淺談凝結(jié)水精處理系統(tǒng)在1000MW超超臨界機(jī)組的應(yīng)用

孫繼明

（湖南省火電建設(shè)公司，湖南 株洲 412000）

隨著火力發(fā)電機(jī)組容量和參數(shù)的不斷提高，對(duì)鍋爐給水水質(zhì)的要求也越來(lái)越高。凝結(jié)水流量占鍋爐給水流量的95%左右，所以凝結(jié)水水質(zhì)在很大程度上決定了給水水質(zhì)。凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的出水水質(zhì)與樹(shù)脂的分離、再生有著直接關(guān)系。文章以廣東省粵電集團(tuán)惠來(lái)電廠（以下簡(jiǎn)稱惠來(lái)電廠）#4機(jī)組的凝結(jié)水精處理系統(tǒng)為例，對(duì)其特點(diǎn)進(jìn)行分析。

1 凝結(jié)水精處理系統(tǒng)概況

超超臨界工況下的汽水理化特性，決定了超超臨界機(jī)組鍋爐必須采用直流鍋爐。由于直流爐汽水工況的特殊性，從凝結(jié)水到主蒸汽是一次完成的，中間無(wú)汽包等中間容器，無(wú)法通過(guò)鍋爐排污去除雜質(zhì)。無(wú)論雜質(zhì)沉積于鍋爐熱負(fù)荷很高的超超臨界機(jī)組鍋爐的水冷壁管內(nèi)，還是隨蒸汽帶入汽輪機(jī)沉積在超超臨界汽輪機(jī)上，都將對(duì)機(jī)組的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來(lái)很大的危害。

為了確保超超臨界機(jī)組的安全運(yùn)行，首先必須確保鍋爐有優(yōu)良的給水水質(zhì)，而凝結(jié)水精處理系統(tǒng)正是為了保證超超臨界高溫、高壓發(fā)電機(jī)組具有優(yōu)良的給水水質(zhì)而設(shè)置的。它的主要作用是除去因凝汽器泄漏帶入的雜質(zhì)、系統(tǒng)腐蝕產(chǎn)物、鍋爐補(bǔ)給水帶入的雜質(zhì)等，保證經(jīng)過(guò)處理的凝結(jié)水達(dá)到鍋爐給水水質(zhì)指標(biāo)送入鍋爐。

惠來(lái)電廠#4機(jī)組1000MW超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組凝結(jié)水精處理系統(tǒng)配備了兩個(gè)前置過(guò)濾器和4臺(tái)混床、除鹽系統(tǒng)旁路、混床再循環(huán)管路，其中1臺(tái)混床備用。系統(tǒng)設(shè)有電動(dòng)旁路閥，當(dāng)溫度、壓差超過(guò)設(shè)定值或少于3臺(tái)混床運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)電動(dòng)旁路閥自動(dòng)打開(kāi)，以保護(hù)精處理設(shè)備和機(jī)組的安全運(yùn)行。當(dāng)任 1臺(tái)高速混床的累計(jì)流量、電導(dǎo)率、鈉、硅中的任一參數(shù)超過(guò)規(guī)定值時(shí)，將啟動(dòng)備用的1臺(tái)混床并進(jìn)行再循環(huán)運(yùn)行，直到出水合格并入系統(tǒng)。此時(shí)，通過(guò)將失效的混床解列，然后啟動(dòng)程控將失效樹(shù)脂輸送至再生系統(tǒng)進(jìn)行再生，然后將已再生好的備用樹(shù)脂輸送至混床。

在凝結(jié)水精處理系統(tǒng)中，影響混床出水水質(zhì)、運(yùn)行周期的眾多因素中，樹(shù)脂再生所采用的方法和具體的操作步驟是最主要的，而再生步驟中尤以樹(shù)脂分離最為復(fù)雜，也最為關(guān)鍵。

2 凝結(jié)水精處理混床再生方式

2.1 精處理再生設(shè)備及再生原理

惠來(lái)電廠精處理再生單元配套的常壓3塔體外再生系統(tǒng)，由樹(shù)脂分離塔（SPT）、陰樹(shù)脂再生塔（ART）、陽(yáng)樹(shù)脂再生兼樹(shù)脂貯存塔（CRT）以及與之配套的酸堿系統(tǒng)、廢水排放系統(tǒng)、羅茨風(fēng)機(jī)系統(tǒng)等組成。

失效樹(shù)脂首先通過(guò)水、氣方式，從混床輸送到 SPT，經(jīng)過(guò)壓縮空氣擦洗和水力反洗分層后，陰、陽(yáng)樹(shù)脂得以分離。SPT上部大部分陰樹(shù)脂通過(guò)SPT中部的陰樹(shù)脂輸出管輸送到ART，剩下的陰、陽(yáng)樹(shù)脂經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的水力反洗分離后，由SPT底部的陽(yáng)樹(shù)脂輸出管將大部分的陽(yáng)樹(shù)脂送往CRT，同時(shí)保留陰、陽(yáng)樹(shù)脂分界面這部分混合樹(shù)脂。

這種在SPT內(nèi)陰、陽(yáng)樹(shù)脂兩次水力分離的方式保證了再生前CRT和ART內(nèi)陰、陽(yáng)樹(shù)脂的純度，提高了樹(shù)脂的再生效果，因此，可進(jìn)一步改善高速混床出水的質(zhì)量，延長(zhǎng)混床的運(yùn)行周期。陰、陽(yáng)樹(shù)脂分別在ART、CRT內(nèi)再生完成后，將陰樹(shù)脂送至CRT內(nèi)進(jìn)行空氣混合、清洗，最終完成樹(shù)脂的再生。

2.2 精處理再生過(guò)程

2.2.1 采用高塔再生法

為了保證樹(shù)脂的有效分離及降低樹(shù)脂交叉污染，惠來(lái)電廠采用高塔分離，其樹(shù)脂分離塔（SPT）的上部為錐體，下窄上寬。采用塔體變徑設(shè)計(jì)后，在SPT底部能夠保持較高的水流速度，而到達(dá)塔體頂部時(shí)，因截面增大，流速減緩，避免了密度較小的陰樹(shù)脂堵塞反洗出口的水帽。同時(shí)，細(xì)長(zhǎng)的筒身使陰陽(yáng)混合樹(shù)脂交界面的截面積變小，減少了混合樹(shù)脂體積，有效地降低了樹(shù)脂交叉污染的可能性，從而可以保證下面的陽(yáng)樹(shù)脂得到充分膨脹，而陰樹(shù)脂在上面不會(huì)被沖出，保證兩種樹(shù)脂得到很好的分層。

2.2.2 采用變流量反洗及二次分離工藝

采用變流量反洗及二次分離工藝，是為了提高樹(shù)脂的分離效果。樹(shù)脂分離塔設(shè)有4個(gè)開(kāi)度的反洗門(mén)，由PLC自動(dòng)調(diào)節(jié)控制輸出，也可手動(dòng)調(diào)節(jié)反洗水流量。

在反洗初期，使用開(kāi)度 1，此時(shí)反洗流量達(dá)到最大值，使混合樹(shù)脂層得到充分的膨脹，盡可能地減少陰樹(shù)脂留在罐底的機(jī)會(huì)。然后使用開(kāi)度 2、3、4，慢慢關(guān)閉反洗門(mén)，緩慢減小流量。通過(guò)上述過(guò)程，陰、陽(yáng)樹(shù)脂逐步分離，均勻沉降，達(dá)到理想的分離效果。

這種可調(diào)節(jié)流量的反洗控制方式，充分考慮到反洗開(kāi)始時(shí)陰、陽(yáng)樹(shù)脂幾乎完全混合的因素。采用大流量反洗，隨著陰樹(shù)脂的上浮，陽(yáng)樹(shù)脂的沉降，會(huì)出現(xiàn)一定的界面層，此時(shí)逐步降低反洗流速，可使樹(shù)脂層平穩(wěn)沉降，減少因過(guò)大的水流擾動(dòng)而造成小顆粒的陽(yáng)樹(shù)脂被水流摻雜帶入上部的陰樹(shù)脂層中。而在首次分離陰樹(shù)脂送往ART后，陽(yáng)樹(shù)脂并沒(méi)有直接送往CRT，而是在SPT內(nèi)進(jìn)行第二次水力分離。此時(shí)，絕大多數(shù)陰樹(shù)脂已經(jīng)送出，反洗分離的空間更為廣闊，從而提高了樹(shù)脂膨脹率，使得分離更加徹底。這一步驟進(jìn)行的好壞，直接影響到再生好的整套樹(shù)脂的使用周期，即使有少量的陰樹(shù)脂被攜帶進(jìn)CRT，則氯根提前釋放的可能性也會(huì)大大增加，會(huì)嚴(yán)重影響出水水質(zhì)。

2.2.3 采用光電開(kāi)關(guān)控制陰、陽(yáng)樹(shù)脂界面層的高度

陰、陽(yáng)樹(shù)脂分離時(shí)，嚴(yán)格控制陰、陽(yáng)樹(shù)脂界面層的高度顯得尤為關(guān)鍵。若用目測(cè)的方法判定輸送終點(diǎn)，會(huì)有一定誤差。若用時(shí)間控制，輸送時(shí)受沖洗水泵出口的壓力、流量等因素的影響，重復(fù)性不好。

惠來(lái)電廠采用光電開(kāi)關(guān)來(lái)控制陰、陽(yáng)樹(shù)脂界面層的高度。隨著SPT下部的陽(yáng)樹(shù)脂不斷送出，整個(gè)樹(shù)脂層的高度也徐徐下降，當(dāng)陰、陽(yáng)樹(shù)脂界面層高度降低到光電開(kāi)關(guān)的位置時(shí)，由于陰、陽(yáng)樹(shù)脂的顏色不同，利用光的反射原理、光電開(kāi)關(guān)動(dòng)作，通過(guò)PLC自動(dòng)關(guān)閉SPT底部的樹(shù)脂輸出門(mén)，從而有效地確保陽(yáng)樹(shù)脂的體積，同時(shí)也保證了每套樹(shù)脂在再生前后的總量平衡，使高速混床內(nèi)的陰、陽(yáng)樹(shù)脂體積比維持在設(shè)計(jì)值，為床體長(zhǎng)期運(yùn)行提供可靠的數(shù)據(jù)。

2.2.4 優(yōu)化陰、陽(yáng)樹(shù)脂的再生

進(jìn)酸堿或置換時(shí)，會(huì)對(duì)再生的效果起到相當(dāng)大的作用。比如：在進(jìn)酸堿、置換和隨后的淋洗過(guò)程中，并不是單純地開(kāi)啟再生劑進(jìn)口門(mén)和正排門(mén)，而是每隔300 s，自動(dòng)開(kāi)啟底部樹(shù)脂輸出門(mén)5 s，對(duì)底部樹(shù)脂進(jìn)行反沖洗，由此可避免樹(shù)脂被過(guò)度壓實(shí)。經(jīng)過(guò)定時(shí)地松動(dòng)樹(shù)脂層，可將再生和置換出來(lái)的雜質(zhì)及時(shí)排出，消除了反離子對(duì)再生的影響，提高了離子交換的反應(yīng)速度和再生度。

2.2.5 樹(shù)脂的混合及輸送

樹(shù)脂的混合與輸送會(huì)直接影響凝結(jié)水精處理的運(yùn)行效果，由于陰、陽(yáng)樹(shù)脂混合不勻而引起混床出水惡化的事例，在我國(guó)凝結(jié)水精處理應(yīng)用已有多次報(bào)道。為了保證樹(shù)脂的充分混合，在陰、陽(yáng)樹(shù)脂混合的步驟中，不是單純地光從CRT底部進(jìn)壓縮空氣攪拌，而是分兩步操作。

第一步在水位較高時(shí)，開(kāi)啟羅茨風(fēng)機(jī)，充分?jǐn)噭?dòng)樹(shù)脂層，以求達(dá)到良好的混合效果。第二步為了避免高液位時(shí)進(jìn)氣攪拌結(jié)束后，樹(shù)脂在沉降的過(guò)程中產(chǎn)生二次分層，采用一邊攪拌一邊開(kāi)啟CRT的面排門(mén)，使液位緩慢降低。當(dāng)水排到樹(shù)脂層上或從窺視鏡中觀察到樹(shù)脂不再被攪動(dòng)即可，而邊擦洗邊排水則確保了混合良好的樹(shù)脂層沉積下來(lái)，使樹(shù)脂不再重新分離，避免了二次分層。輸送樹(shù)脂后，從前后兩個(gè)不同的方向?qū)RT出口管道進(jìn)行雙向沖洗，以確保管道內(nèi)沒(méi)有死角而造成樹(shù)脂滯留。

2.3 凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)

針對(duì)以往電廠曾出現(xiàn)運(yùn)行中的高速混床與低壓系統(tǒng)連接的閥門(mén)被打開(kāi)，導(dǎo)致低壓系統(tǒng)管道損壞，樹(shù)脂丟失嚴(yán)重，影響設(shè)備的正常運(yùn)行，故惠來(lái)電廠對(duì)精處理系統(tǒng)采取了以下措施：

（1）在某臺(tái)高速混床運(yùn)行的情況下，所有與低壓系統(tǒng)連接的閥門(mén)均操作不動(dòng)，只有在該高速混床進(jìn)出門(mén)和升壓門(mén)關(guān)閉時(shí)，與低壓系統(tǒng)連接的閥門(mén)才能操作（包括程控與手動(dòng)操作），避免誤操作。

（2）在中壓凝結(jié)水精處理系統(tǒng)與低壓系統(tǒng)連接處，都設(shè)有帶篩網(wǎng)的壓力安全閥（篩網(wǎng)可以泄放壓力而不讓樹(shù)脂漏過(guò)），一旦發(fā)生誤操作或閥門(mén)內(nèi)漏導(dǎo)致管道壓力急劇升高，安全門(mén)自啟泄壓，避免低壓系統(tǒng)受損。通過(guò)上述兩種方法，極大地改善了凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的運(yùn)行工況，確保了凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

3 結(jié)束語(yǔ)

惠來(lái)電廠凝結(jié)水精處理系統(tǒng)通過(guò)采用高塔再生法；變流量反洗及二次分離工藝；光電開(kāi)關(guān)控制陰、陽(yáng)樹(shù)脂界面層高度；優(yōu)化陰、陽(yáng)樹(shù)脂再生等技術(shù)措施，確保了樹(shù)脂有效分離，減少了廢水排放量，提高了汽水品質(zhì)。