凝结水精处理技术的应用及发展

任玉玲，周海滨，张东明，林少平

(浙江天达环保股份有限公司，杭州 310006)

凝结水精处理技术的应用及发展

任玉玲，周海滨，张东明，林少平

(浙江天达环保股份有限公司，杭州 310006)

概述了凝结水精处理技术的国内外发展现状及主要工艺，对国内外主要系统供应商的技术特点进行了分析总结。

凝结水精处理;粉末树脂过滤技术;混床;树脂再生

水蒸气是火力发电机组锅炉和汽轮机间能量传递的唯一介质，水蒸气经汽轮机做工后凝结而成的水叫凝结水。水汽在锅炉和汽轮机间的不同参数下循环，由于设备的腐蚀、凝汽器的泄露等原因，致使水汽携带有金属氧化物等杂质和一些可溶性盐，这些杂质和盐在水汽循环过程中将会在锅炉受热面、汽轮机的蒸汽通流部分发生沉积，影响机组的正常出力，甚至危及安全生产。凝结水处理可以在机组启动进行除铁（除硅）和连续的离子交换除盐，从而保证机组安全、经济和可靠运行。目前国内所有的直流锅炉和大部分300MW以上机组汽包锅炉以及核电机组一般均设置有凝结水精处理系统。

目前，国外燃煤电厂的凝结水精处理设备出水水质标准为：Na+质量浓度小于1μg/L，Cl-质量浓度小于0.1μg/L，电导率小于0.2μS/cm。本文对凝结水精处理技术的国内外发展现状及主要工艺进行了介绍，对国内外主要系统供应商的技术特点进行了分析，不仅对设计院、工程公司的优化设计和配置有很好的指导意义，对最终用户的优化运行也具有重要的现实意义。

1 凝结水精处理技术国内外发展现状

1.1 国外凝结水精处理技术的发展

关于凝结水精处理技术，美国从20世纪50年代开始应用，其目的是除去凝结水中的机械杂质和含盐量。最初使用的是带有预过滤的深层混床系统，在20世纪50年代末期Graver水处理公司发明了一套分离再生技术，并成功应用在路易斯安那州的电力和照明的小吉卜赛站。20世纪末在分离再生技术上进行了革新，发明了浓碱浮选法（SEPREX）。1962年，Graver公司首先开始粉末树脂过滤技术的研究。爱尔兰从1969年开始在120WM机组上使用凝结水精处理系统，仅采用了前置管式过滤器+混床+简单再生装置。目前不同国家凝结水精处理系统也存在不同的倾向性[1]，如美国、加拿大倾向于选择裸混床、粉末树脂过滤器；英国倾向于前置过滤器+混床、前置阳床+混床；德国倾向于分床、粉末树脂过滤器；意大利倾向于前置过滤器+混床；南非倾向于分床、前置过滤器+混床或三室床；东欧倾向于分床、前置过滤器+三室床等，而法国认为已掌握了凝汽器检漏技术，可以保证凝汽器不漏，不需要装凝结水处理设备。

1.2 我国凝结水精处理技术的现状

国内应300MW直流炉机组的要求而开始了凝结水精处理系统的应用，最初以姚孟电厂、望亭电厂的“纸浆覆盖过滤+混床”系统为代表，混床运行压力、流速较低。树脂送出混床体外再生，但仍在同一罐内分层后再生，交叉污染难以避免。采用惰性树脂作为阴阳树脂间的隔离层，由于惰性树脂的性能所限而应用范围小[2]。20世纪90年代，我国引进了锥斗分离和高塔分离等高分离再生技术，粉末树脂覆盖过滤系统的设备及材料也实现了国产化。目前我国凝结水精处理工艺囊括了世界上大多已知的先进技术[3]。国内各电厂300MW以下湿冷机组设置凝结水精处理装置的不多；300MW以上的机组的凝结水精处理工艺，湿冷机组主要是混床+锥斗分离法（CONESEP）或混床+高塔分离法（FULLSEP），中间抽出法和浓碱浮选法（SEPREX）这两种工艺现在已经很少采用；600MW以上机组的凝结水精处理工艺是混床或前置过滤+混床，再生技术以高塔为主，空冷机组主要是粉末覆盖为主。

2 主要的凝结水精处理工艺

凝结水精处理工艺流程大致可以分为以下几类：一是前置过滤器+高速混床方式；二是不设前置过滤器，只采用单独的空气擦洗高速混床或树脂粉末覆盖过滤器；三是分床，即高速阳床+高速阴床。

2.1 粉末树脂过滤技术[4，5]

粉末树脂过滤技术就是将粉末树脂作为覆盖介质预涂在精密过滤器滤芯上，用以置换溶解性的离子态物质、除去悬浮固体颗粒、有机物及胶体硅及其他胶体物质。完善的系统由粉末树脂覆盖过滤器系统、旁路系统、破膜清洗及铺膜系统、压缩空气系统、废气收集及输送系统等组成，其中破膜和铺膜系统最为重要，直接决定粉末树脂过滤器出水水质的好坏，该系统主要包括反洗水泵、保持泵、铺膜泵、铺膜注射泵、铺膜箱、铺膜辅助箱、压缩空气储罐及内部配套附件等。

2.2 高速混床技术

2.2.1 高速混床的工作原理

高速混床是把阴、阳离子交换树脂放在同一个交换器中，运行前将他们尽可能地混合均匀。由于阴阳树脂是相互混匀的，所以其阴、阳离子交换反应几乎是同时进行的。也就是说H+型交换反应产生的H+与OH-型交换反应所产生的OH-都不会积累起来，基本上消除了反离子的影响[6]。

2.2.2 树脂分离再生的主要工艺

树脂的体外再生工艺主要有四种：

（1） 高塔分离法（FULLSEP）

高塔分离法是美国U.S.Filter公司研究和开发出来的技术，在福建省的嵩屿电厂已得到成功应用。

主要设备包括：树脂分离塔、阴树脂再生塔、阳树脂再生塔兼树脂储存罐。

分离再生过程[7]：1）当混床树脂失效后，将其输送到分离塔；2）失效树脂与分离塔中的中间层混合树脂进行第一次反洗分层；3）将中间层混合树脂以上分离好的阴树脂输送到阴树脂再生塔；4）分离塔中的树脂进行第2次反洗分层。然后将中间层混合树脂以下分离好的阳树脂抽至阳树脂再生塔兼树脂储存罐；5）分别再生阴阳树脂；6）阴树脂输送至阳树脂再生塔（兼贮存塔）混合、清洗、备用。

特点：1）塔体很高，上部为倒锥体，厂房内布置较困难；2）树脂反洗分层采用临界流速反洗，流量均匀，反洗分层时间长，水量消耗大；3）在反洗沉降和树脂转移时，内部扰动小；4）树脂分离罐的高度高，中下部截面积很小，阴阳树脂的接触面积也小；5）留下约1m3的混合树脂在树脂分离塔内使交叉污染减小。

（2）锥斗分离法（CONESEP）

锥斗分离法为英国Thompson Kennicott公司的技术，美国GLEGG也采用此法，其特别之处在于分离塔设计成底部为锥形集配水装置。秦皇岛热电厂2×300WM和湄洲湾电厂已有较成功的应用，大亚湾核电站也采用了该方法。

主要设备组成：树脂分离塔兼阴树脂再生塔，阳树脂再生塔兼树脂贮存塔和混脂塔。

分离再生过程[7]：1）混床树脂失效后，将失效树脂及上一次再生时留在混脂塔中的混脂送至阴塔（兼分离塔）中进行分离；2）失效树脂分离后，阳树脂送至阳再生塔（兼贮存塔），混脂送至混脂塔；3）阴、阳树脂分别进行再生；4）将再生好的阴树脂送至阳塔中，树脂混合、清洗、备用。

CONESEP法的优点：1）分离塔设计成底部为锥形集配水装置，树脂输送终点控制为化学方法；2）可达到很高的树脂分离度，交叉污染指标为：阴中阳小于0.07%、阳中阴小于0.4%；3）可任意改变阴、阳树脂的比例，不因阴、阳树脂比例或体积变化而影响分离效果；4）因分离罐底部为锥形，树脂在分离及再生后能完全转移至运行床。

CONESEP法的缺点：无法排除破碎树脂，需定期浓碱浸泡分离。

（3）浓碱浮选法（SEPREX）

美国Graver公司20世纪末发明了浓碱浮选法（SEPREX），后石电厂一期工程采用了此技术。

主要设备组成：树脂分离塔兼阴树脂再生塔，阳树脂再生塔兼树脂贮存塔。

分离再生过程[8]：1）失效树脂从混床被输送到阴再生塔（原有上一次再生留下的少量混脂）；2）失效树脂在阴再生塔中分离；3）分层后的阳树脂从阴再生塔输送到阳再生塔（通过pH界面探测器控制输送时间）；4）阴、阳树脂分别进行再生；5）阴再生塔中再生好的阴树脂输送至阳再生塔；6）阴阳树脂在阳塔中混合、清洗、备用；7）阳树脂输送管上的混脂用水反冲洗阴树脂再生塔。

特点：采用变流速的反洗水对树脂进行分层，在阳树脂输送管道上设有树脂界面探测器（实际为pH计）。

缺点：碱耗大、树脂易破裂、操作复杂。

（4）中间抽出法

塔体高度较低，反洗膨胀高度不够；混脂层高度为150～300mm；中间抽出法是将混床失效树脂输送至阳再生罐反洗分层，将上部阴树脂抽至阴再生罐，然后再将中间的混层树脂抽离中间树脂贮存塔，这部分树脂不进行再生处理，留待与下一次失效再生的树脂重新混合[9]。

优点：1）操作比较简单，可节省再生时间；2）当采用强度高，粒度均匀且比重差较大的树脂，并保证树脂体积比准确时，树脂的交叉污染较低。

缺点：1）装置高径比小、反洗流速低、树脂膨胀率低，阳、阴树脂由于相互夹杂无法被彻底分离；2）由于装置工艺设计的局限，无法配置料位检测仪；3）树脂运行一段时间后，碎树脂增加和树脂比发生变化对出水水质产生影响。

由于存在上述问题，目前国内300MW以上大型火电机组的凝结水精处理系统已很少采用该种装置。

3 国内外主要供应商所采用的技术类型

3.1 国外主要供应商所采用技术的特点

（1）美国GRAVER公司

美国GRAVER公司于1962年首先提出了粉末树脂过滤技术，并于20世纪末在再生分离技术上发明了SEPREX法（浮减分离法）再生工艺，该方法现在已经很少采用。GRAVER公司已经将该技术进行了改进，目前采用了Kennicott的锥形分离技术。

在我国的典型业绩有：扬州第二发电厂600MW机组、华能上海石洞口第二电厂两台超临界600MW机组、珠海电厂一期工程、华能福州电厂二期工程2×350MW机组等。

（2）美国U.S.Filter公司

高塔分离技术（FULLSEP）为美国U.S.Filter公司研究和开发出来的技术。该技术已在国内许多电厂中应用。

在我国的典型业绩有：北仑发电厂二期工程3台机组、元宝山发电有限责任公司3号机组等。

（3）英国KENNICOTT公司

英国KENNICOTT水处理公司采用拥有专利技术的锥斗分离法（CONESEP）。

在我国的典型业绩有：大唐托电一期工程、黄岛电厂2×660MW等。

3.2 国内主要凝结水精处理生产企业技术分析

国内主要凝结水精处理生产企业采用的主要技术见下表。

国内主要凝结水精处理生产企业采用的主要技术表

国内主要凝结水精处理生产企业已经拥有国际先进的包括粉末树脂过滤器系统、混床+锥斗分离法（CONESEP）或混床+高塔分离法（FULLSEP）、阴阳分床等技术，有的企业还取得了专利或拥有自主知识产权。2003年4月，武汉凯迪电力股份有限公司被KENNICOTT公司指定为中国唯一的锥斗分离法（CONESEP）的独家分销商。

4 讨论

4.1 凝结水精处理工艺使用情况总结

目前，我国已拥有世界上几乎所有的凝结水精处理工艺，设备设计与制造也全部实现了国产化。国内各电厂300MW以下湿冷机组设置凝结水精处理装置的不多；300MW以上机组设置的凝结水精处理工艺，湿冷机组主要是混床+锥斗分离法（CONESEP）或混床+高塔分离法（FULLSEP），中间抽出法和浓碱浮选法（SEPREX）这两种工艺现在已经很少采用；600MW以上机组的凝结水精处理工艺主要是混床或前置过滤+混床，再生技术以高塔为主，空冷机组主要是以粉末覆盖为主。

国内外主要供应商所采用的技术主要包括粉末树脂过滤器系统、混床+锥斗分离法（CONESEP）或混床+高塔分离法（FULLSEP）。国内主要凝结水精处理生产企业已经拥有国际先进的包括粉末树脂过滤器系统、混床+锥斗分离法（CONESEP）或混床+高塔分离法（FULLSEP）、阳阴分床等技术，有的企业还取得了专利或拥有自主知识产权。

4.2 技术使用条件

1）空冷机组建议采用粉末树脂过滤技术；2）在凝结水含盐量低，以去除悬浮物和腐蚀产物为主的情况下可以使用粉末树脂过滤技术；3）在凝结水水温高（温度＜85℃）的设备机组推荐使用粉末树脂过滤技术，但用海水冷却的设备机组，不能使用粉末树脂过滤技术；4）湿冷机组的凝汽器基本不泄露并较为可靠时（如凝汽器管材选用不锈钢或钛管），同时冷却水含盐量也较低，可使用粉末树脂过滤技术；5）湿冷机组的凝汽器基本不泄露但可靠性较差（如凝汽器管材选用的是铜管），建议使用高速混床或前置过滤器+混床；6）对于循环水中含盐量较高的地区，还是选择高速混床为宜；7）对水质要求高的机组（如直流炉、核电站等）建议使用前置过滤器+高速混床。

[1]北京中电加美环境工程技术有限责任公司.关于凝结水精处理系统设计几个问题的讨论[R].2004，10.

[2]余乐.凝结水精处理专题调研报告[J].电力建设，2000，3:20-24

[3]李锐，朱洪.热力发电厂凝结水精处理现状与探讨[G].凝结水处理专题技术研讨会会议论文集，2008，1-19.

[4]刘宪新.粉末树脂在凝结水精处理系统中的应用[J].中国给水排水，2007，23（18）:109-110.

[5]柴启华，杜艳玲.火电厂凝结水精处理方式的选择[J].山西电力，2006，4:49-51.

[6]韩隶传，李志刚.凝结水精处理混床机理和应用研究[J].中国电力，2007，40（12）:90-93.

[7]李锐，何世德，张占梅，周高飞.凝结水精处理现状及新技术应用[J].电力环境保护，2009，25（3）:45-47.

[8]陈进生.火电厂凝结水精处理系统的比较[J].华东电力，2001，12:67-69.

[9]黄建新.凝结水精处理体外再生分离技术综述[J].电站辅机，2004，3:31-36.

Application and Development on Extractive Treatment Technique of Coagulating Water

REN Yu-ling, ZHOU Hai-bin, ZHAO Dong-ming, LIN Shao-ping
(Zhejiang Tianda Environmental Protection Co. Ltd. Hangzhou, 310006)

The paper explicates the development status and main technology of extractive treatment technique of coagulating water at home and abroad and makes analysis and summarization on technical characteristic of suppliers of main system at home and abroad.

extractive treatment of coagulating water; fi ltration technology of powder resin; mixed bed; resin recycling

X703

A

1006-5377（2011）02-0033-04