某1000MW超超臨界機組鍋爐補給水處理工藝設計特點淺析

徐　艷

（神華福能發電有限責任公司，福建 泉州 362712）

某1000MW超超臨界機組鍋爐補給水處理工藝設計特點淺析

徐艷

（神華福能發電有限責任公司，福建 泉州 362712）

摘要：某1000MW超超臨界機組，具有機組參數高，水質要求高的特點。根據原水水質及水汽質量標準，鍋爐補給水處理工藝采用超濾+反滲透+除碳系統+一級除鹽+混床系統，工藝流程簡單，出水水質高、穩定，且除碳系統的優化布置可以提高系統經濟運行，減少設備占地面積。

反滲透；除碳器；離子交換器

1.工程概況

電廠鍋爐為超超臨界機組，過熱器溫度605℃，過熱蒸汽壓力27.46MPa，電廠鍋爐補給水水源取自金雞閘水庫地表水，水汽質量標準依據《火力發電機組及蒸汽動力設備水汽質量標準》（GB/T 12145-2008）而設計。

2.水處理技術介紹

隨著膜技術日益成熟，膜法水處理技術在火電廠中得到廣泛應用，其中以超濾、反滲透裝置應用最為廣泛。

2.1 超濾+一級反滲透技術

超濾是利用選擇性透過膜去除水中某些特定物質，其孔徑約為0.002um～0.1um，能去除水中的懸浮物、膠體、大分子有機物、細菌等雜質，其作用機理主要是截留，其中以機械篩分為主。

反滲透是從動植物細胞的滲透現象中得到的啟發而開發出來的一種新型水處理技術。反滲透與自然滲透的反過程，當在濃溶液上外加壓力（該壓力大于滲透壓）時，濃溶液中的溶劑就會通過半透膜流向稀溶液的一側，而溶質由于半透膜的選擇透過仍留在濃溶液的一側，達到將水與溶液中雜質分離的目的。反滲透系統作為鍋爐補給水處理系統中最主要的脫鹽設備，能去除水中98%鹽分，同時也能去除水中的溶解性膠體、小分子有機物等。

經過超濾+一級反滲透處理后，能去除水中80%以上的膠體硅、總有機碳（TOC），保證補給水品質。

2.2 除碳器的應用

除碳器分為大氣式和真空式，在電廠鍋爐補給水中一般采用大氣式除碳器（即鼓風式）。大氣式除碳器作為傳統陽、陰離子交換器+混合離子交換器工藝中去除CO2不可缺少的，其工作原理為：CO2氣體在水中的溶解度遵守亨利定律，即在一定溫度下，氣體在溶液中的溶解度與液面上該氣體的分壓成正比。除碳風機從除碳器底部鼓入含有CO2的空氣，氣中CO2很少，其分壓約為大氣壓的0.03%，水與空氣中CO2大面積接觸，降低水面上CO2分壓，從而析出水中CO2達到去除CO2的目的。理論上，溶解CO2的水經除碳器后出水CO2理論含量約為0.5mgL，但由于空氣與水接觸時間有限，無法達到實際平衡，所以實際出水CO2的含量一般約為5mgL。

離子交換器除鹽率可達99.9%，對于許多高參數機組的鍋爐補給水處理系統來說，離子交換做為終端的除鹽系統是非常有必要的。混合離子交換器內裝有強酸和強堿兩種樹脂，按一定的比例混合，實際為無數組復床串聯運行的離子交換器，置換水中的陰、陽離子，交換下來氫離子及氫氧根離子生成電離度很低的水。

3.鍋爐補給水處理工藝

根據原水水質資料，以及超臨界機組對鍋爐補給水水質要求（電導率≤0.15uScm，SiO2≤10ugL），采用超濾+一級反滲透+除碳器+一級除鹽+混床系統水處理工藝，如圖1所示。

由于原水水質較好，溶解固形物≤130mgL，電導率最大約2.05×102uScm，原水經一級反滲透除鹽后的含量較低，在保證補給水水質的前提下，后續除鹽處理采用逆流再生陽、陰離子交換器+混合離子交換器系統，除鹽系統采用單元制與母管制結合方式，對水質波動適應性強。

圖1　鍋爐補給水處理工藝流程圖

圖2　傳統除碳器布置圖

圖3　優化后的除碳器布置圖

3.1 傳統除碳器布置

按照傳統布置方式，除碳器布置在陽離子交換器之后，如圖2所示。利用陽離子交換器出水呈酸性（pH≤4.3），使水中的發生反應=H2O+CO2，通過鼓風式除碳器進行去除，由于陰床除去的CO2僅為除碳器出口的殘留量減少了陰床的運行費且陰床的運行費不隨反滲透出水中的變化而變化，這樣的布置方式充分利用了陽床出水呈酸性的特點，減少陰床進水陰離子含量，降低陰床再生堿耗量（即減少了陰床運行費用）。但這種運行方式為提供陽離子交換器的運行壓力損失，需在反滲透與陽離子交換器之間布置淡水箱、淡水泵，增加了設備初投資且增加了運行費用，增加運行人員工作量及系統運行風險（如在運行中跳閘，設備損壞等）。

3.2 優化后的除碳器布置

優化后的除碳器則布置在反滲透之后，陽離子交換器之前，如圖3所示。此種布置方式沒有設置淡水箱及淡水泵，減少了設備初投資，無淡水泵及淡水箱的運行費用且減少設備占地面積。

在運行過程中，原水經預處理后，通過反滲透裝置預脫鹽，脫鹽率＞98%，大部分離子經反滲透而被去除，除鹽系統進水的離子含量降低，從而大大降低陰陽床及混床的酸耗、堿耗（即降低運行費用），延長除鹽系統再生周期，增加周期制水量。水中的碳酸根離子不斷在反滲透濃水側富集，根據化學平衡可知，=H2O+CO2，濃水側會產生CO2氣體，RO膜對氣體沒有脫除作用，故濃水側與淡水側含有相同含量的CO2，經除碳器去除CO2。反滲透出水中的將全部由陰床除去，因此陰床的運行費將隨反滲透出水中的增加而增加，而在傳統除碳器布置方式中陰床的運行費不隨反滲透出水中的變化而變化。

結論

保證鍋爐補給水安全運行并提高鍋爐補給水水質是大容量、超超臨界機組安全穩定運行的重要基礎。根據實際運行情況，本機組鍋爐補給水處理系統投運至今運行穩定，系統出水電導率（25℃）小于0.15uS/cm，二氧化硅含量小于10ug/L，其他出水指標均滿足超臨界機組的運行要求。

1000MW超超臨界機組鍋爐鍋爐補給水處理采用超濾+反滲透+除碳系統+一級除鹽+混床系統，系統流程較為簡單，且成熟可靠，可實現自動化控制，除碳器的布置特點不僅提高系統運行經濟性，也降低了運行人員的工作強度，為機組提供了穩定、高質量除鹽水。

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[2]尹林林，陶逢春.反滲透+一級除鹽系統中除碳器設置問題探討[J].工業水處理，2013，33（8）：88-89.

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