凝結水精處理系統(tǒng)在空冷機組的應用

張永君

(神華陜西國華錦界能源有限責任公司，陜西榆林719319)

0 引言

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

1 空冷系統(tǒng)水質和水工況特性

1.1 水質特性

a.含鹽量低。直接空冷系統(tǒng)沒有常規(guī)濕冷機組的凝汽器，汽機尾汽直接進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冷卻水污染凝結水的問題。在機組啟動或發(fā)生事故時，因蒸汽質量不合格，可使凝結水含鹽量升高，但其上升幅度遠遠達不到凝汽器泄漏時那樣高。

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)沒有冷卻水泄漏或滲漏現(xiàn)象，所以其凝結水中SiO2所占比例較高。

c.水汽接觸的換熱表面積大，凝結水中CO2含量較高，鐵的腐蝕產(chǎn)物含量高。對于直接空冷機組，汽輪機做功后的蒸汽經(jīng)大型管道及散熱片被強制冷卻為凝結水，凝汽器冷卻表面積非常大，有更多的機會接觸漏入的空氣，造成水中CO2含量較高。CO2滲入會使pH值降低而引起腐蝕。在汽水循環(huán)過程中，凝結水中的腐蝕產(chǎn)物多數(shù)為鐵的氧化物，運行中由于負荷變動將會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.因為空冷機組汽輪機工況受外界氣象影響較大，汽輪機尾部參數(shù)變化大，年平均背壓較高，所以凝結水溫度高。

b.因為系統(tǒng)容積大，所以啟動時需維持排氣管真空所需時間較長。

1.3 凝結水溫度

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

如果凝結水采用離子交換處理，所用樹脂必須耐高溫。強酸大孔型陽離子交換樹脂的使用溫度都在100℃以上，可用于空冷機組上;對于強堿I型大孔型陰離子交換樹脂OH型的最高使用溫度僅為60℃;另外，高溫凝結水還會導致陰樹脂分解率提高，交換容量降低，影響凝結水的水質。因此，高溫凝結水離子交換處理技術關鍵在于以下幾點:

a.嚴格選擇耐高溫而且具有較高熱穩(wěn)定性的陰樹脂。

b.減小運行中的陰樹脂量。

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

2 凝結水處理的必要性

空冷機組是利用空冷風扇提供的空氣對流而進行的強制熱交換，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入會進一步加劇熱力系統(tǒng)的腐蝕［2］，造成凝結水中銅、鐵離子含量的增大。因此，在空冷機組凝結水精處理系統(tǒng)前增加除鐵裝置相比濕冷機組顯得尤為必要。

空冷機組中水汽系統(tǒng)容積大，接觸表面大，盡管冷卻水沒有污染凝結水，但龐大的系統(tǒng)也很難保持絕對的真空。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小連接處，都會因空氣漏入使CO2進入汽水系統(tǒng)，使pH值降低，引起腐蝕。現(xiàn)系統(tǒng)材質多為碳鋼，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。正常運行時腐蝕速率不大，但在機組基建階段或停運期間，啟動時保護不當、沖洗不凈、未采用除鹽水沖洗及負荷的變動等原因都會使腐蝕加劇。當鍋爐補給水操作控制不當時，會帶入一些可溶性鹽類，當疏水未經(jīng)處理回到系統(tǒng)中時也會造成一些污染。因此，凝結水處理的首要任務是除掉金屬的腐蝕產(chǎn)物、膠硅、懸浮雜質，同時還應除掉可溶鹽類，為此應考慮設置凝結水精處理裝置。通常應根據(jù)工程的具體情況，如機組參數(shù)、鍋爐型式、水工況以及機組對水質的要求予以確定。

3 精處理設備及運行

3.1 陽-陰分床式除鹽設備

神華陜西國華錦界能源有限責任公司的精處理系統(tǒng)采用了陽-陰分床式除鹽設備，運行方式為陰、陽樹脂薄層分床，有自動旁路系統(tǒng)，當凝結水溫度高于設定值時，將陰床設為旁路，陽床仍可除去水中的金屬氧化物。

3.2 運行中出現(xiàn)的問題及解決方法

現(xiàn)階段空冷機組由于成本和技術等方面的原因導致其熱交換效果沒有濕冷機組好，致使空冷機組的凝結水溫度較高。這一實際情況決定了以下兩個方面:a.樹脂的選用。由于空冷機組夏天凝結水溫度在滿負荷情況下可達到80℃以上，在冬季也有40℃左右，因此，空冷機組的樹脂應該選用抗高溫的類型;b.處理方式。現(xiàn)在樹脂的耐溫能力陰樹脂在60℃左右，陽樹脂可達90℃。由于樹脂的特性及空冷機組凝結水溫度的特性，為了保護樹脂，空冷機組凝結水精處理系統(tǒng)在夏季運行時因溫度高常退出運行。一般情況，有40%的時間高速陰床是退出運行的。這樣的數(shù)據(jù)表明:在空冷機組中，采用高速陰陽床串聯(lián)的方式比采用高速混床的方式更優(yōu)越。因為陽樹脂的熱化學穩(wěn)定性比陰樹脂的優(yōu)良，這樣在陰床退出運行時，陽床可以繼續(xù)運行。

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

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

3.3 運行技術措施

a.由于空冷機組凝結水溫度較高而且樹脂有耐高溫極限，為保護樹脂不被分解，需要適時根據(jù)溫度將凝結水精處理高速陰陽床退出運行。為此在熱工邏輯系統(tǒng)中設有高速陰陽床溫度保護聯(lián)鎖退出指令，該邏輯可以根據(jù)選用樹脂的型號不同分別對待。

圖1 凝結水精處理系統(tǒng)

b.凝結水經(jīng)處理系統(tǒng)設備基本都是中壓設備，為保證設備運行的安全穩(wěn)定，系統(tǒng)運行中系統(tǒng)壓力不應超過額定壓力。為此在熱工邏輯系統(tǒng)中應設有高速陰陽床壓力聯(lián)鎖退出指令，該邏輯可以根據(jù)選用設備型號的不同分別對待。

c.加在樹脂上的壓力不能超過樹脂的耐受機械強度。隨著高速陰陽床運行時間的增加，樹脂由于截留污物而使床體進出口壓差增加。為防止壓差過大，在熱工邏輯系統(tǒng)中應設有高速陰陽床進出口壓差高聯(lián)鎖退出指令。濕冷機組高速混床的壓差上限值通常為0.35 MPa，對于分體式設計的凝結水系統(tǒng)來說，高速陰陽床各自的上限壓差通常設置為0.2 MPa。

d.樹脂捕捉器壓差反映高速陰陽床濾冒是否正常，是有效防止樹脂進入水汽系統(tǒng)的重要保證。當樹脂捕捉器壓差不正常升高時，表明高速陰陽床漏樹脂，該床應該退出運行進行檢修。因此，在熱工邏輯系統(tǒng)中應設有高速陰陽床樹脂捕捉器壓差高聯(lián)鎖退出指令。該差壓上限通常設置為0.2 MPa。

e.為了滿足上述高速陰陽床退床的要求，而且能保證凝結水高速陰陽床互不影響運行，分體式設計的凝結水經(jīng)處理系統(tǒng)應設置高速陰陽床各自獨立的旁路系統(tǒng)。該旁路系統(tǒng)應該在滿足上述要求時自動開啟(需要1個電動旁路并列1個手動旁路)，保證機組水汽循環(huán)。凝結水精處理系統(tǒng)如圖1所示。

4 結論

空冷機組獨特的水質和水工況特性決定了空冷機組精處理系統(tǒng)與濕冷機組的不同。通過運行實際表明，神華陜西國華錦界能源有限責任公司的精處理系統(tǒng)采用陽-陰分床式除鹽設備能基本滿足運行要求，保證了機組的安全運行。

［1］ 劉義潔.實用節(jié)能手冊［M］.北京:國防工業(yè)出版社，1992.

［2］ 暢武華，王春生.粉末樹脂過濾器在空冷機組中的實際應用［J］.山西電力，2006，25(3):53-56.