查方林，劉凱，吳俊杰，何鐵祥，馮兵

(國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南長沙410007)

粉末樹脂覆蓋過濾器在超臨界直接空冷機組中的應(yīng)用

查方林，劉凱，吳俊杰，何鐵祥，馮兵

(國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南長沙410007)

介紹了粉末樹脂覆蓋過濾器的工作原理與特點；結(jié)合工程實例闡述其工藝流程及工藝參數(shù)；并收集機組整套啟動期間的運行數(shù)據(jù)，分析影響粉末樹脂覆蓋過濾器運行周期長短的因素，以及不同運行條件下的除鐵除硅效率和除鹽能力的差異；總結(jié)超臨界直接空冷機組粉末樹脂覆蓋過濾器調(diào)試中應(yīng)注意的問題。

直接空冷；粉末樹脂覆蓋過濾器；運行周期；除鐵效率；除鹽能力

近年來新建超 (超)臨界發(fā)電機組紛紛選址煤資源豐富的西北地區(qū)，鑒于水資源的匱乏，機組普遍采用直接空冷方式?？绽鋶u換熱面龐大，系統(tǒng)復(fù)雜，空氣漏入凝結(jié)水中引發(fā)腐蝕的可能性較大，由此產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物加重了精處理混床的負擔(dān)，頻繁的再生消耗了大量的除鹽水〔1〕。在酷熱的夏季，凝結(jié)水溫常常在60℃以上，甚至超過70℃，混床無法投入，汽水品質(zhì)惡化，影響機組運行。

粉末樹脂覆蓋過濾器 (以下簡稱 “覆蓋過濾器”)由早期的紙漿覆蓋過濾器發(fā)展而來〔2〕，其鋪膜材料由最初的紙漿逐步演變成樹脂粉和纖維粉。由于覆蓋過濾器無需再生，且具有耐高溫的特性，使其在干旱地區(qū)的空冷機組中得到了普遍的應(yīng)用。

1 工作原理及特點

覆蓋過濾器罐體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示，樹脂粉和纖維粉通過鋪膜設(shè)備被均勻的涂覆在濾元外表面，過濾器投運時，水流的正壓力可確保涂覆層不會脫落。水流由外而內(nèi)透過濾元，凝結(jié)水中的鐵渣和膠體硅等懸浮物被涂覆層截留，而離子則與粉末樹脂發(fā)生交換反應(yīng)。因此，覆蓋過濾器兼具過濾和除鹽的雙重作用。粉末樹脂的粒徑一般低于 50 μm〔3〕，這大大增加了水流與樹脂粉的接觸面積和反應(yīng)速度，樹脂粉的全交換容量可得到充分利用。樹脂粉和纖維粉為一次性耗材，無需再生，可大大減少除鹽水的消耗。樹脂粉發(fā)生高溫降解前一般已失效，因此無需擔(dān)心樹脂粉的降解問題。

根據(jù)機組運行水質(zhì)的情況，覆蓋過濾器有全纖維粉、纖維粉和樹脂粉摻混、全樹脂粉共3種鋪膜方式。機組啟動期間，凝結(jié)水中鐵和懸浮物含量高，可采用全纖維粉的鋪膜方式。而當機組正常投運時，多采用摻混鋪膜方式，纖維粉在濾元表面“織網(wǎng)架橋”，起到了 “粘連” 作用，使樹脂粉更容易貼附在濾元表面；同時纖維粉可有效填補樹脂粉之間的縫隙，增強濾膜的截污能力。全樹脂粉鋪膜方式雖然增加了濾膜的離子交換總?cè)萘?，但濾膜的過濾截污能力下降。樹脂粉在失效后由于轉(zhuǎn)型而體積收縮，導(dǎo)致涂敷層中出現(xiàn)裂痕，這會進一步加劇懸浮物的漏過。因此，一般不建議選用全樹脂粉的鋪膜方式。

與管式過濾器相比，覆蓋過濾器具有更強的截污能力，可有效去除水中的鐵和硅。由于凝結(jié)水中的懸浮物基本被截留在濾膜中，失效反洗時更容易從濾元表面剝離下來，因此覆蓋過濾器的反洗用水量更小。與高速混床相比，即便采用全樹脂粉的鋪膜方式，覆蓋過濾器的樹脂鋪膜量也僅為混床的1/50，雖然樹脂粉的交換容量約為顆粒態(tài)樹脂的2～3倍，但其除鹽能力依舊很小。因此單獨使用覆蓋過濾器除鹽僅適用于混床無法投入時的 “救急”。

圖1 覆蓋過濾器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

2 工藝流程

覆蓋過濾器的運行流程包括以下工藝步驟:鋪膜→投運→解列→爆膜→備用。以下將結(jié)合工程實例逐一介紹各步工藝。

某新建電廠4×660 MW工程為超臨界直接空冷機組，其精處理采用3×50%覆蓋過濾器加3×50%高速混床的設(shè)計。覆蓋過濾器和高速混床均為兩用一備。該廠1號機組自2015年4月底開始整套啟動，已于5月底通過168 h試運正式投產(chǎn)。覆蓋過濾器的系統(tǒng)示意圖如圖2所示。單臺過濾器額定流量831 t/h，保護溫度75℃，濾元為繞線式不銹鋼材質(zhì)，過濾精度5 μm，單臺過濾器濾元總表面積97.3 m2。樹脂粉是由美國Graver Technologies公司提供的Premix系列混合樹脂粉 (氨型/氫氧型質(zhì)量比為1∶1)，樹脂粉出廠前已經(jīng)高度再生，纖維粉為Ecocote系列高純度 (≥99%)纖維粉，粒度≥50 μm，分解溫度大于85℃。

圖2 覆蓋過濾器系統(tǒng)示意圖

鋪膜:鋪膜是將配制好的樹脂纖維漿液均勻涂覆到覆蓋過濾器濾元表面的過程，鋪膜效果的好壞直接影響到覆蓋過濾器的除鐵、硅和除鹽效率以及運行周期的長短。鋪膜前通過反洗進水將過濾器滿水并將輔助箱補水至適當液位，啟動鋪膜泵建立鋪膜水循環(huán)。在混合箱中將樹脂粉和纖維粉攪拌均勻后，啟動注射泵開始鋪膜。覆蓋過濾器鋪膜量太大會導(dǎo)致過濾器運行初始壓差過高，太小則影響進水處理效率，一般單位面積的鋪膜量約為0.9～1.2 kg樹脂粉和纖維粉〔4〕?；旌舷渲袧{液濃度宜為3%～5%，漿液太濃極易造成注射管道堵塞。本例中，混合箱容量為2.0 m3，單個過濾器總鋪膜量100 kg，因此分2次配漿注射。漿液攪拌混合的時間不應(yīng)少于20 min，若漿液中纖維粉的比較較高，可適當減小配漿濃度并延長攪拌時間。一次注射的時間控制在15～20 min較為合適，注射太快容易導(dǎo)致鋪膜不均一。鋪膜完成后應(yīng)啟動保持泵，維持正壓以防膜層脫落。

投運:在確保覆蓋過濾器升壓成功后，依次打開進出水門，過濾器即投運完成。投運初，覆蓋過濾器壓差應(yīng)小于0.03 MPa，若運行初始壓差過高，很可能是由于濾元堵塞嚴重，可視情況選擇化學(xué)清洗或更換濾元。覆蓋過濾器投運期間，應(yīng)密切監(jiān)視溫度、壓力、進水流量和進出水壓差等參數(shù)。本例中覆蓋過濾器的保護溫度設(shè)定為75℃。當進水壓力大于4.0 MPa時，覆蓋過濾器聯(lián)鎖退出運行，以防濾元和其他內(nèi)部構(gòu)件遭受損壞，另外進水壓力過大還存在樹脂粉和纖維粉受壓穿透濾元的可能。當進水流量低于一定值時，覆蓋過濾器保持泵聯(lián)鎖啟動，以防膜層脫落，直到流量恢復(fù)后泵才停止。流量保護值可根據(jù)運行實際情況而定，本例中流量大于80 t/h即可保證膜層不脫落。覆蓋過濾器投運期間應(yīng)避免2臺過濾器發(fā)生明顯偏流現(xiàn)象，除鋪膜量的差異和濾元堵塞等因素外，導(dǎo)致偏流現(xiàn)象最常見的原因是2臺過濾器前后投入的時間間隔太長。大部分凝結(jié)水從后投入的過濾器分流，這會導(dǎo)致后投入的過濾器快速失效，投運周期明顯縮短。因此，2臺覆蓋過濾器應(yīng)盡量做到 “同投同退”。隨著被截留的懸浮物越來越多，過濾器進出水壓差逐步上升，當壓差大于0.175 MPa時，過濾器觸發(fā)聯(lián)鎖退出運行，失效備用。

解列:當過濾器失效后，開啟旁路門并將過濾器退出，罐體泄壓等待爆膜。

爆膜:向失效的過濾器內(nèi)進壓縮空氣憋壓，快開排氣門，同時進水反洗，濾元表面的膜層被爆炸式的剝離下來，通過這種水氣合洗的方式使覆蓋過濾器濾元恢復(fù)鋪膜前的潔凈狀態(tài)即是爆膜。本例中，一次完整的爆膜過程如下:罐體滿水下的水反洗→水氣合洗＋水反洗至水位降至濾元頂部→水氣合洗＋水反洗至水位降至濾元中部→水氣合洗＋水反洗至水位降至濾元底部→滿水并重復(fù)以上步驟兩次。水氣合洗時間約為2～5 s，壓縮空氣壓力0.4～0.6 MPa，反洗流量80 t/h。對濾元進行頂部、中部和底部三段式爆膜是為了防止反洗剝離的濾膜重新附著到已清洗干凈的濾元上段。視情況可對過濾器重復(fù)進行多次爆膜，以反洗排水清澈且濾元目視潔凈為準。

備用:爆膜后的過濾器滿水備用等待鋪膜。

3 運行效果

覆蓋過濾器的運行效果，主要包括運行周期、除鐵除硅效率和除鹽能力等指標。以下將結(jié)合1號機組整套啟動期間的運行數(shù)據(jù)加以討論。

3.1 運行周期

1號機組在整套啟動初期，由于鐵、硅含量較高，因此采取全纖維粉的鋪膜方式。單臺過濾器鋪膜量100 kg纖維粉。后期鐵、硅含量下降，采用纖維粉:樹脂粉1∶1，1∶2的鋪膜方式，鋪膜總量100 kg。覆蓋過濾器投運情況見表1。

表1 1號機組整套啟動期間投運情況統(tǒng)計表

表1顯示，覆蓋過濾器的運行周期在不同運行條件下差異較大。進水流量越大，單位時間內(nèi)截污量越高，過濾器失效越快〔5〕。對比5月5日與5月7日的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，其他條件差別不大的情況下，進水流量550 t/h時的運行周期是850 t/h時的3.5倍。因此當進水流量接近額定值時，少量開啟過濾器旁路門 (一般≤10%)或3臺過濾器同時投入可明顯延長過濾器的運行周期，節(jié)約運行成本。進水中鐵、硅含量越高，過濾器越容易被污堵，運行周期越短。與5月5日的數(shù)據(jù)相比，4月25日時的流量雖然只有450 t/h，但由于水中鐵、硅含量太高，其運行周期只有14 h。纖維粉配成漿液后呈糊狀，粘連成片，對水流的阻力較大，因此一般濾膜中纖維粉比例越高，過濾器壓差上升越快。對比5月10日和5月5日的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，其他運行條件差別不明顯的情況下，1∶2鋪膜方式下的運行周期比1∶1時的長25 h。因此運行中，隨著凝結(jié)水中懸浮物含量的下降可逐步減少纖維粉的鋪膜比例，一方面可延長過濾器運行周期，另一方面還可增強過濾器的除鹽能力。

3.2 除鐵、除硅效率

采用全纖維粉鋪膜方式時，覆蓋過濾器只能靠物理截留去除顆粒較大的鐵渣。如表2所示，進水鐵含量較高時，覆蓋過濾器除鐵率可達60%左右，而當水中鐵含量較低，以離子態(tài)存在時，其除鐵率只有15%左右。除硅也只能靠纖維粉的吸附，去除部分膠體態(tài)的硅，其除硅率低于15%。采用樹脂粉＋纖維粉1∶1摻混鋪膜方式時，覆蓋過濾器兼具過濾與除鹽雙重作用。如表3所示，覆蓋過濾器除鐵率在70%～90%之間，由于陽樹脂對鐵離子的選擇性強，即便氨型陽樹脂早已失效失去除鹽作用，但仍然具有除鐵能力，因此采用樹脂粉和纖維粉摻混鋪膜方式，不但除鐵效率高，而且除鐵持續(xù)時間長。而陰樹脂對硅酸根的選擇性非常弱，當樹脂粉中的氫氧型陰樹脂失效后，除硅依舊只能靠截留和吸附。覆蓋過濾器投運初期，除硅率最高可達70%以上，隨后慢慢下降，到過濾器快失效時，除硅率只有17%左右，與全纖維粉鋪膜方式下相當。

表2 在全纖維粉鋪膜方式下的進出水水質(zhì)

表3 在1∶1鋪膜方式下的進出水水質(zhì)

3.3 除鹽能力

1號機組168 h試運期間，1號覆蓋過濾器進出口的電導(dǎo)率變化趨勢如圖3所示。過濾器采用樹脂粉＋纖維粉1∶1摻混鋪膜方式，進水流量820 t/h，5月21日21∶30投運，5月26日23∶00壓差0.17 MPa失效退出，運行周期5 d。由圖3可知，1∶1摻混鋪膜覆蓋過濾器的除鹽能力僅能維持約10 h。由此可推算，即便采用全樹脂粉鋪膜方式，其除鹽周期亦不會超過24 h，與高速混床相比，覆蓋過濾器除鹽能力十分有限。

圖3 1號覆蓋過濾器進出水電導(dǎo)率變化趨勢

綜上所述，覆蓋過濾器的運行周期受進水流量、進水水質(zhì)和鋪膜方式等多種因素影響，在纖維粉和樹脂粉摻混鋪膜方式下，過濾器除鐵效果良好，但除硅、除鹽有效持續(xù)時間短，效果不顯著。

4 調(diào)試期間應(yīng)注意的問題

與普通的管式前置過濾器相比，覆蓋過濾器設(shè)備相對復(fù)雜，工藝控制更加精細，在調(diào)試過程中，應(yīng)注意以下問題。

1)新裝濾元首次鋪膜前，應(yīng)先進水浸泡，然后反復(fù)多次爆膜，確保濾元已清洗潔凈。

2)鋪膜時輔助箱的水位不應(yīng)太滿，否則鋪膜注射時，鋪膜漿液會從輔助箱的溢流管溢流，造成浪費且使實際鋪膜量偏小。

3)混合箱液位計與箱體之間應(yīng)盡可能選用大管徑連接管，避免漿液堵塞液位計。

4)覆蓋過濾器在投運前應(yīng)將罐體滿水，否則無法升壓。但不允許通過反洗進水的方式滿水，可打開鋪膜進水門和過濾器排氣門，啟動鋪膜泵，用輔助箱中的水將過濾器補滿水。

5 結(jié)語

粉末樹脂覆蓋過濾器除鐵效果良好，除鐵率為70%～90%，除硅率最高可達70%，但有效除硅時間短。在機組啟動期間，覆蓋過濾器的投入可有效縮短啟動周期，節(jié)省大量沖洗水，夏季凝結(jié)水超溫混床退出時，可在短期內(nèi)較好地控制水汽品質(zhì)，確保機組穩(wěn)定運行。

覆蓋過濾器仍存在鋪膜耗材成本高，操作工藝復(fù)雜，除鹽能力不足等缺點。選用該技術(shù)時應(yīng)綜合考慮成本、當?shù)厮Y源豐富程度、機組運行方式等各方面因素。

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表1 變壓器固體絕緣老化糠醛限值及超限值臺數(shù)

在糠醛含量監(jiān)督的過程中，對于測試值大于0.4 mg/L時的油樣，認為絕緣老化已比較嚴重。在進行跟蹤檢測時，應(yīng)注意糠醛含量的增長率。正常運行過程中，變壓器油中糠醛的下限值作為可能存在紙絕緣非正常老化的注意值。

對于糠醛含量超出限值的變壓器，由于資料有限，難以了解變壓器油中糠醛初始含量、在運行中是否經(jīng)受過高負載、運行溫度是否經(jīng)常過高、冷卻系統(tǒng)和油路是否異常，以及含水量是否過高，是否存在局部過熱等情況。對于出現(xiàn)故障的變壓器，應(yīng)判斷故障是否涉及到木質(zhì)絕緣墊塊、撐條等部位，當放電或過熱故障涉及到這些部位時，會導(dǎo)致糠醛含量急劇上升。為了診斷設(shè)備絕緣是否的確存在故障，應(yīng)當根據(jù)具體情況縮短分析周期，監(jiān)測油中糖醛和CO，CO2含量及其增長速度〔8〕。對變壓器紙絕緣老化程度進行判斷時，應(yīng)排除變壓器故障等異常情況所產(chǎn)生的糠醛。

3 結(jié)論

理論上糠醛含量能夠反映絕緣紙老化分解情況，但在變壓器實際運行中，數(shù)據(jù)往往受到多種因素的干擾。通過對運行變壓器油中糠醛含量的分析可以得出如下結(jié)論:

1)運行年限長的變壓器不一定糠醛含量高，但糠醛含量高的變壓器一般運行時間都較長?？傮w來說，對于運行中變壓器，單純用油中糠醛含量判斷固體絕緣的實際狀態(tài)準確性較差，但是運行年限較短的變壓器出現(xiàn)糠醛含量過高的情況應(yīng)該仔細分析，判斷是否由于固體絕緣過度老化。

2)變壓器運行工況、更換硅膠、濾油、吸附處理等檢修維護信息對于判斷油中糠醛是否能夠真實反映變壓器絕緣老化狀態(tài)至關(guān)重要，因此對此類信息應(yīng)該詳細記錄，加強變壓器全壽命管理工作。

參 考 文 獻

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〔8〕劉松濤，程振江，滕躍，等.變壓器絕緣老化分析〔J〕.變壓器，2009，46(5):46-48.

Application of powered resin precoat filter in Direct Air-cooled Supercritical Units

ZHA Fanglin，LIU Kai，WU Junjie，HE Tiexiang，F(xiàn)ENG Bing
(State Grid Hunan Electric Power Corporation Research Institute，Changsha 410007，China)

The principle and process characteristics of powered resin precoat filter are introduced and the process flows and parameters are discussed through an engineering example.Running data was collected during the period of unit's integrated starting，and the factors that affect running period are analyzed.Iron removing rate，silicon removing rate and desalting rate in different operating conditions are compared.Several tips are given for the debugging of powered resin precoat filter in the end.

direct air-cooled；powered resin precoat filter；running period；iron removing rate；desalting rate

TM621.8

B

1008-0198(2015)06-0048-05

10.3969/j.issn.1008-0198.2015.06.013

查方林 (1988)，男，江西九江人，助理工程師，碩士，研究方向為材料腐蝕與電廠水處理。

2015-09-07