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(jié)水精處理技術(shù)特點，對凝結(jié)水精處理系統(tǒng)設(shè)備配置進行分析和論述，并對凝結(jié)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(guān)鍵詞：凝結(jié)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(jié)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(jié)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(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)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(zhì)。

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(nèi)雜質(zhì)。在直流鍋爐中，隨給水進入爐內(nèi)的各種雜質(zhì)，或被蒸汽帶往氣輪機或沉積在鍋爐水冷壁及或換熱管內(nèi)，導致熱力設(shè)備的腐蝕、結(jié)垢和積鹽;雜質(zhì)在鍋爐水冷壁及換熱管內(nèi)沉積，不但導致熱力系統(tǒng)管道、設(shè)備腐蝕結(jié)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(zhì)的要求也很高。根據(jù)國內(nèi)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(zhì)及控制好鍋爐給水品質(zhì)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(chǎn)物和各類溶解雜質(zhì)，降低給水中的雜質(zhì)含量，降低機組啟動時的運用水量，縮短啟動時間，凝結(jié)水精處理系統(tǒng)設(shè)置是十分必要的。

1.1超臨界機組凝結(jié)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(zhì)。隨蒸汽帶入汽輪機內(nèi)沉積的雜質(zhì)，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(zhì)。

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

從上述數(shù)據(jù)可以看出，超臨界機組的水質(zhì)要求是比較高的，給水水質(zhì)控制是超臨界機組安全運行的關(guān)鍵因素之一，超臨界機組應(yīng)配置全流量的凝結(jié)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(zhì)量要求，就需要從給水品質(zhì)及凝結(jié)水精處理工藝等方面的合理優(yōu)化來保證汽水品質(zhì)的高純度。

2 超臨界機組凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的選擇

上述對凝結(jié)水精處理系統(tǒng)設(shè)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(jié)水中的懸浮態(tài)及鹽類雜質(zhì)，但熱力系統(tǒng)中的雜質(zhì)主要是腐蝕產(chǎn)物即以鐵的氧化物為主，因此，凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的選擇既要能夠去除鐵等懸浮態(tài)雜質(zhì)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(nèi)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(chǎn)物與水分離，因此，它只能除去水中懸浮態(tài)的腐蝕產(chǎn)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(chǎn)物與濾元之間被粉末樹脂隔開，經(jīng)爆膜后，腐蝕產(chǎn)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(shè)置鋪膜設(shè)備，與管式過濾器比較，增加了鋪膜設(shè)備及運行控制程序。

2.1.2磁吸附除鐵

根據(jù)磁力產(chǎn)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(jié)構(gòu)簡單，無需外加能源，但由于磁體面積相對較小，影響腐蝕產(chǎn)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(zhì)。電磁式的磁體面積大，吸附能力強，對弱磁化的腐蝕產(chǎn)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(jié)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(zhì)離子發(fā)生交換反應(yīng)進行的，由于混床內(nèi)陽、陰離子交換反應(yīng)同時進行，溶液中沒有反離子作用，除鹽反應(yīng)進行的非常徹底，可以制出純度很高的水。由于凝結(jié)水含鹽量比較低，離子交換反應(yīng)進行的很快，混床內(nèi)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(zhì)。

陽陰分床用于凝結(jié)水處理時，由于凝結(jié)水中的主要雜質(zhì)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(zhì)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(shè)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(zhì)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(zhì)。但這種系統(tǒng)所用設(shè)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(jié)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(jié)水必須全部處理，除鐵裝置可不設(shè)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(shè)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(shù)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(shù)，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(zhì)，延長了設(shè)備運行周期。

3 結(jié)論

綜上所述，凝結(jié)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(shè)置2臺50%前置過濾器（不設(shè)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

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