超臨界發電機組凝結水精處理系統分析

2018-06-12 16:05:01

作者：水處理事業部 郭鋒

       摘要：超臨界機組對凝結水水質要求較高，凝結水品質影響熱力系統腐蝕與結垢的主要因素。本文主要對超臨界機組常用的凝結水精處理常用的陰陽分床及前置過濾器混床工藝系統進行比較，為今后凝結水處理系統的設計、選型及運行管理提供借鑒。

      關鍵詞：超臨界；凝結水精處理；前置過濾器；前置陽床；高速混床

 

隨著國內300 MW以上的超臨界發電機組的不斷建設，越來越多的凝結水精處理裝置投入運行。但目前國內運行的凝結水精處理裝置普遍存在系統龐大、結構復雜、工藝流程與設備布置不盡合理、個別設備利用率低的問題。本文從系統運行的可靠性與設備投資的經濟性角度出發，結合目前國內運行較為成功的凝結水精處理系統生產管理經驗，對工藝流程設計、設備布置設計、設備投資等方面進行優化分析，提出改善工藝流程，減少設備投資，盡可能多地利用廠房公用設備的一些舉措，為凝結水精處理系統安全、經濟、穩定運行作嘗試性的探討。

1、設置凝結水精處理系統的必要性

超臨界機組，為高參數、大容量的機組設置有效的凝結水精處理系統是十分必要的。根據“火力發電機組及蒸汽動力設備水汽質量”（GB/T12145-2008）的規定，超臨界機組各項水汽質量標準要求較嚴格。

為保證熱力系統給水及蒸汽滿足超臨界機組相關水質要求。必須設置能高效率的去除水中雜質及鹽分的處理裝置。

2、常用凝結水精處理工藝系統

2. 1高速混床系統

眾所周知，H/OH混床一直是用來處理凝結水的典型工藝，用H/OH型混床處理凝結水可以使出水的氫電導率達到0.1 μs/cm（25°C）以下，通常達到0.07-0.08 μs/cm。H/OH混床中陽、陰樹脂的初始形式分別為H型和OH型，其在凝結水中的離子交換反應（以交換水中的NaCl為例）可表示為：

RH+ROH+NaCl——RNa+RCl+H₂O

此反應中有極弱的電解質H₂O生成，使以上離子交換反應進行得完全徹底，出水水質可達到極低的電導率。

每臺機組配3x50%高速混床，正常時，二臺運行，一臺備用。為解決機組啟動階段的除鐵及保護樹脂不受鐵的污染，在高速混床前設置管式纖維除鐵過濾器，每臺機組配2x100%的除鐵過濾器。正常運行時視情況凝結水可經旁路管直接進入高速混床進行精處理。

該系統的特點是既滿足機組啟動時及正常工況下的除鐵及除鹽要求，運行安全性高，靈活性強。同時，隨著樹脂高分離技術的發展，使混床的出水水質進一步提高，混床的運行周期延長，運行費用大幅度降低。

2.1.1 高速混床系統與熱力系統連接方式

凝結水精處理設備與熱力系統的連接方式如下：

2.1.2 高速混床系統運行方式

（1）機組啟動初期及凝結水水溫較高時，僅投運除鐵過濾器，當凝結水含鐵量<50μg/L時，再投運混床。除鐵過濾器設2臺，1臺同時運行，1臺備用，當過濾器運行壓差超過設定值時，投入備用過濾器，退出失效過濾器，清洗合格后的過濾器備用。

（2）精處理混床2臺運行，1臺備用。當混床出水導電度或壓降超過規定值時（氫電導率>0.15μs/cm，或二氧化硅>10μs/L或進、出水管壓差>0.30MPa），備用混床投入運行，并進行再循環清洗，出水合格后并入系統，失效設備停運解列，再生合格后備用。

（3）過濾器的投運、停運；混床停運、樹脂再生、混床投運、旁路運行等過程均采用程序控制自動進行。當自動控制故障時可手動操作。

2.1.3 處理后水質指標

精處理系統出口水質應滿足超臨界機組正常和非正常運行及啟動的需要。機組正常運行時，其出水水質應滿足表3的要求。石灰處理工藝系統通常會結合混凝澄清系統、深度過濾系統，以達到處理水質達到再生水回用標準。

2.2分床系統

所謂“分床”，是將陽陰樹脂分別至于兩個設備中，機組的凝結水通過凝結水一次經過陽床、陰床后，進入熱力系統。

2.2.1 分床系統與熱力系統連接方式

           

分床系統與混床系統相比，陽、陰樹脂分別在各自的反應器里與凝結水中的鹽分（以NaCl為例）發生反應：

RH+NaCl=RNa+H⁺+Cl^-

ROH+NaCl=RCl+Na⁺+OH^-+H₂O

在上述的反應中，分別有H⁺、Cl⁺、及Na⁺、OH^-生成，使逆向反應傾向較大，因此當凝結水中含有鹽分時，出水中極易漏過各種離子成分，使出水導電度上升。

但是分床系統的陽、陰樹脂分別在體外再生，再生完成后分別送回到陽、陰床，因此也就解決了混床系統難以解決的陽陰樹脂在再生過程中相互混雜的難題，提高了樹脂的再生度，從而使樹脂的工作交換容量得以提高，此外高速陽床有前置過濾器功能，避免陰樹脂受污染。同時由于現在缺水地區多采用空冷技術對凝結水進行冷卻，造成凝結水溫度較高（最高可達到75℃），這時可采用旁路陰床的運行方式可滿足既防止陰樹脂裂解又能保持陽樹脂去除大部分結構離子的能力。

2.3經濟性比較

通過兩種方案的技術經濟比較，凝結水精處理采用高速混床系統，與陽、陰樹脂分床系統比較，工藝具有一下優點：

（1）投資較??；

（2）運行費用低；

（3）綜合年費用較少；

（4）占地面積小，有利于主廠房布置的優化。分床系統設備多，再生系統龐大，布置困難，需再另建再生設備間；

（5）混床出水水質較分床系統好；

（6）運行操作簡單。但是分床系統的陽、陰樹脂分別在體外再生，再生完成后分別送回到陽、陰床，因此也就解決了混床系統難以解決的陽陰樹脂在再生過程中相互混雜的難題，提高了樹脂的再生度，從而使樹脂的工作交換容量得以提高。

3、結束語

通過技術經濟兩方面比較，混床系統優于分床系統，在工程凝結水水溫不是太高時，凝結水精處理系統除鹽設備推薦除鐵過濾器+高速混床系統。

參考文獻：

[1]     陳進生.凝結水精處理系統的設計優化. 發電設備, No.3 2002.

[2]     張富禮,謝靜祥.凝結水精處理系統的合理選擇. 中國電力, VoL34  No.11 Nov.2001.

[3]     谷志強. 蒸汽凝結水的除鐵原理與設備.煤氣與熱力,2000年11月

   [4]  李慧芳. 科技情報開發與經濟, 2011年第21卷第34期