超临界发电机组凝结水精处理系统分析
2018-06-12 16:05:01
作者：水处理事业部 郭锋
摘要：超临界机组对凝结水水质要求较高，凝结水品质影响热力系统腐蚀与结垢的主要因素。本文主要对超临界机组常用的凝结水精处理常用的阴阳分床及前置过滤器混床工艺系统进行比较，为今后凝结水处理系统的设计、选型及运行管理提供借鉴。
关键词：超临界；凝结水精处理；前置过滤器；前置阳床；高速混床
随着国内300 MW以上的超临界发电机组的不断建设，越来越多的凝结水精处理装置投入运行。但目前国内运行的凝结水精处理装置普遍存在系统庞大、结构复杂、工艺流程与设备布置不尽合理、个别设备利用率低的问题。本文从系统运行的可靠性与设备投资的经济性角度出发，结合目前国内运行较为成功的凝结水精处理系统生产管理经验，对工艺流程设计、设备布置设计、设备投资等方面进行优化分析，提出改善工艺流程，减少设备投资，尽可能多地利用厂房公用设备的一些举措，为凝结水精处理系统安全、经济、稳定运行作尝试性的探讨。
1、设置凝结水精处理系统的必要性
超临界机组，为高参数、大容量的机组设置有效的凝结水精处理系统是十分必要的。根据“火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量”（GB/T12145-2008）的规定，超临界机组各项水汽质量标准要求较严格。
为保证热力系统给水及蒸汽满足超临界机组相关水质要求。必须设置能高效率的去除水中杂质及盐分的处理装置。
2、常用凝结水精处理工艺系统
2. 1高速混床系统
众所周知，H/OH混床一直是用来处理凝结水的典型工艺，用H/OH型混床处理凝结水可以使出水的氢电导率达到0.1 μs/cm（25°C）以下，通常达到0.07-0.08 μs/cm。H/OH混床中阳、阴树脂的初始形式分别为H型和OH型，其在凝结水中的离子交换反应（以交换水中的NaCl为例）可表示为：
RH+ROH+NaCl——RNa+RCl+H2O
此反应中有极弱的电解质H2O生成，使以上离子交换反应进行得完全彻底，出水水质可达到极低的电导率。
每台机组配3x50%高速混床，正常时，二台运行，一台备用。为解决机组启动阶段的除铁及保护树脂不受铁的污染，在高速混床前设置管式纤维除铁过滤器，每台机组配2x100%的除铁过滤器。正常运行时视情况凝结水可经旁路管直接进入高速混床进行精处理。
该系统的特点是既满足机组启动时及正常工况下的除铁及除盐要求，运行安全性高，灵活性强。同时，随着树脂高分离技术的发展，使混床的出水水质进一步提高，混床的运行周期延长，运行费用大幅度降低。
2.1.1 高速混床系统与热力系统连接方式
凝结水精处理设备与热力系统的连接方式如下：
2.1.2 高速混床系统运行方式
（1）机组启动初期及凝结水水温较高时，仅投运除铁过滤器，当凝结水含铁量<50μg/L时，再投运混床。除铁过滤器设2台，1台同时运行，1台备用，当过滤器运行压差超过设定值时，投入备用过滤器，退出失效过滤器，清洗合格后的过滤器备用。
（2）精处理混床2台运行，1台备用。当混床出水导电度或压降超过规定值时（氢电导率>0.15μs/cm，或二氧化硅>10μs/L或进、出水管压差>0.30MPa），备用混床投入运行，并进行再循环清洗，出水合格后并入系统，失效设备停运解列，再生合格后备用。
（3）过滤器的投运、停运；混床停运、树脂再生、混床投运、旁路运行等过程均采用程序控制自动进行。当自动控制故障时可手动操作。
2.1.3 处理后水质指标
精处理系统出口水质应满足超临界机组正常和非正常运行及启动的需要。机组正常运行时，其出水水质应满足表3的要求。石灰处理工艺系统通常会结合混凝澄清系统、深度过滤系统，以达到处理水质达到再生水回用标准。
2.2分床系统
所谓“分床”，是将阳阴树脂分别至于两个设备中，机组的凝结水通过凝结水一次经过阳床、阴床后，进入热力系统。
2.2.1 分床系统与热力系统连接方式
分床系统与混床系统相比，阳、阴树脂分别在各自的反应器里与凝结水中的盐分（以NaCl为例）发生反应：
RH+NaCl=RNa+H++Cl-
ROH+NaCl=RCl+Na++OH-+H2O
在上述的反应中，分别有H+、Cl+、及Na+、OH-生成，使逆向反应倾向较大，因此当凝结水中含有盐分时，出水中极易漏过各种离子成分，使出水导电度上升。
但是分床系统的阳、阴树脂分别在体外再生，再生完成后分别送回到阳、阴床，因此也就解决了混床系统难以解决的阳阴树脂在再生过程中相互混杂的难题，提高了树脂的再生度，从而使树脂的工作交换容量得以提高，此外高速阳床有前置过滤器功能，避免阴树脂受污染。同时由于现在缺水地区多采用空冷技术对凝结水进行冷却，造成凝结水温度较高（最高可达到75℃），这时可采用旁路阴床的运行方式可满足既防止阴树脂裂解又能保持阳树脂去除大部分结构离子的能力。
2.3经济性比较
通过两种方案的技术经济比较，凝结水精处理采用高速混床系统，与阳、阴树脂分床系统比较，工艺具有一下优点：
（1）投资较小；
（2）运行费用低；
（3）综合年费用较少；
（4）占地面积小，有利于主厂房布置的优化。分床系统设备多，再生系统庞大，布置困难，需再另建再生设备间；
（5）混床出水水质较分床系统好；
（6）运行操作简单。但是分床系统的阳、阴树脂分别在体外再生，再生完成后分别送回到阳、阴床，因此也就解决了混床系统难以解决的阳阴树脂在再生过程中相互混杂的难题，提高了树脂的再生度，从而使树脂的工作交换容量得以提高。
3、结束语
通过技术经济两方面比较，混床系统优于分床系统，在工程凝结水水温不是太高时，凝结水精处理系统除盐设备推荐除铁过滤器+高速混床系统。
参考文献：
[1] 陈进生.凝结水精处理系统的设计优化. 发电设备, No.3 2002.
[2] 张富礼,谢静祥.凝结水精处理系统的合理选择. 中国电力, VoL34 No.11 Nov.2001.
[3] 谷志强. 蒸汽凝结水的除铁原理与设备.煤气与热力,2000年11月
[4] 李慧芳. 科技情报开发与经济, 2011年第21卷第34期