靈武發(fā)電有限公司采用的就是直接空冷系統(tǒng)[6]。

        空冷機組的參數不同及冷卻形式的多樣化,使得機組熱力系統(tǒng)的水汽品質控制也各不相同,形成了空冷機組不同形式的水化學工況特點[7-8]。

        3.1 表面式間接空冷機組水化學工況

        表面式間接空冷機組的循環(huán)水水質是除鹽水,即使凝汽器發(fā)生滲漏,對于凝結水的污染也非常小,熱力系統(tǒng)的水化學工況控制較為容易。

        3.1.1 凝結水精處理系統(tǒng)

        凝結水精處理系統(tǒng)與濕冷機組的方案基本相同,主要是考慮到凝結水溫度偏高,對陰樹脂的耐高溫性能有一定要求,超臨界、超(超)臨界機組宜采用過濾器-混床除鹽裝置,且混床應有備用設備。如果是亞臨界汽包爐機組,由于雜質通過爐水排污去除,凝結水精處理的配置可適當簡化,僅設置混床即可,也有工程僅設置用于機組啟動除鐵的過濾器。

        3.1.2 熱力系統(tǒng)

        由于設有凝結水處理裝置,超臨界及以上機組可以采用加氧處理(微堿性)水汽工況,也可采用堿性水汽工況。亞臨界機組宜采用堿性水汽工況,爐水可采用加堿處理。在堿性水工況時,給水pH值為9.0~9.5,氫電導率(25 ℃)<0.20 μS/cm,氧的質量濃度≤7 μg/L;在加氧處理水工況時,給水pH值為8.0~9.0,氫電導率(25 ℃)<0.15 μS/cm,期望值 <0.10 μS/cm,氧的質量濃度為 30~150 μg/L。

        3.2 混合式間接空冷系統(tǒng)的水化學工況

        對于混合式間接空冷系統(tǒng)而言,由于冷卻水散熱器采用鋁管,而機組凝結水和給水管道采用碳鋼管,機組熱力系統(tǒng)凝結水與循環(huán)冷卻水經凝汽器被混合,使整個水汽系統(tǒng)在鐵-鋁管道內循環(huán),必須要求給水純度極高,一般給水pH值為6.5~7.5,氫電導率(25℃)<0.30 μS/cm,氧的質量濃度為 50~200 μg/L。因此,機組熱力系統(tǒng)和冷卻水系統(tǒng)需在中性水工況下運行,才能保證管道腐蝕量最少。由于空冷器冷卻表面龐大,冷卻水系統(tǒng)中存在大量鐵、鋁腐蝕產物且凝結水和循環(huán)水在凝汽器混流,加之熱力系統(tǒng)要求維持中性水工況,所以,必須對凝結水進行100%的過濾和除鹽處理,以保證給水電導率在0.1 μS/cm以下?;旌鲜介g接空冷機組的另一大特點是凝結水中氧的質量濃度較高,而凝結水中的氧主要由循環(huán)水帶入,其質量濃度往往超過100 μg/L。

        3.2.1 凝結水精處理

        根據凝結水給水水質特點及水質要求,給水采用中性處理,亞臨界及以上參數機組,凝結水處理系統(tǒng)工藝為前置過濾器-離子交換除鹽裝置。除鹽裝置可以采用混床或者是陽、陰分床,前置過濾器可采用前置陽床、管式過濾器或樹脂粉末過濾器。過濾器和離子交換除鹽設備均設有備用。

        3.2.2 熱力系統(tǒng)

        給水pH 值為 6.8~8.5,氫電導率(25℃)<0.15 μS/cm,期望值為0.10 μS/cm,氧的質量濃度為30~150 μg/L。混合式間接空冷系統(tǒng)的運行(最重要也是較難做到的)就是要維持凝結水和給水的高品質。在機組啟動時,保證水汽品質難度更大,往往存在水質差、啟動沖洗時間長及水耗量大等問題。當運行控制不好時,水汽系統(tǒng)會出現pH值降低、熱力系統(tǒng)金屬腐蝕等問題。在機組長時間停機期間,應定期利用凝結水精處理系統(tǒng)對機組的冷卻水進行部分處理。處理方式:啟動1臺循環(huán)水泵,用凝結水泵將水送入精處理系統(tǒng),出水通過旁路管返回到直接接觸噴射式凝汽器,循環(huán)至冷卻水導電率降到0.15 μS/cm時停止,這樣,可保證停機時系統(tǒng)水質處于良好狀態(tài),以保證機組啟動后水汽品質快速達標。

        3.3 直接空冷系統(tǒng)水化學工況

        直接空冷系統(tǒng)的冷卻設備與冷凝設備合為一體,一般采用全鋼制空冷散熱器,其系統(tǒng)材質單一。機組熱力系統(tǒng)在堿性水工況下運行,易于保證汽水品質,當汽水品質達到要求時,也可以采用中性水工況運行。

        由于超臨界及以上直接空冷機組的汽水品質要求很高,凝結水除鹽裝置一般不退出運行,否則,無法保證汽水品質的要求。從經濟的角度來考慮,除鹽裝置采用混床最佳,這就對陰樹脂的熱穩(wěn)定性提出了要求。目前,一些專業(yè)的水處理機構進行了這方面的試驗研究工作。同時,針對超臨界機組不允許凝結水精處理系統(tǒng)退出運行以保證汽水品質的特點,將凝汽背壓適當降低,保證在正常情況下夏季凝結水溫度不高于72℃。

        3.3.1 凝結水精處理

        根椐直接空冷機組凝結水給水水質特點及水質要求,做出相應選擇。

        (1)超臨界、超(超)臨界機組。粉末覆蓋過濾器-混床;前置過濾器-陽床-陰床;前置陽床-混床。

        (2)亞臨界機組。陽床-陰床。

        3.3.2 熱力系統(tǒng)

        在堿性工況時,給水pH值為9.0~9.6、氫電導率(25℃)<0.2μS/cm,期望值 <0.15μS/cm,氧的質量濃度≤7 μg/L。中性加氧處理工況時,給水pH值為8.0~9.0,氫電導率(25 ℃)<0.15 μS/cm,期望值<0.10μS/cm,氧的質量濃度為30~150μg/L。

        華電寧夏靈武電廠(2×1000 MW超超臨界機組)也是直接空冷機組,凝結水精處理系統(tǒng)為粉末樹脂過濾器-混床;三用一備,夏季凝結水最高溫度72℃,凝結水精處理系統(tǒng)水質見表2。

        表2 凝結水精處理系統(tǒng)水質

        3.4 不同空冷形式水工況要求及系統(tǒng)

        不同空冷形式水工況要求見表3。

        表3 不同空冷形式水工況要求

        4 結束語

        目前,國內越來越多的電廠建設高參數的超臨界、超(超)臨界空冷機組。其凝結水精處理系統(tǒng)普遍采用以下2個方案:粉末樹脂覆蓋過濾器-混床;前置過濾器-陽床-陰床。從目前調研的情況來看,二者出水水質均可滿足機組水質要求。相比之下,混床方案出水水質較好,占地面積小,對凝結水系統(tǒng)的阻力小,應該是超臨界、超(超)臨界空冷機組凝結水精處理系統(tǒng)的首選方案。

        [1]江自生,韓買良.火電機組水資源利用情況及對策[J].華電技術,2008,30(6):1 -5.

        [2]張永君.凝結水精處理系統(tǒng)在空冷機組的應用[J].黑龍江電力,2011(3):238-240.

        [3]楊滿成,周金全.核電站、火電廠水工系統(tǒng)優(yōu)化設計和應用[J].華電技術,2013,35(5):22 -24.

        [4]石全成,韓小剛.北方炎熱地區(qū)火電直接空冷機組度夏能力分析[J].華電技術,2011,33(11):28 -30.

        [5]劉經燕.超臨界空冷機組凝結水精處理系統(tǒng)的選擇[C]//湖北省電機工程學會電廠化學專委會、湖北省電機工程學會電廠化學專委會2007年學術年會論文集.武漢:湖北省電機工程學會電廠化學專委會,2007:6.

        [6]梁楷楹.600 MW直接空冷機組凝結水精處理分床系統(tǒng)應用實例[J].工業(yè)水處理,2010(9):90-92.

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        [8]田文華,李鵬,和慧勇.空冷機組凝結水精處理系統(tǒng)設備優(yōu)化配置[J].熱力發(fā)電,2009(3):81-84.

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