凝結水精處理系統提質增效及節水減排技術開發應用

聶 濤 田文華 劉炎偉 李 鵬

（1、國家電投集團河南電力有限公司平頂山發電分公司，河南 平頂山467312 2、西安熱工研究院有限公司，陜西 西安710000）

1 背景

平頂山發電分公司有2 臺1000MW 超超臨界機組，每臺機組的凝結水精處理系統設置2 臺DN1800 管式過濾器和4 臺DN3200 球形高速混床。過濾器為2 臺同時運行，高混為3 運1備。2 臺機組公用一套高混樹脂體外分離與再生系統，樹脂體外分離采用高塔法。

該廠凝結水精處理存在高混運行周期短、周期制水量明顯較少。高混運行末期出水泄漏鈉、氯和硫酸根等雜質離子等問題。這些問題會導致高混再生頻次過多，顯著增加了精處理系統的運行成本。大幅增加運行人員的工作強度的同時，使高混的工藝執行效果不穩定，影響高混運行的可靠性。并且顯著增加機組腐蝕、結垢和積鹽的風險，嚴重時會引發鍋爐爆管和汽輪機葉片腐蝕斷裂等安全事故。對全廠的節水減排工作造成很大的負面影響。

2 高混運行診斷及評估

為了查找出存在的問題，對影響高混運行的各方面因素進行評估，結果見表1。樹脂分離度與分離輸送的體積偏差和陽樹脂工作交換容量的具體檢測數據見表2 和表3。

導致該廠精處理高混運行出現運行末期水質超標以及周期制水量明顯較少的主要原因為：

（1）樹脂分離度低，樹脂“交叉污染”嚴重，加之失效樹脂卸出率嚴重超標，樹脂混合效果差，造成陽樹脂工交較低，使得運行末期出水鈉離子、氯離子和硫酸根離子超標，同時對高混周期制水量造成不利影響。

（2）樹脂分離與輸送過程監控裝置處于失靈狀態，樹脂分離效果及輸送終點靠運行人員就地人為控制，造成樹脂輸送誤差大，樹脂分離度低。樹脂分離度低，加之失效樹脂卸出率嚴重超標，使得高混樹脂體積與設計值發生偏差且比例混亂，降低了高混的周期制水量。此外，陽樹脂體積較少，也不利于高混氫型長周期運行。

（3）高混進水分配裝置性能較差，導致高混運行偏流，部分樹脂提前失效，進一步減少了高混周期制水量。

3 高混運行優化方案及實施

3.1 改造樹脂體外分離與輸送過程的監控系統

為解決高混樹脂體外分離與輸送準確性差和樹脂比例混亂的問題，提高樹脂分離度，對目前的樹脂體外分離與輸送過程的監控系統進行改造，采用西安熱工院研發的專利產品——樹脂圖像智能識別及控制儀（簡稱“IRIC”）。

表1 診斷和評估結果匯總表

表2 樹脂分離度與分離輸送的體積偏差

表3 高速混床陽樹脂工交容量

3.2 優化高混樹脂配比

為延長氫型混床的運行周期，增加其周期制水量，經過綜合考慮各種因素后，將精處理高混陽陰樹脂配比優化由原來的1:1 調整至3:2。調整后樹脂裝填量為陽樹脂4.6m3，陰樹脂3m3。

陽樹脂裝填量增加后，將會使原本樹脂混合不均的問題更加嚴峻，為此，通過樹脂再生工藝控制策略研究，改善樹脂混合效果。

3.3 高混樹脂再生工藝控制策略的試驗研究

為實現樹脂比例調整后，IRIC 對樹脂分離效果的全程在線監控以及對樹脂輸送終點的控制，對樹脂分離、輸送的程控步序進行優化。同時，對精處理系統診斷階段發現的高混運行及再生步序中某些設定不合適的步驟及參數也進行了優化調整。根據結果，改造高速混床工藝控制邏輯，使優化后的工藝步序能夠按照程序運行。最終，精處理高混運行、體外輸送及再生過程實現了程序控制。

3.4 改進混床失效控制指標

為了解決高混運行末期出水氯離子、鈉離子和硫酸根離子超標的問題，在對高混進行運行優化后，需對高混失效的比電導控制指標進行優化，設定一個更加嚴格、更加合理的高混出水比電導指標（根據試驗結果，從原來的0.5～1.0μS/cm 定為0.15μS/cm），將氯離子、鈉離子以及硫酸根離子含量控制在1μg/L 以下。

3.5 改造高混進水分配裝置

為徹底解決高速混床運行偏流的問題，對目前擋板加多孔板配水帽的高混進水裝置進行改造，采用結構更加合理的加強型兩級高速混床進水分配裝置。

表4 高混運行診斷項目評價結果匯總表

4 優化后高混運行效果評估

項目實施后，高混整體運行性能得到明顯改善，且運行穩定。高混運行診斷項目評價結果匯總由表4 所示。

4.1 提質方面

高混運行末期出水：鈉離子的峰值由14.9μg/L 降至0.5μg/L；氯離子的峰值由4.9μg/L 降至0.2μg/L；硫酸根離子峰值由1.5μg/L 降至0.2μg/L。

在凝結水加氨量相同的條件下，優化后各臺高混周期制水量均有增加，增幅最大可達127%，平均為96%。

高混出水水質得到明顯改善后，熱力設備發生腐蝕、結垢和積鹽的風險將顯著降低，可有效避免鍋爐爆管、汽輪機葉片腐蝕斷裂等安全事故的發生。

4.2 增效方面

節省除鹽水費：年自用水量由4.0 萬m3減少至2.1 萬m3，節省28 萬元/年。節省酸堿費：每年減少酸用量155 噸，減少堿用量72 噸，節省24 萬元/年。節省樹脂采購費：26 萬元/年。節省廢水處理費：年廢水排放量減少1.9 萬m3，節省1.9 萬元/年。

4.3 節水減排的成效

節省高品質除鹽水：1.9 萬m3/年，節省新鮮水：3.2 萬m3/年。可減排固體鹽類約90 噸，廠內開展全廠廢水“零排放”的技改工作，可減少約4%的末端廢水處理工藝投資。

4.4 智能控制方面

高混再生頻次減少，大幅降低了運行人員的勞動強度，同時也降低了樹脂再生時化學藥品危害運行人員身體健康的風險。再生設備使用頻次相應減少，提高了設備的可靠性。精處理自用水量降低后，減少了化學除鹽車間的制水量，提高了制水設備的可靠性。高混樹脂體外分離、輸送程序變原來的人工監控為自動化監控，大大降低了工人的勞動強度。同時，程序能對樹脂分離及上一個輸送步序的效果自動檢測，實現了對樹脂分離和輸送過程的智能化管理，可顯著提高精處理系統的運行管理水平。

5 結論

（1）高混出水水質明顯提高。氯離子和鈉離子含量優于GB/T 12145-2016 表6 中期望值的要求，硫酸根離子含量優于超超臨界機組凝結水精處理系統出水水質建議的控制指標（＜0.5μg/L）。

（2）高混周期制水量得到大幅增加。在凝結水加氨量相同的條件下，優化后高混周期制水量平均增幅為96%，最大增幅可達127%。

（3）單位制水量所用酸堿和除鹽水量以及酸堿廢水排放量均明顯減少。單位制水量所用酸堿量及所用除鹽水率降幅均為38%，年酸堿廢水排放量減少1.9 萬m3。

（4）解決了高混樹脂體外分離與輸送精度低的問題，并實現了高混運行、體外輸送及再生過程的程序化控制。

（5）每年不但為電廠產生直接經濟效益80 余萬元，還可減排固體鹽類約90 噸，具有十分顯著的提質增效和節水減排效果。