超臨界發(fā)電機組凝結(jié)水精處理系統(tǒng)分析
2018-06-12 16:05:01
作者：水處理事業(yè)部 郭鋒
摘要：超臨界機組對凝結(jié)水水質(zhì)要求較高，凝結(jié)水品質(zhì)影響熱力系統(tǒng)腐蝕與結(jié)垢的主要因素。本文主要對超臨界機組常用的凝結(jié)水精處理常用的陰陽分床及前置過濾器混床工藝系統(tǒng)進行比較，為今后凝結(jié)水處理系統(tǒng)的設(shè)計、選型及運行管理提供借鑒。
關(guān)鍵詞：超臨界；凝結(jié)水精處理；前置過濾器；前置陽床；高速混床
隨著國內(nèi)300 MW以上的超臨界發(fā)電機組的不斷建設(shè)，越來越多的凝結(jié)水精處理裝置投入運行。但目前國內(nèi)運行的凝結(jié)水精處理裝置普遍存在系統(tǒng)龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工藝流程與設(shè)備布置不盡合理、個別設(shè)備利用率低的問題。本文從系統(tǒng)運行的可靠性與設(shè)備投資的經(jīng)濟性角度出發(fā)，結(jié)合目前國內(nèi)運行較為成功的凝結(jié)水精處理系統(tǒng)生產(chǎn)管理經(jīng)驗，對工藝流程設(shè)計、設(shè)備布置設(shè)計、設(shè)備投資等方面進行優(yōu)化分析，提出改善工藝流程，減少設(shè)備投資，盡可能多地利用廠房公用設(shè)備的一些舉措，為凝結(jié)水精處理系統(tǒng)安全、經(jīng)濟、穩(wěn)定運行作嘗試性的探討。
1、設(shè)置凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的必要性
超臨界機組，為高參數(shù)、大容量的機組設(shè)置有效的凝結(jié)水精處理系統(tǒng)是十分必要的。根據(jù)“火力發(fā)電機組及蒸汽動力設(shè)備水汽質(zhì)量”（GB/T12145-2008）的規(guī)定，超臨界機組各項水汽質(zhì)量標準要求較嚴格。
為保證熱力系統(tǒng)給水及蒸汽滿足超臨界機組相關(guān)水質(zhì)要求。必須設(shè)置能高效率的去除水中雜質(zhì)及鹽分的處理裝置。
2、常用凝結(jié)水精處理工藝系統(tǒng)
2. 1高速混床系統(tǒng)
眾所周知，H/OH混床一直是用來處理凝結(jié)水的典型工藝，用H/OH型混床處理凝結(jié)水可以使出水的氫電導(dǎo)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(jié)水中的離子交換反應(yīng)（以交換水中的NaCl為例）可表示為：
RH+ROH+NaCl——RNa+RCl+H2O
此反應(yīng)中有極弱的電解質(zhì)H2O生成，使以上離子交換反應(yīng)進行得完全徹底，出水水質(zhì)可達到極低的電導(dǎo)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(shè)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(jié)水可經(jīng)旁路管直接進入高速混床進行精處理。
該系統(tǒng)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(shù)的發(fā)展，使混床的出水水質(zhì)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(tǒng)與熱力系統(tǒng)連接方式
凝結(jié)水精處理設(shè)備與熱力系統(tǒng)的連接方式如下：
2.1.2 高速混床系統(tǒng)運行方式
（1）機組啟動初期及凝結(jié)水水溫較高時，僅投運除鐵過濾器，當凝結(jié)水含鐵量<50μg/L時，再投運混床。除鐵過濾器設(shè)2臺，1臺同時運行，1臺備用，當過濾器運行壓差超過設(shè)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(dǎo)電度或壓降超過規(guī)定值時（氫電導(dǎo)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(huán)清洗，出水合格后并入系統(tǒng)，失效設(shè)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(zhì)指標
精處理系統(tǒng)出口水質(zhì)應(yīng)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(zhì)應(yīng)滿足表3的要求。石灰處理工藝系統(tǒng)通常會結(jié)合混凝澄清系統(tǒng)、深度過濾系統(tǒng)，以達到處理水質(zhì)達到再生水回用標準。
2.2分床系統(tǒng)
所謂“分床”，是將陽陰樹脂分別至于兩個設(shè)備中，機組的凝結(jié)水通過凝結(jié)水一次經(jīng)過陽床、陰床后，進入熱力系統(tǒng)。
2.2.1 分床系統(tǒng)與熱力系統(tǒng)連接方式
分床系統(tǒng)與混床系統(tǒng)相比，陽、陰樹脂分別在各自的反應(yīng)器里與凝結(jié)水中的鹽分（以NaCl為例）發(fā)生反應(yīng)：
RH+NaCl=RNa+H++Cl-
ROH+NaCl=RCl+Na++OH-+H2O
在上述的反應(yīng)中，分別有H+、Cl+、及Na+、OH-生成，使逆向反應(yīng)傾向較大，因此當凝結(jié)水中含有鹽分時，出水中極易漏過各種離子成分，使出水導(dǎo)電度上升。
但是分床系統(tǒng)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(tǒng)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(xiàn)在缺水地區(qū)多采用空冷技術(shù)對凝結(jié)水進行冷卻，造成凝結(jié)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(jié)構(gòu)離子的能力。
2.3經(jīng)濟性比較
通過兩種方案的技術(shù)經(jīng)濟比較，凝結(jié)水精處理采用高速混床系統(tǒng)，與陽、陰樹脂分床系統(tǒng)比較，工藝具有一下優(yōu)點：
（1）投資較小；
（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(yōu)化。分床系統(tǒng)設(shè)備多，再生系統(tǒng)龐大，布置困難，需再另建再生設(shè)備間；
（5）混床出水水質(zhì)較分床系統(tǒng)好；
（6）運行操作簡單。但是分床系統(tǒng)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(tǒng)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(jié)束語
通過技術(shù)經(jīng)濟兩方面比較，混床系統(tǒng)優(yōu)于分床系統(tǒng)，在工程凝結(jié)水水溫不是太高時，凝結(jié)水精處理系統(tǒng)除鹽設(shè)備推薦除鐵過濾器+高速混床系統(tǒng)。
參考文獻：
[1] 陳進生.凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的設(shè)計優(yōu)化. 發(fā)電設(shè)備, No.3 2002.
[2] 張富禮,謝靜祥.凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的合理選擇. 中國電力, VoL34 No.11 Nov.2001.
[3] 谷志強. 蒸汽凝結(jié)水的除鐵原理與設(shè)備.煤氣與熱力,2000年11月
[4] 李慧芳. 科技情報開發(fā)與經(jīng)濟, 2011年第21卷第34期