超臨界發(fā)電機(jī)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(jī)組對(duì)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(duì)超臨界機(jī)組常用的凝結(jié)水精處理常用的陰陽(yáng)分床及前置過(guò)濾器混床工藝系統(tǒng)進(jìn)行比較，為今后凝結(jié)水處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、選型及運(yùn)行管理提供借鑒。
關(guān)鍵詞：超臨界；凝結(jié)水精處理；前置過(guò)濾器；前置陽(yáng)床；高速混床
隨著國(guó)內(nèi)300 MW以上的超臨界發(fā)電機(jī)組的不斷建設(shè)，越來(lái)越多的凝結(jié)水精處理裝置投入運(yùn)行。但目前國(guó)內(nèi)運(yùn)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(gè)別設(shè)備利用率低的問(wèn)題。本文從系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性與設(shè)備投資的經(jīng)濟(jì)性角度出發(fā)，結(jié)合目前國(guó)內(nèi)運(yùn)行較為成功的凝結(jié)水精處理系統(tǒng)生產(chǎn)管理經(jīng)驗(yàn)，對(duì)工藝流程設(shè)計(jì)、設(shè)備布置設(shè)計(jì)、設(shè)備投資等方面進(jìn)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(jì)、穩(wěn)定運(yùn)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(jī)組，為高參數(shù)、大容量的機(jī)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(jī)組及蒸汽動(dòng)力設(shè)備水汽質(zhì)量”（GB/T12145-2008）的規(guī)定，超臨界機(jī)組各項(xiàng)水汽質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求較嚴(yán)格。
為保證熱力系統(tǒng)給水及蒸汽滿足超臨界機(jī)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(lái)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(dá)到0.1 μs/cm（25°C）以下，通常達(dá)到0.07-0.08 μs/cm。H/OH混床中陽(yáng)、陰樹(shù)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(jìn)行得完全徹底，出水水質(zhì)可達(dá)到極低的電導(dǎo)率。
每臺(tái)機(jī)組配3x50%高速混床，正常時(shí)，二臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)備用。為解決機(jī)組啟動(dòng)階段的除鐵及保護(hù)樹(shù)脂不受鐵的污染，在高速混床前設(shè)置管式纖維除鐵過(guò)濾器，每臺(tái)機(jī)組配2x100%的除鐵過(guò)濾器。正常運(yùn)行時(shí)視情況凝結(jié)水可經(jīng)旁路管直接進(jìn)入高速混床進(jìn)行精處理。
該系統(tǒng)的特點(diǎn)是既滿足機(jī)組啟動(dòng)時(shí)及正常工況下的除鐵及除鹽要求，運(yùn)行安全性高，靈活性強(qiáng)。同時(shí)，隨著樹(shù)脂高分離技術(shù)的發(fā)展，使混床的出水水質(zhì)進(jìn)一步提高，混床的運(yùn)行周期延長(zhǎng)，運(yùn)行費(fèi)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(yùn)行方式
（1）機(jī)組啟動(dòng)初期及凝結(jié)水水溫較高時(shí)，僅投運(yùn)除鐵過(guò)濾器，當(dāng)凝結(jié)水含鐵量<50μg/L時(shí)，再投運(yùn)混床。除鐵過(guò)濾器設(shè)2臺(tái)，1臺(tái)同時(shí)運(yùn)行，1臺(tái)備用，當(dāng)過(guò)濾器運(yùn)行壓差超過(guò)設(shè)定值時(shí)，投入備用過(guò)濾器，退出失效過(guò)濾器，清洗合格后的過(guò)濾器備用。
（2）精處理混床2臺(tái)運(yùn)行，1臺(tái)備用。當(dāng)混床出水導(dǎo)電度或壓降超過(guò)規(guī)定值時(shí)（氫電導(dǎo)率>0.15μs/cm，或二氧化硅>10μs/L或進(jìn)、出水管壓差>0.30MPa），備用混床投入運(yùn)行，并進(jìn)行再循環(huán)清洗，出水合格后并入系統(tǒng)，失效設(shè)備停運(yùn)解列，再生合格后備用。
（3）過(guò)濾器的投運(yùn)、停運(yùn)；混床停運(yùn)、樹(shù)脂再生、混床投運(yùn)、旁路運(yùn)行等過(guò)程均采用程序控制自動(dòng)進(jìn)行。當(dāng)自動(dòng)控制故障時(shí)可手動(dòng)操作。
2.1.3 處理后水質(zhì)指標(biāo)
精處理系統(tǒng)出口水質(zhì)應(yīng)滿足超臨界機(jī)組正常和非正常運(yùn)行及啟動(dòng)的需要。機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，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(huì)結(jié)合混凝澄清系統(tǒng)、深度過(guò)濾系統(tǒng)，以達(dá)到處理水質(zhì)達(dá)到再生水回用標(biāo)準(zhǔn)。
2.2分床系統(tǒng)
所謂“分床”，是將陽(yáng)陰樹(shù)脂分別至于兩個(gè)設(shè)備中，機(jī)組的凝結(jié)水通過(guò)凝結(jié)水一次經(jīng)過(guò)陽(yáng)床、陰床后，進(jìn)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(yáng)、陰樹(shù)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(dāng)凝結(jié)水中含有鹽分時(shí)，出水中極易漏過(guò)各種離子成分，使出水導(dǎo)電度上升。
但是分床系統(tǒng)的陽(yáng)、陰樹(shù)脂分別在體外再生，再生完成后分別送回到陽(yáng)、陰床，因此也就解決了混床系統(tǒng)難以解決的陽(yáng)陰樹(shù)脂在再生過(guò)程中相互混雜的難題，提高了樹(shù)脂的再生度，從而使樹(shù)脂的工作交換容量得以提高，此外高速陽(yáng)床有前置過(guò)濾器功能，避免陰樹(shù)脂受污染。同時(shí)由于現(xiàn)在缺水地區(qū)多采用空冷技術(shù)對(duì)凝結(jié)水進(jìn)行冷卻，造成凝結(jié)水溫度較高（最高可達(dá)到75℃），這時(shí)可采用旁路陰床的運(yùn)行方式可滿足既防止陰樹(shù)脂裂解又能保持陽(yáng)樹(shù)脂去除大部分結(jié)構(gòu)離子的能力。
2.3經(jīng)濟(jì)性比較
通過(guò)兩種方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，凝結(jié)水精處理采用高速混床系統(tǒng)，與陽(yáng)、陰樹(shù)脂分床系統(tǒng)比較，工藝具有一下優(yōu)點(diǎn)：
（1）投資較??；
（2）運(yùn)行費(fèi)用低；
（3）綜合年費(fèi)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(yùn)行操作簡(jiǎn)單。但是分床系統(tǒng)的陽(yáng)、陰樹(shù)脂分別在體外再生，再生完成后分別送回到陽(yáng)、陰床，因此也就解決了混床系統(tǒng)難以解決的陽(yáng)陰樹(shù)脂在再生過(guò)程中相互混雜的難題，提高了樹(shù)脂的再生度，從而使樹(shù)脂的工作交換容量得以提高。
3、結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(shí)，凝結(jié)水精處理系統(tǒng)除鹽設(shè)備推薦除鐵過(guò)濾器+高速混床系統(tǒng)。
參考文獻(xiàn)：
[1] 陳進(jìn)生.凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(guó)電力, VoL34 No.11 Nov.2001.
[3] 谷志強(qiáng). 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(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì), 2011年第21卷第34期