凝结水精处理系统设备配置

陈继社

摘要：针对目前高参数、大容量、超临界热电湿冷机组的给水处理方式及凝结水精处理技术特点，对凝结水精处理系统设备配置进行分析和论述，并对凝结水精处理系统采用“管式过滤+高速混床”的工艺方案进行重点推荐。

关键词：凝结水精处理;除铁;混床;阴阳分床;前置过滤器

1 高参数、大容量、超临界热电湿冷机组凝结水精处理系统的必要性及特点

对于高参数大容量的湿冷发电机组来说，凝结水的污染物主要源于以下几点：

凝汽器泄漏或密封不严导致的冷却水漏入;

热力系统产生的腐蚀产物;

锅炉补给水带入的少部分盐类;

蒸汽中溶解或携带的盐类;

气体漏入凝汽器的真空系统;

给水和炉水处理药品带入的杂质。

超临界及超超临界机组一般采用直流锅炉，没有汽包和循环的炉水，不能通过锅炉排污除去炉内杂质。在直流锅炉中，随给水进入炉内的各种杂质，或被蒸汽带往气轮机或沉积在锅炉水冷壁及或换热管内，导致热力设备的腐蚀、结垢和积盐;杂质在锅炉水冷壁及换热管内沉积，不但导致热力系统管道、设备腐蚀结垢，降低热效率，还可能会引起机组热力系统管道爆管，影响机组安全运行。在所有火力发电机组中，超临界机组温度、压力参数高，对水汽品质的要求也很高。根据国内外多年来运行超临界机组的经验证明，控制好锅炉补给水系统出水品质及控制好锅炉给水品质是运行好超临界机组的重要环节。

为去除热力系统中的腐蚀产物和各类溶解杂质，降低给水中的杂质含量，降低机组启动时的运用水量，缩短启动时间，凝结水精处理系统设置是十分必要的。

1.1超临界机组凝结水的特点

超临界工況下的水、汽理化特性决定了超临界锅炉必须采用直流锅炉。由于直流锅炉没有汽包，无法通过锅炉排污去除杂质。随蒸汽带入汽轮机内沉积的杂质，将对机组的安全性和经济性运行带来很大的危害。为了确保超临界机组的安全经济运行，首先必须确保锅炉有优良的给水水质。

按照《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》（GB/T12145-2008）相关的水汽质量标准，超临界机组的给水水质标准如下：

从上述数据可以看出，超临界机组的水质要求是比较高的，给水水质控制是超临界机组安全运行的关键因素之一，超临界机组应配置全流量的凝结水精处理系统，并保证正常运行。为了达到上述标准中的给水质量要求，就需要从给水品质及凝结水精处理工艺等方面的合理优化来保证汽水品质的高纯度。

2 超临界机组凝结水精处理系统的选择

上述对凝结水精处理系统设置的必要性已经阐述，虽然凝汽器泄漏或密封不严会增加凝结水中的悬浮态及盐类杂质，但热力系统中的杂质主要是腐蚀产物即以铁的氧化物为主，因此，凝结水精处理系统的选择既要能够去除铁等悬浮态杂质又能去除盐分。下面对除铁及除盐工艺进行简要描述。

2.1除铁工艺

超临界机组无论是在启动或正常运行状态下，给水均处于碱性工况下运行，而在此条件下，水中的铁大部分以Fe3O4、Fe2O3、Fe（OH）3和Fe（OH）2状态存在，以离子态存在的铁是比较少的。离子态铁可利用后续除盐工艺去除，因此除铁工艺采用物理方法去除，物理法包含过滤法和磁吸附法。

2.1.1过滤除铁

目前国内常用的过滤除铁主要有管式过滤器和粉末树脂覆盖过滤器两种工艺。

管式过滤器所用滤元是采用机械筛分原理，使腐蚀产物与水分离，因此，它只能除去水中悬浮态的腐蚀产物，而对于溶解态的铁化合物没有去除能力。随着过滤器滤元上积污量的增多，水流阻力增加，可以利用压缩空气和水对滤元进行反洗，然后重新投入运行。管式过滤器常用滤元孔径一般为5um、10um和20um。不同的孔径规格，适用于机组的不同运行阶段。管式过滤器有运行阻力小，悬浮态化合物去除效率高等优点。

粉末树脂过滤器是采用管式过滤器作为树脂的支撑体，在聚丙烯纤维缠绕的滤元上，覆盖离子交换树脂粉末或树脂粉与纤维粉的混合物，腐蚀产物与滤元之间被粉末树脂隔开，经爆膜后，腐蚀产物可以随粉末树脂一起被冲掉。粉末树脂过滤器的覆盖物采用氢型阳树脂和氢氧型阴树脂的粉末，则粉末树脂过滤器还具有一定的除盐作用。而运行中中发现，由于所覆盖树脂粉的数量很少，其交换离子的总量很小，基本上不具有除盐的作用。只能作为除铁过滤器使用。而如果仅作为除铁过滤器使用，运行中需要铺膜，运行费用较高，且需要设置铺膜设备，与管式过滤器比较，增加了铺膜设备及运行控制程序。

2.1.2磁吸附除铁

根据磁力产生的方式，磁力除铁器可分为永久式和电磁式两种。永久式的优点是结构简单，无需外加能源，但由于磁体面积相对较小，影响腐蚀产物的去除率和吸着量，同时因磁场强度比较弱，难以吸附磁化能力较弱的物质。电磁式的磁体面积大，吸附能力强，对弱磁化的腐蚀产物也具有较好的去除能力。但是，电磁式运行中需要消耗一定电能。

2.2除盐工艺

目前，凝结水精处理除盐主要有混床除盐和分床除盐两种工艺。

混床除盐是利用离子交换树脂与水中杂质离子发生交换反应进行的，由于混床内阳、阴离子交换反应同时进行，溶液中没有反离子作用，除盐反应进行的非常彻底，可以制出纯度很高的水。由于凝结水含盐量比较低，离子交换反应进行的很快，混床内树脂层高度可大大降低，在高流速运行状况下，水流阻力小。但由于树脂失效后的分离与混合不可能达到100%，从而影响再生效果，分离不好容易形成交叉污染，混合不好会影响出水水质。

阳阴分床用于凝结水处理时，由于凝结水中的主要杂质为氨，其他盐类含量很低，反离子作用小，因此离子交换作用进行的非常彻底，出水水质可以达到很高的纯度，可以达到与混床同样的除盐效果，且单床不需要树脂分离与混合，再生操作简便，系统单元制运行，易于控制，也不存在阳阴树脂交叉污染情况。但如果阳阴分床仅设置串联，由于阳床失效终点难以捕捉，一旦阳床失效，钠离子穿透进入阴床，会很快造成系统出水水质恶化，所以必须在阴床之后再串联一阳床，才能保证系统出水水质。但这种系统所用设备多，占地面积大，运行阻力高。

2.3系统选择

根据以上分析，从系统可靠性，能耗、运行费用、占地面积等多方面综合考虑，超临界机组直流炉凝结水精处理系统，在除铁工艺方面建议采用管式过滤器。由于直流炉机组凝结水必须全部处理，除铁装置可不设备用，但不得少于两台。除盐工艺方面，根据两种除盐工艺的配置情况，分床系统设备多，占地面积大，系统阻力大，这将直接导致投资费用高，运行能耗大等缺点，这些因素均不利于阳阴床分床技术的推广。根据以上因素，推荐采用高速混床较好。混床再生系统，由国外引进的Fullsep高塔分离技术，有效的解决了阳、阴树脂交叉污染问题，提高了树脂再生度，改善了出水水质，延长了设备运行周期。

3 结论

综上所述，凝结水精处理系统推荐采用管式前置过滤器+混床工艺，一般系统设置2台50%前置过滤器（不设备用），3台50%混床（2运1备）。两台机组公用一套体外再生系统，树脂分离推荐采用高塔法。

参考文献

[1]梁桥洪，叶灿.核电站凝结水精处理系统的旁路设置[J].工业水处理，2016，36（4）：102-104.

[2]刘炎伟，柯于进，宋飞.凝结水精处理混床投运初期水汽品质异常原因分析及处理[J].热力发电，2019，48（8）：126-130.

[3]路舒钧.660MW机组凝结水精处理混床运行周期短的分析[J].清洗世界，2021，37（3）：8-9.