凝結(jié)水精處理系統(tǒng)在空冷機(jī)組的應(yīng)用

張永君

(神華陜西國(guó)華錦界能源有限責(zé)任公司，陜西榆林719319)

0 引言

近年來(lái)，隨“科學(xué)發(fā)展觀”戰(zhàn)略推進(jìn)，廣大人民群眾對(duì)環(huán)境問(wèn)題及可持續(xù)發(fā)展的認(rèn)識(shí)逐步深刻。于是，更加節(jié)能、環(huán)保的火力發(fā)電機(jī)組得以迅速發(fā)展，其中具有代表性的是空冷機(jī)組，它比傳統(tǒng)濕冷機(jī)組節(jié)水75%。然而，這種機(jī)組在實(shí)際運(yùn)行時(shí)凝結(jié)水卻含有鐵、銅等雜質(zhì)，使汽水系統(tǒng)難免產(chǎn)生腐蝕，所以，為了解決這一問(wèn)題，本文結(jié)合神華陜西國(guó)華錦界能源有限責(zé)任公司空冷機(jī)組的運(yùn)行情況，對(duì)該類機(jī)組是否配備凝結(jié)水精處理系統(tǒng)進(jìn)行了分析［1］。

1 空冷系統(tǒng)水質(zhì)和水工況特性

1.1 水質(zhì)特性

a.含鹽量低。直接空冷系統(tǒng)沒(méi)有常規(guī)濕冷機(jī)組的凝汽器，汽機(jī)尾汽直接進(jìn)入空冷散熱器冷凝成水，屬一次性表面換熱，不存在凝汽器泄漏時(shí)冷卻水污染凝結(jié)水的問(wèn)題。在機(jī)組啟動(dòng)或發(fā)生事故時(shí)，因蒸汽質(zhì)量不合格，可使凝結(jié)水含鹽量升高，但其上升幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到凝汽器泄漏時(shí)那樣高。

b.SiO2比例高。由于SiO2在蒸汽水和混床出水中所占比例比天然水中大，而且空冷系統(tǒng)沒(méi)有冷卻水泄漏或滲漏現(xiàn)象，所以其凝結(jié)水中SiO2所占比例較高。

c.水汽接觸的換熱表面積大，凝結(jié)水中CO2含量較高，鐵的腐蝕產(chǎn)物含量高。對(duì)于直接空冷機(jī)組，汽輪機(jī)做功后的蒸汽經(jīng)大型管道及散熱片被強(qiáng)制冷卻為凝結(jié)水，凝汽器冷卻表面積非常大，有更多的機(jī)會(huì)接觸漏入的空氣，造成水中CO2含量較高。CO2滲入會(huì)使pH值降低而引起腐蝕。在汽水循環(huán)過(guò)程中，凝結(jié)水中的腐蝕產(chǎn)物多數(shù)為鐵的氧化物，運(yùn)行中由于負(fù)荷變動(dòng)將會(huì)引起汽水管道中腐蝕產(chǎn)物脫落，增大金屬氧化物的含量。

1.2 水工況特性

a.因?yàn)榭绽錂C(jī)組汽輪機(jī)工況受外界氣象影響較大，汽輪機(jī)尾部參數(shù)變化大，年平均背壓較高，所以凝結(jié)水溫度高。

b.因?yàn)橄到y(tǒng)容積大，所以啟動(dòng)時(shí)需維持排氣管真空所需時(shí)間較長(zhǎng)。

1.3 凝結(jié)水溫度

由于空冷機(jī)組的背壓比濕冷機(jī)組高，直接空冷機(jī)組凝結(jié)水溫度比大氣環(huán)境溫度高約36℃，故在選擇精處理系統(tǒng)設(shè)備時(shí)，不僅要考慮水工況，還須適應(yīng)耐較高水溫的要求。

如果凝結(jié)水采用離子交換處理，所用樹(shù)脂必須耐高溫。強(qiáng)酸大孔型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的使用溫度都在100℃以上，可用于空冷機(jī)組上;對(duì)于強(qiáng)堿I型大孔型陰離子交換樹(shù)脂OH型的最高使用溫度僅為60℃;另外，高溫凝結(jié)水還會(huì)導(dǎo)致陰樹(shù)脂分解率提高，交換容量降低，影響凝結(jié)水的水質(zhì)。因此，高溫凝結(jié)水離子交換處理技術(shù)關(guān)鍵在于以下幾點(diǎn):

a.嚴(yán)格選擇耐高溫而且具有較高熱穩(wěn)定性的陰樹(shù)脂。

b.減小運(yùn)行中的陰樹(shù)脂量。

c.在保證出水水質(zhì)和再生周期的前提條件下，減小樹(shù)脂粒度，提高再生度，可降低樹(shù)脂的層高，以減小運(yùn)行中的陰樹(shù)脂量。

2 凝結(jié)水處理的必要性

空冷機(jī)組是利用空冷風(fēng)扇提供的空氣對(duì)流而進(jìn)行的強(qiáng)制熱交換，基于熱交換的基本原理，空冷系統(tǒng)龐大，這就造成了泄漏幾率的增大，而空氣中的二氧化碳等氣體進(jìn)入會(huì)進(jìn)一步加劇熱力系統(tǒng)的腐蝕［2］，造成凝結(jié)水中銅、鐵離子含量的增大。因此，在空冷機(jī)組凝結(jié)水精處理系統(tǒng)前增加除鐵裝置相比濕冷機(jī)組顯得尤為必要。

空冷機(jī)組中水汽系統(tǒng)容積大，接觸表面大，盡管冷卻水沒(méi)有污染凝結(jié)水，但龐大的系統(tǒng)也很難保持絕對(duì)的真空。這并非焊接不好所致，而泄漏大多是發(fā)生在法蘭連接部位。由于密封材料的老化等，甚至與大氣接觸的細(xì)小連接處，都會(huì)因空氣漏入使CO2進(jìn)入汽水系統(tǒng)，使pH值降低，引起腐蝕。現(xiàn)系統(tǒng)材質(zhì)多為碳鋼，因此系統(tǒng)中腐蝕產(chǎn)物多數(shù)為金屬氧化物，其中鐵的腐蝕產(chǎn)物最多。正常運(yùn)行時(shí)腐蝕速率不大，但在機(jī)組基建階段或停運(yùn)期間，啟動(dòng)時(shí)保護(hù)不當(dāng)、沖洗不凈、未采用除鹽水沖洗及負(fù)荷的變動(dòng)等原因都會(huì)使腐蝕加劇。當(dāng)鍋爐補(bǔ)給水操作控制不當(dāng)時(shí)，會(huì)帶入一些可溶性鹽類，當(dāng)疏水未經(jīng)處理回到系統(tǒng)中時(shí)也會(huì)造成一些污染。因此，凝結(jié)水處理的首要任務(wù)是除掉金屬的腐蝕產(chǎn)物、膠硅、懸浮雜質(zhì)，同時(shí)還應(yīng)除掉可溶鹽類，為此應(yīng)考慮設(shè)置凝結(jié)水精處理裝置。通常應(yīng)根據(jù)工程的具體情況，如機(jī)組參數(shù)、鍋爐型式、水工況以及機(jī)組對(duì)水質(zhì)的要求予以確定。

3 精處理設(shè)備及運(yùn)行

3.1 陽(yáng)-陰分床式除鹽設(shè)備

神華陜西國(guó)華錦界能源有限責(zé)任公司的精處理系統(tǒng)采用了陽(yáng)-陰分床式除鹽設(shè)備，運(yùn)行方式為陰、陽(yáng)樹(shù)脂薄層分床，有自動(dòng)旁路系統(tǒng)，當(dāng)凝結(jié)水溫度高于設(shè)定值時(shí)，將陰床設(shè)為旁路，陽(yáng)床仍可除去水中的金屬氧化物。

3.2 運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方法

現(xiàn)階段空冷機(jī)組由于成本和技術(shù)等方面的原因?qū)е缕錈峤粨Q效果沒(méi)有濕冷機(jī)組好，致使空冷機(jī)組的凝結(jié)水溫度較高。這一實(shí)際情況決定了以下兩個(gè)方面:a.樹(shù)脂的選用。由于空冷機(jī)組夏天凝結(jié)水溫度在滿負(fù)荷情況下可達(dá)到80℃以上，在冬季也有40℃左右，因此，空冷機(jī)組的樹(shù)脂應(yīng)該選用抗高溫的類型;b.處理方式。現(xiàn)在樹(shù)脂的耐溫能力陰樹(shù)脂在60℃左右，陽(yáng)樹(shù)脂可達(dá)90℃。由于樹(shù)脂的特性及空冷機(jī)組凝結(jié)水溫度的特性，為了保護(hù)樹(shù)脂，空冷機(jī)組凝結(jié)水精處理系統(tǒng)在夏季運(yùn)行時(shí)因溫度高常退出運(yùn)行。一般情況，有40%的時(shí)間高速陰床是退出運(yùn)行的。這樣的數(shù)據(jù)表明:在空冷機(jī)組中，采用高速陰陽(yáng)床串聯(lián)的方式比采用高速混床的方式更優(yōu)越。因?yàn)殛?yáng)樹(shù)脂的熱化學(xué)穩(wěn)定性比陰樹(shù)脂的優(yōu)良，這樣在陰床退出運(yùn)行時(shí)，陽(yáng)床可以繼續(xù)運(yùn)行。

由于空冷機(jī)組的凝結(jié)水溫度較高，經(jīng)常性的在樹(shù)脂耐受極限值附近徘徊，必然對(duì)樹(shù)脂的使用壽命和交換容量產(chǎn)生不良影響，加速離子交換樹(shù)脂的分解。

由于凝結(jié)水溫度的原因，對(duì)高速陰陽(yáng)床本身的制造工藝也提出了新要求。由于凝結(jié)水精處理經(jīng)常退出、投入，使床體溫度變化較大而且速率快，凝結(jié)水精處理床體的內(nèi)部襯膠必將經(jīng)受考驗(yàn)。

3.3 運(yùn)行技術(shù)措施

a.由于空冷機(jī)組凝結(jié)水溫度較高而且樹(shù)脂有耐高溫極限，為保護(hù)樹(shù)脂不被分解，需要適時(shí)根據(jù)溫度將凝結(jié)水精處理高速陰陽(yáng)床退出運(yùn)行。為此在熱工邏輯系統(tǒng)中設(shè)有高速陰陽(yáng)床溫度保護(hù)聯(lián)鎖退出指令，該邏輯可以根據(jù)選用樹(shù)脂的型號(hào)不同分別對(duì)待。

圖1 凝結(jié)水精處理系統(tǒng)

b.凝結(jié)水經(jīng)處理系統(tǒng)設(shè)備基本都是中壓設(shè)備，為保證設(shè)備運(yùn)行的安全穩(wěn)定，系統(tǒng)運(yùn)行中系統(tǒng)壓力不應(yīng)超過(guò)額定壓力。為此在熱工邏輯系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)有高速陰陽(yáng)床壓力聯(lián)鎖退出指令，該邏輯可以根據(jù)選用設(shè)備型號(hào)的不同分別對(duì)待。

c.加在樹(shù)脂上的壓力不能超過(guò)樹(shù)脂的耐受機(jī)械強(qiáng)度。隨著高速陰陽(yáng)床運(yùn)行時(shí)間的增加，樹(shù)脂由于截留污物而使床體進(jìn)出口壓差增加。為防止壓差過(guò)大，在熱工邏輯系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)有高速陰陽(yáng)床進(jìn)出口壓差高聯(lián)鎖退出指令。濕冷機(jī)組高速混床的壓差上限值通常為0.35 MPa，對(duì)于分體式設(shè)計(jì)的凝結(jié)水系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，高速陰陽(yáng)床各自的上限壓差通常設(shè)置為0.2 MPa。

d.樹(shù)脂捕捉器壓差反映高速陰陽(yáng)床濾冒是否正常，是有效防止樹(shù)脂進(jìn)入水汽系統(tǒng)的重要保證。當(dāng)樹(shù)脂捕捉器壓差不正常升高時(shí)，表明高速陰陽(yáng)床漏樹(shù)脂，該床應(yīng)該退出運(yùn)行進(jìn)行檢修。因此，在熱工邏輯系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)有高速陰陽(yáng)床樹(shù)脂捕捉器壓差高聯(lián)鎖退出指令。該差壓上限通常設(shè)置為0.2 MPa。

e.為了滿足上述高速陰陽(yáng)床退床的要求，而且能保證凝結(jié)水高速陰陽(yáng)床互不影響運(yùn)行，分體式設(shè)計(jì)的凝結(jié)水經(jīng)處理系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置高速陰陽(yáng)床各自獨(dú)立的旁路系統(tǒng)。該旁路系統(tǒng)應(yīng)該在滿足上述要求時(shí)自動(dòng)開(kāi)啟(需要1個(gè)電動(dòng)旁路并列1個(gè)手動(dòng)旁路)，保證機(jī)組水汽循環(huán)。凝結(jié)水精處理系統(tǒng)如圖1所示。

4 結(jié)論

空冷機(jī)組獨(dú)特的水質(zhì)和水工況特性決定了空冷機(jī)組精處理系統(tǒng)與濕冷機(jī)組的不同。通過(guò)運(yùn)行實(shí)際表明，神華陜西國(guó)華錦界能源有限責(zé)任公司的精處理系統(tǒng)采用陽(yáng)-陰分床式除鹽設(shè)備能基本滿足運(yùn)行要求，保證了機(jī)組的安全運(yùn)行。

［1］ 劉義潔.實(shí)用節(jié)能手冊(cè)［M］.北京:國(guó)防工業(yè)出版社，1992.

［2］ 暢武華，王春生.粉末樹(shù)脂過(guò)濾器在空冷機(jī)組中的實(shí)際應(yīng)用［J］.山西電力，2006，25(3):53-56.