铵型混床用于电站凝结水处理的局限性

2011-04-20朱镭

上海电力大学学报 2011年4期

朱镭

（中广核工程有限公司设备采购与成套中心，广东深圳 518124）

在凝汽式电站中，锅炉和发生器产生的蒸汽通过汽轮机做完功后由凝汽器冷却为凝结水，然后将其回收作为锅炉给水使用.为了保证锅炉给水的质量，一般需要对凝结水进行处理.

对凝结水进行处理主要可通过前置过滤器（覆盖过滤器、电磁过滤器、管式微孔过滤器、氢型阳床、粉末树脂过滤器等）、混床（氢型混床、铵型混床、3层混床等）、单床串联、3室床等设备完成.而电站的凝结水处理一般采用前置氢型阳床加氢型混床（RH-RH/ROH）系统.笔者介绍了凝结水处理混床的类型，通过分析氢型混床和铵型混床的优缺点，得出铵型混床只适合常规电站而无法用于核电站这一结论.

1 凝结水处理的混床类型及凝结水水质特性

1.1 凝结水处理的混床类型

凝结水处理的混床类型主要有氢型混床（RH/ROH）、铵型混床（RNH4/ROH）和前置氢型阳床加氢型混床（RH-RH/ROH）等［1，2］.

1.2 凝结水水质特性

为了热力设备的防腐防垢，需要向锅炉的给水系统、炉水中加入一定剂量的化学药品，如磷酸盐、NH3和N2H4等.在火力发电厂中，为了防止腐蚀给水系统，必须加入NH3使给水的pH值为8.8～9.3;采用磷酸盐处理时，必须使炉水的pH值为9～10.压水堆核电站2回路蒸发器排污水的pH值的期望值为9.4～9.7，限值为9.1～9.8.由于炉水、蒸发器中的水及蒸汽中均含有一定量的NH4OH，当蒸汽凝结后，也含有一定量的NH4OH，导致混床树脂要交换的阴、阳离子浓度相差十分悬殊，因此对凝结水的处理结果有较大的影响.

根据美国U.S Filter/Permtek公司提供的凝结水混床进水水质统计，其中总阴离子约0.41 μmol/L，其具体数字见表1.而为了保证pH值为9.2～9.6，需加入的铵离子量为0.5～3.0 mg/L，即0.029～0.176 mol/L.可见在凝结水中NH4OH是其他盐类的70～429倍［1-4］.

2 氢型混床的优缺点

氢型混床的优点主要有：

（1）出水水质好由于凝结水处理的氢型混床（RH/ROH）是由具备很强的离子交换能力的RH型和ROH型树脂组成，能够去除凝结水中几乎所有的离子型杂质，因此其出水水质好，在正常情况下，完全符合凝结水处理的混床出水水质要求;

（2）能在短时间内抵抗水质的突然变化在热力系统发生水质恶化或凝汽器发生微量泄漏等使水质发生突然变化的情况下，氢型混床能在短时间内维持运行，从而为机组的维修或停机争取时间;

（3）可过滤去除腐蚀产物氢型混床内的树脂还可以发挥滤料的作用，过滤去除热力系统内产生的腐蚀物和凝汽器等泄漏的悬浮物.

氢型混床的缺点主要有：

（1）浪费大量的氨由于凝结水处理的混床去除的主要是凝结水中用于防腐蚀的NH4OH，为防止热力系统发生腐蚀，在经混床处理后的凝结水中，需重新加入NH3，造成很大浪费;

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（2）运行周期短氢型混床由于要去除大量的NH4OH，其周期制水量一般在30～150 kt，比制水量的树脂一般为10～50 kt/m3，周期在10天左右，树脂再生频繁.

3 铵型混床的形成及优缺点

3.1 铵型混床的形成

由于凝结水处理的氢型混床存在氨浪费，水处理科技研究工作者为了节约成本，研究推广了运用铵型混床进行凝结水处理的方法.

在氢型混床投入运行、并运行到混床进水和出水的含氨量相等时，铵型混床内的RH型树脂已全部转化为RNH4型树脂，并以铵型混床继续运行，直到出水漏钠超过混床出水标准为止.这个过程中，混床内发生了如下反应：

3.2 铵型混床的优点

（1）运行周期长由于铵型混床是在氢型混床的基础上运行的，因此铵型混床的周期制水量一般为400～600 kt，比制水量树脂一般为60～300 kt/m3，其周期在60天左右.

（2）运行费用少铵型混床减少了树脂的再生次数，延长了树脂的使用寿命，而且氨在热力系统里循环使用，使其被充分利用，取得了较好的经济效益.

（3）可去除钙、镁、铜、铁等离子当凝汽器管有泄漏时，对于进入凝结水的钙、镁、铜、铁等离子，铵型混床会发生如下离子交换反应：

因此，铵型混床只有在凝汽器管有泄漏时，可以短时间内去除凝结水中的Ca2+，Mg2+，Cu2+，Fe3+等离子，但不能维持较好的水质.

（4）可过滤去除腐蚀产物铵型混床内的树脂还可以发挥滤料的作用，过滤去除热力系统内产生的腐蚀物质和凝汽器等泄漏的悬浮物.

3.3 铵型混床的局限性

笔者将铵型混床在电站凝结水处理中的局限性分为应用于常规电站和核电站两种情况，并对其进行了讨论.

（1）应用于常规电站在凝结水水质合格的情况下，铵型混床能稳定地运行.但当电站热力系统水汽质量下降时，如凝汽器发生泄漏或因其他原因导致水质恶化时，铵型混床无法缓冲，电站机组会因水汽质量不合格必须马上停机.

（2）应用于核电站由于蒸汽发生器的管材需要兼顾核电站1回路冷却水和2回路除盐水的使用条件，只能采用价格昂贵的镍基合金如Incone1600，Incone1800及Incone690等材料.这些材料对除盐水中的SO42－，Na+，Cl－很敏感，因此对给水质量和排污水质量要求都较高［5］.

而铵型混床在处理凝结水的过程中，会出现两种情况.一是会产生钠峰，即在氢型混床向铵型混床转型的过程中，凝结水中NH4OH很快使氢型混床中的氢型阳树脂（RH）交换为铵型阳树脂（RNH4），导致氨漏过，使得混床出水的电导率升高.而在氨漏过的同时，钠的排代峰也开始漏过，导致其峰值可高达100μg/L.二是铵型混床基本不能除盐.由于Ca2+，Mg2+，K+，NH4+，Na+，H+在离子交换过程中的选择性系数分别为4.1，2.6，2.3，2.0，1.6，和1.0［6］，在稀溶液中，强酸阳树脂对常见阳离子的选择顺序如下：Fe3+＞Al3+＞Ca2+＞Mg2+＞K+≈NH4+＞Na+＞H+.由此可以看出，NH4+比Na+对强酸阳树脂的选择性强得多.在凝汽器管不泄漏的情况下，凝结水中只含有微量的NH4+，Na+，OH－，Cl－等，使用铵型混床后，会发生如下离子交换反应：

显然，反应式（1）中由于生成了强碱NaOH，因此反应不容易向右进行;而反应式（2）和反应式（3）中由于NH4+比Na+对强酸阳树脂的选择性强得多，因此反应也不易向右进行.这样，凝结水中的Na+和Cl－等都会从铵型混床以混床进水中的同样浓度泄漏到热力系统中去.

而在饱和蒸汽压力为17 MPa的情况下，SiO2，NaCl，Na2SO4的分配系数分别为0.1，0.003，0.000 01.可见，微量的Cl－和SO42－几乎全部积聚在蒸发器中［6，7］，这很容易引起镍基合金管材的晶间应力腐蚀，以及管端与管板缝隙处的凹陷损坏.而蒸汽发生器一旦发生泄漏等故障，由于存在放射性，维修非常困难.

我国某核电站当前置阳床由RH型转入RNH4型运行后，混床出水的Cl－急剧升高，导致蒸汽发生器排污水的Cl－浓度由8～10μg/L升高到80～89μg/L，由此可知，铵型混床不能应用于核电站的凝结水处理.