超临界空冷机组凝结水温度优化分析

吴海峰

（华能国际电力股份有限公司上安电厂，石家庄 050310）

1 凝结水精处理系统概况

华能国际电力股份有限公司上安电厂（简称“华能上安电厂”）三期工程5号、6号机组的凝结水精处理系统由2台前置过滤器并联连接、3台高速阳床、3台高速阴床以及1套2台机组公用的体外再生单元构成，前置过滤器和高速阳床、高速阴床按中压设计，每台机组配置2台800t/h前置过滤器和3台800t/h套阳阴分床，两用一备。

1.1 系统特点

凝结水精处理系统直接串联在凝结水水泵与轴封加热器之间，为中压运行，系统设计压力4.6 MPa。由于石家庄地区夏季气温较高，机组将会在很高的背压下运行，会产生凝结水温度偏高的问题。当温度达到或超过阴树脂所能承受的温度限制时，阴树脂必须退出运行，设定当温度大于60℃时系统自动旁路阴床。凝结水精处理采用体外再生方式。体外再生设备全部为低压设备，2台机组共用1套体外再生装置。再生系统设有阳树脂再生罐、阴树脂再生罐、阳树脂贮存罐、阴树脂贮存罐、电热水箱、冲洗水泵等，以及压缩空气存储罐和酸碱计量设备，废液收集和排放系统等。

1.2 树脂型号

精处理高速阴床树脂选用大孔均粒强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂，于精处理中压高速阴床，树脂数量≥56m3；型式为氢氧型。

精处理高速阳床树脂选用大孔均粒强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂，用于精处理中压高速阳床，树脂数量为56m3，型式为氢型。

1.3 系统工艺

凝结水精处理系统的工艺流程为：直接空冷器→凝结水热井→ 凝结水泵 → 前置过滤器 → 阳床→阴床→轴封加热器。

精处理运行工艺为：精处理设前置过滤器，减小了阳床压力，减轻了阳树脂污染，降低了系统铁离子浓度。精处理系统的旁路电动门为0～100%可调，再生所用碱全部选用离子膜碱，降低了运行中阴树脂的氯离子残留。从2008年6月运行至今系统运行基本稳定，周期累计制水量可达48万t。

经过比较前置过滤器＋阳、阴床系统的交换容量要大得多，树脂层也要厚得多，在凝结水温度过高时，阴床解列，短时间内不会对水质产生大的影响。温度降低后，阴床投入运行可除去凝结水中的阴离子，对弱碱性阴离子的去除效果很好。

2 精处理系统温度优化试验分析

2.1 试验前运行状况

空冷机组汽轮机背压高，凝结水温度高，夏季一般运行在60～80℃，这些情况直接影响凝结水精处理的运行。目前国内外一般采用降负荷或解列阴床的方法来解决，但这2种方法均不适合华能上安电厂实际情况。降负荷减少发电量直接影响经济效益；解列阴床会使整个热力系统汽水品质恶化，严重时水质会超标，超临界锅炉没有锅炉排污设施，这种方法会影响热力设备安全运行。因此将凝结水精处理阴床运行温度由目前的68℃提高至72℃（汽轮机背压38.595kPa），在不降负荷的情况下尽量保证汽水品质优良。

2.2 试验过程

2.2.1 试验准备

为了保证在试验阶段不出现因为温度升高，造成的树脂或水质异常恶化，采取以下措施。

a.汽水品质监督，保证水质在合格范围。

b.高温运行情况下，取机组部分水样2～3次进行TOC分析，以掌握树脂降解的情况及水质变化情况。

c.根据树脂的性能指标调整再生工艺，达到节约再生液的目的。

d.如温度超过75℃，阳阴床同时退出（预计此种情况应较少）。

2.2.2 试验分析

夏季精处理运行时凝结水温度最高可以达到70～80℃，所以温度对精处理的影响比较明显，采集夏季运行数据可知，当水的温度在40～70℃变化时，出水电导率成抛物线形式变化，这是因为水温高可加速离子交换扩散，但各种离子交换树脂都有一定的允许使用温度范围。水温超过允许温度时，会使树脂交换基团被分解破坏，从而降低树脂的交换能力，从图中可以清楚地看出当温度在55℃左右时出水电导率最低。因此可以看出温度对出水电导率的影响比较明显，为了确定在温度提升至72℃时能否满足超临界机组水质要求，需要进一步验证。

由于系统运行温度较高，夏季运行温度经常可以达到70℃以上，最初设计系统运行极限温度68℃，设备经常因为温度过高而自动退出运行，影响了设备的正常运行。

考虑到该系统选用的树脂均为耐高温树脂，经过试验将系统的极限运行温度提高，使系统运行更加经济稳定。当系统温度低于68℃时出水电导率变化见图1。

图1 初始设定运行温度对应出水电导率关系

由图1可以看出当系统运行温度在68℃左右变化时，出水电导率稳定在0.066～0.067μS/cm。

将系统运行最高温度提升至72℃，其出水电导率与温度的关系见图2。

图2 温度提高后对应出水电导率变化

由图2可以看出系统运行温度提高到72℃左右时，出水电导率稳定在0.07～0.09μS/cm，仍然符合出水水质标准。

由此可见温度在达到72℃左右时，精处理出水水质仍能够满足标准要求，因此可以适当提高阴床退出温度，达到增大精处理利用率的目的。

3 优化效果

目前国内市场使用的凝结水精处理阴树脂大部分为进口树脂，长期最高运行温度为60～66℃，根据有关数据显示及咨询相关专家，阴树脂在超过允许使用温度的情况下，会发生化学降解，分解产物为碱性物质，一般对热力系统无害。

阴树脂在70℃时连续运行168h，其交换容量下降5%。目前华能上安电厂还没有凝结水温度超出70℃的时间统计，因此按7、8月每天8h在70℃以上，6、9月按每天4h在70℃以上计算，共计736h超70℃，即每年阴树脂因超温交换容量下降20%左右。空冷机组中汽水系统中主要以Fe2＋/Fe3＋污染为主，阳树脂为主力交换树脂，阴树脂的交换容量下降对整个精处理运行影响不大，使用寿命可以在3～4年，离子交换树脂正常使用寿命也就在5～8年，因此在保证汽水品质的同时，阴树脂部分使用寿命受一定影响。

提升温度影响阴树脂寿命，意味着增加树脂的使用费用，以下是使用费用增加的简单计算：

阴树脂使用费用＝（pvnδ）/T式中：p为每立方米氯型阴树脂的单价，现市场价；v为每个阴床添装的树脂量，m3；n为阴床的数量，2台机；δ为阴树脂氯型与氢氧型转型膨胀率；T为树脂的使用寿命，a。

代入数值，阴树脂正常使用费用＝（6万元/m3×8m3×6个×0.88）/8a＝31.68万元/年，阴树脂高温运行费用＝（6万元/m3×8m3×6个×0.88）/4a＝63.36万元/年，增加费用31.68万元/年。

从以上数据可以看出，提高阴床的使用温度，会使树脂的材料费用每年增加31.68万元。如按每kWh盈利0.1元计算，每年只需多发316.8万kWh电即可收回成本，并且保证机组的汽水品质，使得锅炉酸洗可以延迟，也可以节约相当可观的费用，树脂的材料费用每年增加31.68万元，与机组在凝结水温68～72℃多发的电量所带来的收益相比要少得多，因此将阴床的运行温度提高至72℃的优化措施是可行的。

经过近2年的运行，阳、阴床运行稳定，周期制水量可达到50万t左右，除铁过滤器除铁效果明显。

4 结论

经过以上分析可知：温度对精处理水质影响较明显，在55℃左右时精处理出水电导率最低。提高系统运行温度会导致精处理出水电导率升高，但将温度提升至72℃时出水电导率仍能够满足超临界机组水质要求。提升温度虽影响阴树脂的寿命，增加树脂的使用费用，但是通过计算得出由温度升高导致的树脂使用费用增加问题，与提高温度后，保证负荷不受限制，所带来的经济效益相比较小，并且能够提高精处理系统运行的稳定性，延长机组酸洗间隔。