關于火力發電廠凝結水精處理的若干問題研究

1.我國凝結水精處理技術的現狀

程控系統的目的是火電機組全數字化的控制、監視、管理的自動化。凝結水精處理裝置是大型機組汽包鍋爐和直流鍋爐的重要輔助設備。600MW及以上機組的凝結水精處理工藝是前置過濾+混床，再生技術以高塔為主。該裝置的安全、穩定運行對于鍋爐的給水水質起關鍵作用。

2.高塔分離再生工藝

所謂樹脂高塔分離再生工藝，是將失效的混床樹脂輸送至樹脂分離塔（SPT），完成水力分離后，將上層的陰離子交換樹脂移送至陰樹脂再生塔（ART），將下層陽離子交換樹脂移送至陽樹脂再生塔（CRT）。陰陽樹脂分離面附近的混合樹脂作為保護層樹脂留在樹脂分離塔內，然后分別再生陰陽樹脂。

對于作為保護層留在樹脂分離塔內的樹脂，下一次再生時，將和新輸送來的失效混床樹脂一起在分離塔內進行再次分離。在這里，分離塔內將一直留有一部分混合樹脂作為保護層樹脂，從而在一定程度上避免分離不完全問題。

再生步驟為：將混床失效樹脂送到樹脂分離塔；樹脂分離塔內反洗分層；樹脂分離塔內上部陰樹脂輸送到陰樹脂再生塔內；樹脂分離塔下部陽樹脂送到陽樹脂再生塔內，中間層混雜樹脂留在分離塔內；分別對陰陽樹脂進行再生；將再生好的陰樹脂再移送到陽樹脂再生塔內，和再生好的陽樹脂進行混合，列入備用。

凝結水精處理體外再生系統樹脂流程：

3.精處理系統存在的問題

高塔分離再生方式的精處理裝置在我國占有大部分比例。從現場的實際應用來看，在技術上存在一些不足之處。

3.1 步序繁雜

從開始調試到現場的運行效果來看，精處理的調試與調試人員的經驗有很大關系，目前大多數調試很依賴設備廠方供給的運行步序，步序過于繁雜，操作復雜，增加工作量，甚至達不到預期效果。

3.2 設備質量問題和程控系統投入不好或不能投入

由于設備質量和程控系統的穩定性問題，精處理的程控系統普遍投入不好，部分程控系統甚至從未調試成功，即使調試投入，在生產過程也不能穩定運行。尤其在樹脂再生時，可能造成樹脂大量流失，造成不必要的經濟損失。技術先進、性能可靠的程控系統成為解決這一問題的關鍵。

3.3 混床出水水質和制水量出現的問題

當陰陽樹脂經過正確再生輸送到混床內投入不久，混床即失效；周期制水量明顯低于正常值，有時還伴有混床出水pH偏低和水質下降的現象。

4.原因分析

精處理系統的制水量和出水水質發生問題是由于精處理工藝中樹脂不能實現完全分離和完全混合所致。而樹脂的完全分離和混合是不能實現的，這一點也就成為精處理系統的主要技術不足。另外，再生樹脂過程中，再生液酸堿量進入不足或者再生液濃度、溫度達不到要求，樹脂不能充分再生，也是造成精處理混床運行周期短，出水水質差的原因。

4.1 分離不完全產生的問題

從生產實踐發現，樹脂再生分層成為整個樹脂再生的主要問題。樹脂分離過程中必須不斷的更改壓送各樹脂的步序時間來調節。

目前的高塔分離工藝，樹脂分層效果都不錯，問題主要出現在樹脂的壓送過程中。調試結束后，隨著運行時間的增加，樹脂不可避免的或多或少的流失，壓送步序時間也一直更改，陰、陽樹脂進行水力分層后，受到樹脂轉型和水流壓實程度變化的影響，陰、陽樹脂的中間層不能始終穩定在樹脂分離器的樹脂出口位置。因此，樹脂壓送過程，必須有巡檢人員到現場觀察，及時調整。不然可能導致陰陽樹脂輸送后，發現陽樹脂內含陰樹脂多或陰樹脂含陽樹脂多，前功盡棄。

樹脂分層后，陰樹脂中混有微量陽樹脂或者陽樹脂中混有微量陰樹脂，或者由于樹脂碎裂，導致陰樹脂中混有微量陽樹脂，這是不可避免的。從現場實踐觀察，對混床的周期制水量影響不大，這里不做過多說明。水力輸送時，樹脂分離器和混床內總有殘留樹脂，可使用底部錐形的再生設備和球形混床來解決這一問題。

4.2 混合不完全產生的問題

在長期的生產實踐中發現，陰陽樹脂經過再生后，制水量和出水水質出現問題主要是由于再生后的陰陽樹脂混合不勻所致。其機理是：由于陰陽樹脂密度不同，混合不好時，混床上部陰樹脂明顯增多，而下部陽樹脂偏多。

目前，國內電廠絕大部分采用全揮發處理的堿性給水工況，凝結水pH為9.0-9.5之間，堿性凝結水直接進入混床，混床上部較少的陽樹脂很快被中和失效，堿性凝結水直接和陰樹脂接觸，使得陰樹脂不能除掉陰離子，即陰樹脂的交換容量得不到發揮。這是因為堿性凝結水中OH-的濃度遠大于其它陰離子濃度，而陰樹脂中ROH也遠大于RCl。當這種陰樹脂和堿性凝結水接觸時，堿性凝結水剛好和陰樹脂達到平衡或接近平衡。此時陰樹脂將不能吸收凝結水中的陰離子。

實際運行中還存在另外一種情況，由于陰樹脂的再生用堿含有相當數量的NaCl，即陰樹脂進行再生后，樹脂相中除ROH外，還有相當數量的RCl，當再生用堿質量較差時（NaCl含量較大），經過再生后的陰樹脂中RCl的含量較大，陰樹脂直接和堿性凝結水接觸，樹脂相的RCl和凝結水達到平衡或接近平衡，樹脂相的RCl有可能變為ROH，Cl-被釋到凝結水中。

混床上部較多的陰樹脂不能發揮交換容量，甚至向外釋放Cl-。混床下部陰樹脂較少而陽樹脂較多，陰樹脂將很快被消耗。由于陽樹脂偏多，凝結水需除掉的陽離子中NH4＋占有很大比例。經過交換后RH變為RNH4＋，H＋被釋放到出水中。當底部陰樹脂消耗完后，運行中則表現為周期制水量減小，HCO3-、Cl-、HSiO3-很快漏出，同時伴有pH偏低的現象。

當混合不完全造成混床過早失效，應對其擦洗再次投運，若水質還不合格，停運再生。

4.3 樹脂分離與混合間的固有矛盾是技術上的不足之處

樹脂分離不完全則導致水質不良，樹脂混合不好則導致制水量下降。樹脂的分離和混合又同時存在于現今的精處理系統中。程控方式不適當，以時間步序為主的程控必須不斷的更改步序時間，甚至更改步序來滿足安全生產的需要。

表1 凝結水精處理系統進出口水質設計值

表2 7#機組精處理系統正常運行進出口水質

精處理的程控系統均設計為以固定時間步序為主。在長期的生產實踐中發現：樹脂的水力分離過程是不能以固定流量和固定時間來控制的。水力分離往往被設置成多步序操作，對程控穩定性要求也隨之提高。水力沖洗分層的流量必須是一個從0到較大的漸變流量，否則，樹脂很容易被沖洗掉。

同時，反洗時間也不固定，有時需重復水力分層操作。這一切都需要通過樹脂觀察窗觀察樹脂的分層情況而定。樹脂的水力輸送過程也不是一個以固定時間為參數的過程。實際運行時，常需手動進行重復操作。

諸多方面的原因造成了程控系統無法完成樹脂的分離過程。樹脂分離不好，將直接影響樹脂的再生，從而影響混床的出水水質和制水周期。程控系統是自動化控制的前提，往往我們把注意力放到時間參數的調整上，而穩定的程控系統才是整個自動化控制的關鍵。

5.電站現場總線控制系統FCS165的應用

電站現場總線控制系統FCS165是西安熱工研究院有限公司(中國華能集團公司技術中心)自主研發的電站自動化控制系統，其目標是實現1000MW等級火電機組全數字化的控制、監視、管理的自動化。該系統也可應用在水電、化工、造紙、水泥等過程工業控制領域中。FCS165系統不僅吸收了國際先進的DCS技術，而且融入了新型的第五代自動化控制技術－現場總線控制技術，嵌入符合國際現場總線標準IEC61158的Profibus和FF技術，構成新一代現場總線控制系統FCS(FieldbusControlSystem)，為實現真正的數字化電廠提供技術裝備。

FCS165系統融入了西安熱工研究院40多年的火電廠控制技術和優化經驗，技術先進、性能可靠，功能上最大限度地滿足電廠需要，人機界面友好，符合工程組態人員以及電廠人員使用習慣。

秦嶺電廠三期工程2×660MW工程采用超臨界直流爐，對鍋爐給水水質要求很高。凝結水精處理系統采用中壓凝結水處理，具體為前置過濾器與高速混床串聯，每臺機組設置2×50%管式前置過濾器和3×50%球形高速混床。再生系統采用高塔再生工藝。程控系統采用FCS165系統。

5.1 凝結水精處理系統進出水水質要求與標準

凝結水精處理系統在啟動初期和正常運行時，進出水水質見表1。

5.2 凝結水精處理系統的運行與再生

凝結水精處理的運行設計，若發生凝汽器泄漏，在泄漏小時，可通過混床再生次數，保證機組在水汽品質合格下連續運行；當泄漏較大時，為了保證機組安全停機，該系統能保證機組一定的運行時間。

凝結水精處理系統運行控制：

從調試開始到168H結束后運行7個月，其精處理混床出水水質見表2。

隨著運行時間的增加，運行人員積累經驗，只需調整一些步序時間（如陰陽樹脂分層后的壓送時間），精處理系統的混床投入、停運、樹脂再生等步驟操作均按程序控制實現步序內自動運行，運行人員只要到現場巡檢就夠了。自動步序出故障時，可以點操完成。經過一段時間的運行操作，該程控系統運行穩定，應變能力強，保證了精處理系統的安全運行。

6.結語

凝結水精處理系統經過逐步改進優化，現運行正常，出水水質良好，已能滿足各種運行工況的需求。

[1]李銳,何世德,張占梅.凝結水精處理現狀及新技術應用研究[J].水處理技術,2009,35(2):19-24.

[2]鞏耀武,管炳軍.火力發電廠化學水處理實用技術[M].北京:中國電力出版社,2011.