凝结水精处理高速混床周期制水量下降原因分析及处理

2016-09-05李君君许密生刘秀红

综合智慧能源 2016年7期

关键词：凝结水电导率水量

李君君，许密生，刘秀红

(1.郑州燃气发电有限公司，郑州　450000； 2.国家电投集团河南电力有限公司平顶山发电分公司，河南平顶山　467312)

凝结水精处理高速混床周期制水量下降原因分析及处理

李君君1，许密生2，刘秀红2

(1.郑州燃气发电有限公司，郑州450000； 2.国家电投集团河南电力有限公司平顶山发电分公司，河南平顶山467312)

某电厂凝结水精处理高速混床平均周期制水量和投运初期对比，出现了明显的下降。分析了影响凝结水精处理高速混床周期制水量的因素，指出该电厂精处理系统运行中存在混床交换终点控制不合理、混床树脂填充量不足、阴阳树脂填充比例不合理等问题，提出了更换混床出水水质监控标准、补充树脂的调整措施。调整措施实施后，虽然阴阳树脂的填充比例仍未来得及调整，但各混床的平均周期制水量提高了3万t以上。

凝结水精处理系统；高速混床；周期制水量；水质；阴阳树脂；填充比例

0　引言

直流锅炉不存在炉水的循环蒸发过程，不能像汽包锅炉那样进行加药处理和排污处理，因此，给水若带入盐分和其他杂质，要么会在炉管内形成沉积物，要么会随蒸汽带入汽轮机中沉积在蒸汽流通部位，还有少部分会返回凝结水中[1]。1 000 MW机组参数大、容量高，为了减轻热力系统的腐蚀、结垢、积盐，对给水水质的要求较高。机组运行过程中，凝汽器漏冷却水、金属腐蚀产物污染、水汽系统漏入空气、补给水带入杂质等均会造成凝结水污染，必须设置凝结水精处理系统，以保障给水水质。

提高凝结水精处理高速混床的周期制水量，能有效降低树脂再生费用和酸、碱废水排放量，对机组的经济运行和环境保护都有重要意义。本文以某电厂2×1 000 MW机组为例，来阐述凝结水高速混床运行周期制水量低的原因。

1　机组概况

1.1凝结水精处理系统

凝结水净化处理采用中压凝结水精处理系统，设置前置过滤器进行过滤，设置高速混床进行除盐处理。2台前置过滤器并联运行，不设备用；3台高速混床并联运行，1台备用，满足每台机组凝结水100%处理。混床采用氢型运行方式，GB/T 12145—2008《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》中规定的出水水质标准见表1[2]。

表1　凝结水精处理混床出水水质

1.2失效树脂再生系统

树脂再生系统由树脂分离塔、阴树脂再生罐、阳树脂再生罐、应急失效树脂储罐、应急再生树脂储罐、压缩空气储罐、树脂捕捉器和酸碱计量单元组成，2台机组共用1套再生系统。1 000 MW机组处理的凝结水量大，混床台数多，所以增设了应急失效树脂储罐和应急再生树脂储罐，分别用于应急储存混床失效树脂和再生好的备用树脂。

1.3混床制水情况统计

由于混床的运行周期受机组负荷影响较大，所以根据混床周期制水量来评价混床运行状况。2013年6 — 9月、2015年6 — 9月2台机组8台混床的平均周期制水量见表2，由表2可知，2年的时间内，混床的周期制水量出现了较大幅度的下降。

2　高速混床周期制水量的影响因素

高速混床周期制水量与混床运行方式(氢型运行和铵型运行)、离子交换树脂的种类和性能、混床树脂填充量、阴阳树脂填充比例、失效树脂再生度、阴阳树脂混合程度、树脂污染及老化程度、交换终点的控制、进水水质、运行流速、偏流等因素有关。

表2　混床平均周期制水量对比　t

(1)混床运行方式。混床按运行方式分为氢型混床和铵型混床。铵型混床的周期制水量要比氢型混床大得多，但精处理时铵型混床运行对失效树脂的再生度要求很高，否则在混床由氢型运行到铵型运行转化的阶段容易出现氯离子和钠离子的泄漏[3]。加氧处理的机组对给水水质的要求较高，混床不宜采用氨化运行的方式。机组运行稳定后，给水处理方式改成加氧处理已经成为一种趋势，所以超超临界机组大都采用氢型运行方式。

(2)离子交换树脂的种类和性能。离子交换树脂的工作交换容量与树脂的种类和性能有很大关系，进而影响高速混床的周期制水量。如大孔型树脂由于空隙占据一定的空间，离子交换基团含量相应减少，所以交换容量比凝胶型树脂低些[4]。

(3)混床树脂填充量和阴阳树脂填充比例。混床树脂填充量要根据混床的设计容量来设定。混床运行过程中，少量树脂会因承受不住运行压力而破碎，破碎后的树脂会透过滤网被树脂捕捉器捕捉或在树脂再生时通过反洗被清除，造成树脂填充量减少。失效树脂体外再生时，罐体水帽、滤网及连接的管道等处泄漏掉一部分树脂。如果不及时补充，混床树脂填充量会逐渐减少，充分再生的情况下混床运行周期也会相对缩短，周期制水量相对减少。阴阳树脂填充比例要根据给水水化学工况和混床运行方式来调整。不同水化学工况下给水、凝结水的pH值不同，混床进水中欲除去的阴、阳离子的摩尔浓度也不同[1]。不同给水处理方式下，阴、阳树脂的比例的设置不同：当采用氢型混床时，比例宜为 1∶2或 1∶1；当给水采用加氧处理(OT)工况时，比例宜为 1∶1；当采用铵型混床时，比例宜为 2∶1或 3∶2；当有前置氢床时，比例宜为 2∶1或 3∶2[1]；另外，采用国网河南省电力公司电力科学研究院推出的弱氧化给水处理工况(WOT)时，比例宜为 2∶3 或 1∶2。

(4)失效树脂再生度。其他参数不变，失效树脂再生度下降时，树脂的工作交换容量下降，混床周期制水量也下降。高速混床失效树脂的再生度与再生前阴阳树脂的分离程度、再生剂质量、再生剂用量、再生液质量浓度、再生液温度、阴阳树脂混合前漂洗干净程度等因素有关。混床树脂的彻底分离是提高树脂再生度的重要前提之一[1]。阴、阳树脂分别再生后，混杂的树脂以失效型树脂存在于再生好的树脂中，从而降低了树脂的再生度[1]。若再生剂质量差、再生剂不纯，则置换阶段杂质离子干扰严重，直接导致树脂再生度低。再生剂用量少时，保障再生液量足够时会导致再生液质量浓度不够，保障再生液质量浓度合适时又会导致接触时间短，这两种情况均会导致置换不充分，树脂再生度低。阴树脂再生液温度低时，置换速度慢，不利于硅的洗脱，树脂再生不充分，影响相对较小。阴阳树脂混合前要充分进行漂洗，要用除盐水把树脂颗粒间和树脂颗粒内部孔道里残留的再生废液漂洗干净。混合前没有漂洗干净时，混合时残留的阴(阳)树脂再生废液会污染已再生好的阳(阴)树脂，导致树脂再生度低。置换完成后，阴阳树脂要漂洗至出水电导率小于5 μS/cm后再进行阴、阳树脂的混合。

(5)阴阳树脂混合程度。对于体外再生的混床，阴阳树脂的混合一般是在再生好并漂洗完成后。混床获得超纯水是建立在两种树脂充分混合基础上的[5]，但在实际应用中，由于阳树脂的沉降速度高于阴树脂，两种树脂彻底混合是不可能的，树脂层上部阳树脂往往要少于阴树脂，而下部往往要多于阴树脂[5]。阴阳树脂混合不均，阴树脂放氯时会使混床出水pH值偏低[1]，从而导致混床提前失效，周期制水量下降。

(6)树脂污染及老化程度。一般来说，经过试验选择的新树脂，刚使用时不会出现水质问题，但随着使用时间的增长和其他因素的影响，就会出现运行压差增大，出水质量差，工作交换容量降低，酸碱耗增大，甚至树脂报废的现象[6]。树脂污染及老化程度随着运行时间的增加而加重，凝结水中有害杂质(如金属腐蚀产物、氧化性物质、有机物等)含量高时，树脂污染及老化速度会加快。所以，随着运行时间的增加，混床的周期制水量会出现一定程度的下降，这时就要对树脂进行复苏或更换处理。

(7)交换终点的控制。混床交换终点控制越严，混床运行周期越短，周期制水量越低。设有精处理系统的电厂，混床出水水质一般是按照GB/T 12145—2008《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》中的相关规定进行控制。

(8)进水水质。混床的周期制水量与进水水质有很大关系，进水水质差，杂质离子含量高，混床的运行周期就会缩短，周期制水量下降。进水水质污染主要是凝结水受到污染，如凝汽器泄漏、补水水质差或机组启动初期水质较差等。

(9)运行流速。凝结水具有水量大和含盐量低的特点，所以宜采用高流速运行的混床，但过高的运行流速会产生工作层变厚、水流阻力增加、树脂受压破碎等诸多问题[1]。运行流速提高，工作层变厚，工作层向下移速度加快，使得混床失效速度加快，运行周期缩短。混床运行流速一般为100～120 m/h[1]。

(10)偏流。混床偏流是进水布水不均造成的，由此引起混床内树脂交换层紊乱，树脂局部产生堆积，凹面区域树脂交换层变薄，不合格凝结水很快穿透，从而造成混床树脂提早失效，使混床运行周期变短[7]。进水布水不均的原因有进水布水多孔板变形、混床内部水帽流通面积分布不均匀[7-8]、设备安装不规范等。判断有偏流现象时，应及时将问题混床停运隔离并进行检修处理，以免影响出水水质和精处理系统的正常运行。

3　精处理系统运行中存在的问题

某电厂2台机组2010年实现双投，精处理系统为保障机组启动和运行阶段的安全经济运行做出了重大贡献，但随着运行时间的延长，也出现了一些问题。

(1)混床交换终点的控制不合理。机组运行初期，混床出口电导率表前设有氢离子交换柱，用于连续监测混床出水氢电导率，作为判断混床是否失效的一个重要依据。运行一段时间后，该公司将氢离子交换柱中填充的树脂取出，将监测的比电导率作为混床失效的依据，即混床出现漏氨就判断混床失效。铵根离子对于汽水系统而言并非有害杂质离子，混床刚出现漏氨的一段时间内仍有良好的除盐能力，混床氨化进行到一定程度才会出现漏钠现象。所以，用比电导率代替氢电导率来判断混床的失效，会使混床的运行时间缩短。

(2)混床树脂填充量不足。该公司采用的树脂为苏青大孔型树脂，和一些同种类的进口树脂相比，强度和热稳定性稍差，易降解、易破碎，随着运行时间的增加会逐渐损失一部分树脂。树脂再生时，再生系统中树脂分离塔、阴树脂再生罐、阳树脂再生罐也发生过树脂泄漏事件，漏掉的树脂会被树脂捕捉器捕捉，但树脂捕捉器中的绕丝会被破碎的树脂堵塞，泄水不及时，致使水流漫过绕丝，部分树脂被水流冲到地沟，导致树脂量减少。

(3)阴、阳树脂填充比例不合理。该公司#1，#2机组加氧处理前采用氧化性全挥发处理，给水pH值调整下限为9.2。目前2台机组均采用给水弱氧化处理，给水pH值调整下限为9.3。机组投产至今，混床阴、阳树脂填充比例为1∶1，对于采用高pH值的给水处理工艺的机组来说，这个填充比例不合理；另外，由于阳再生罐发生树脂泄漏的次数较多，阳树脂损失量比阴树脂损失量大，实际再生过程中，阴、阳树脂比例要低于1∶1，不利于发挥精处理系统的最大功效。

4　解决措施

该公司2015年10月采购了树脂并进行新树脂预处理，阴、阳树脂分别暂时存放在应急失效树脂储罐和应急再生树脂储罐中备用。针对发现的问题，做出了以下调整措施。

(1)调整混床失效判定标准。混床出口管各在线电导率表进水管前氢离子交换柱中重新装填变色强酸阳树脂，监测混床出水氢电导率，同时加装钠表，监测出水钠离子的质量浓度。混床出水水质按照表1的期望值进行控制，主要是以在线电导率表和钠表显示值为依据，当混床出水氢电导率>0.10 μS/cm或ρNa+>1 μg/L或制水量超过25万t时，混床退出，对树脂进行再生。

(2)对树脂量少的混床进行树脂补充。树脂分层完成后，要将阴、阳树脂分别输送至阴树脂再生罐和阳树脂再生罐。输送时，保障树脂分离塔中阴、阳树脂有足够的余留量，避免树脂输送时产生交叉污染。加强监督树脂捕捉器中树脂的截留量，有较多非破碎树脂被截留时，说明罐体或管道发生了泄漏，应及时停止再生并通知维护处理；及时疏通绕丝，避免树脂捕捉器泄水不畅而导致已截留的树脂流失。

(3)调整阴、阳树脂填充比例。该公司2016年有一个关于精处理及再生系统树脂体外分离与输送技术改造的科技项目，采用西安热工研究院有限公司开发的树脂输送图像智能识别及控制仪(IRIC)；同时，调整阴、阳树脂的填充比例，预计阴、阳树脂的填充比例由原来的1∶1调整至2∶3。整个项目完成后，混床的周期制水量能够提高20%左右。