精處理樹脂擦洗終點判斷裝置在百萬機組的應用

摘要：凝結水精處理系統是火力發電廠保證水汽品質的關鍵，同時凝結水精處理系統也是廠內的用水大戶。通過對江蘇省某發電廠百萬機組進行凝結水經處理系統技術改造，增加樹脂擦洗終點判斷裝置對樹脂的擦洗進行監視，并對擦洗過程中陰樹脂、陽樹脂排水濁度進行檢測，分析濁度變化趨勢，同時對高塔分離塔、陰樹脂、陽樹脂擦洗水耗進行研究，以及根據水耗結果對樹脂擦洗步序進行優化，為燃煤電廠凝結水精處理系統節水降耗提供技術建議。

關鍵詞：燃煤電廠；樹脂擦洗；判斷裝置；節水降耗

基金項目：國電電投江蘇有限公司科技項目（KY-C-2021-HD04）

引言

凝結水精處理系統是確保火力發電機組水汽指標正常的關鍵，其利用陰樹脂、陽樹脂對機組的凝結水及補水進行陰離子、陽離子吸附去除，確保受熱面及汽輪機安全穩定運行。目前，國內凝結水精處理普遍采用“高塔分離+陰陽塔再生”工藝[1]。該工藝中陰陽樹脂可先在分離塔中進行初步擦洗分離，分離后的陰樹脂送入陰塔、陽樹脂送入陽塔，再分別進行擦洗再生。樹脂擦洗時間、擦洗次數根據廠家的推薦值和系統調試最終確定，但基建期運行工況與正常運行時存在不同，因此有必要針對凝結水精處理再生工藝進行適度優化，并結合智能化檢測設備加強樹脂再生的過程控制，保證樹脂再生過程的安全穩定[2]。

1系統概述

江蘇省某發電廠建設規模為2×1000MW超超臨界火力發電機組，采用前置過濾器和高速混床結合處理模式，每臺機組配備2×50%前置過濾器、4×33%高速混床。2臺機組凝結水公用1套體外再生設備，再生方式采用高塔樹脂二次分離，陰陽樹脂比例2：3?；齑仓械年庩枠渲粩辔侥Y水中的離子，完成一定制水量后需要送至分離塔進行分離再生。

樹脂輸送至陰陽樹脂再生罐內，在陰陽再生罐內進行樹脂擦洗工作。陽樹脂再生順控系統的步序流程如圖1所示，以陽再生罐為例，可以看出樹脂分離完成送入再生罐內需要進行多次的沖水、空氣擦洗再反洗步序。根據實際調研，目前江蘇省內電廠凝結水經處理再生過程中樹脂擦洗終點均根據人工判斷，未能形成量化指標，因此本文提出了一種利用濁度儀進行樹脂擦洗終點判斷的方法[3]，可在保證樹脂擦洗完畢的同時達到節約水資源的目的。

2方法概述

樹脂再生前需要對樹脂進行擦洗，因而樹脂擦洗終點判斷方法就利用濁度儀進行樹脂擦洗過程的排水濁度測量，通過濁度反應樹脂擦洗的干凈程度，從而判斷樹脂可進行進酸堿步序。樹脂擦洗終點判斷方法在底部排水管上開取樣管道，取樣管道上設置有手動閥門及電磁閥，通過閥門的樣水進入濁度儀，測量完畢的樣水流入廢水捕捉器。濁度儀測量的數值傳輸至計算機內，DCS根據濁度的數值進行擦洗終點的判斷。樹脂擦洗終點判斷裝置流程如圖2所示。

3試驗研究

根據現場的設備布置，驗證濁度可以作為判斷樹脂擦洗終點的參數，利用便攜式濁度儀對高塔分離塔樹脂擦洗排水濁度進行測量，總共進行了6次測量，首次排水濁度為15NTU，隨著擦洗次數的增加最終第6次降低至1.88NTU，由此可以得出“濁度的測量可以用于判斷樹脂擦洗的干凈程度”。

3.1 排水濁度變化

將周期制水量為297725t的混床退出運行，將樹脂在分離塔中進行5次擦洗，進行初步分離后送入陰陽再生塔。在再生塔中研究樹脂擦洗過程中濁度變化。由于濁度變化緩慢，因此將底排水開啟的濁度值作為記錄值進行比較，每次測量完濁度后利用除鹽水對濁度儀進行2min沖洗，保證儀表的測量精準。

為了研究擦洗過程中排水濁度的變化，設置參數為充水時間（陰700s，陽1040s）、排水時間（陰110s，陽250s）、空氣擦洗時間（陰360s，陽480s）、中排時間（陰30s，陽95s）、底排時間（陰50s，陽120s）。由于陰再生塔尺寸（DN1600，直邊2950mm）比陽再生塔（DN1800，直邊3500mm）尺寸小，因而陰陽塔空氣擦洗時間不同。按照此時間進行樹脂擦洗，記錄擦洗后陰陽再生塔排水濁度。陰、陽樹脂擦洗排水濁度值隨排水次數變化曲線如圖3所示。

3.2空氣擦洗時間

圖4、圖5進行了擦洗次數與濁度變化的研究，經過分析得出空氣擦洗時間也會對樹脂擦洗排水濁度產生影響，因此取為周期制水量289672t的樹脂為研究對象，保持其它參數不變，研究空氣擦洗時間與擦洗濁度的關系（此處變化陰樹脂空氣擦洗時間為300s，陽樹脂空氣擦洗時間為420s）。

由圖4可知，改變了再生步序中空氣擦洗時間后，排水濁度變化較為明顯。同向比較發現，經過12次擦洗后樹脂濁度均在下降，且均呈現出前期排水濁度快速下降，后期排水濁度緩慢下降的趨勢；縱向對比發現，改變擦洗時間后最終排水濁度高于擦洗時間為360s的排水濁度。

圖5與圖4相似，陽樹脂擦洗時間改變后排水濁度均隨著次數下降，且經過5次擦洗后，改變空氣擦洗時間前后的排水濁度均低于0.5，已經滿足設定濁度要求。因此，可將原程控中空氣擦洗時間由480s改為420s以達到節約資源的目的。

3.3高塔分離塔擦洗次數

樹脂在高塔分離塔經過初步擦洗后被送入陰、陽再生罐進行進一步擦洗，考慮到樹脂在高塔分離塔中擦洗程度對后期單獨擦洗具有一定影響，以高塔分離塔擦洗5次的樹脂和高塔分離塔擦洗10次的樹脂為研究單位，擦洗次數為5次的樹脂周期制水量為297725t；擦洗次數為10次的樹脂周期制水量為306565t。陰、陽塔的參數設置同表1、表2所示，不作出改變。

圖6展示了陰樹脂在高塔分離塔中經歷了5次及10次擦洗后送入陰再生塔的擦洗排水濁度變化值。由圖6可以發現，經歷5次擦洗后的陰樹脂初始擦洗排水濁度高于擦洗10次的陰樹脂初始擦洗排水濁度，但經歷12次擦洗后，陰樹脂最終的擦洗排水濁度僅相差0.2，因此可適當縮減高塔分離塔擦洗次數，達到節約水資源的目的。

圖7展示了陽樹脂在高塔分離塔中經歷了5次及10次擦洗后送入陽再生塔的擦洗排水濁度變化值。由圖7可以發現，經歷5次高塔分離塔擦洗后的樹脂初始排水濁度高于經歷10次高塔分離塔擦洗后的樹脂初始排水濁度，不同樹脂經歷5次擦洗后均低于0.5NTU，因此可適當縮減高塔分離塔擦洗次數，達到節約水資源的目的。

4水耗研究

4.1空氣擦洗時間

針對江蘇省某發電廠百萬機組凝結水精處理系統再生水耗大的問題，可結合所做的擦洗時間和濁度變化進行再生水耗的比較。首先設定擦洗終點濁度值，陰樹脂擦洗排水濁度≤2NTU即擦洗完成，陽樹脂擦洗排水濁度≤0.5NTU即擦洗完成。由表1中數據可以看出，擦洗時間360s時，陰塔最終擦洗10次陰樹脂排水濁度≤2；擦洗時間300s時，陰塔最終擦洗15次陰樹脂排水濁度≤2；羅茨風機的功率為15kW，360s擦洗電耗54000kJ，擦洗水耗39t；300s擦洗電耗45000kJ，擦洗水耗58.5t。因此，可針對實際情況選擇降低擦洗時間換來水耗和電耗的平衡[4]。

由表2統計的擦洗時間改變后陽樹脂擦洗過程中消耗的水量和電量可以看出，擦洗時間480s、420s陽塔最終擦洗5次后濁度均低于0.5NTU，擦洗時間480s、420s消耗的水量均相等，但消耗的電能不同，降低4500kJ[5]。因此，可將陽塔的擦洗時間改成420s以節約能源。

4.2高塔分離塔擦洗次數

由表3統計的改變高塔分離塔擦洗次數后陰樹脂擦洗過程中消耗的水量和電量可以看出，高塔分離塔擦洗10次后陰塔擦洗5次相比9次可節約水耗15.6t、電耗21600kJ。根據有關數據計算得出，高塔分離塔擦洗1次消耗水耗8.3t，擦洗10次比擦洗5次多41t水耗。因此，減少高塔分離塔擦洗次數可較大程度上節約水耗[6]。

5效益分析

5.1直接效益分析

根據上述研究對精處理再生系統步序進行優化，首先將高塔分離塔樹脂擦洗次數由原先的10次降低為5次，將陽樹脂在陽塔中擦洗時間由原先的480s改為420s，因此計算得出可節約除鹽水41t/次。而按照除鹽水價格18元/t（包含水資源費、取水費、電耗、人工等費用）計算，1次樹脂再生即可節約738元；按照10d再生1套樹脂計算，1年除鹽水可節約2.6萬元。

5.2間接效益分析

項目實施后，不僅水耗得到了降低，同時降低了樹脂擦洗過程的排水量，降低了后續廢水處理水量，間接減少酸堿使用量，達到保護環境的目的。

結論

針對江蘇省某發電廠百萬機組對凝結水精處理設備的技術改造，使用了樹脂擦洗終點智能判斷裝置對凝結水精處理樹脂再生擦洗步序進行優化，并進行了相關擦洗過程中的濁度變化及水耗研究。結果表明，通過對高塔分離塔擦洗排水濁度進行測量，驗證了使用濁度儀對樹脂擦洗過程監視的可行性；陰樹脂擦洗至指定濁度所需次數較多，濁度下降較慢，終點排水濁度為1.91NTU；陽樹脂擦洗排水濁度下降較快，最終低于0.5NTU。將高塔分離塔樹脂擦洗次數改為10次，陽樹脂空氣擦洗時間改為420s以達到節水降耗的目的；陰樹脂擦洗次數和擦洗時間具有對立統一關系，需要平衡水耗和電耗進行擦洗時間優化。

參考文獻

[1]楊雪彬.660MW火電機組凝結水精處理系統運行優化[J].流體測量與控制，2022，3（03）：55-57.

[2]鐘選斌，周臻.超臨界機組凝結水精處理系統的性能優化[J].清洗世界，2021，37（12）：15-17，21.

[3]趙凌，謝江峽，王立哲，等.一種水源濁度在線自動監測裝置的研發應用[J].甘肅科技縱橫，2021，50（08）：39-41.

[4]聶濤，田文華，劉炎偉，等.凝結水精處理系統提質增效及節水減排技術開發應用[J].科學技術創新，2020（30）：38-40.

[5]楊濤，韓利，徐華偉，等.1000MW火電機組凝結水精處理再生系統問題分析[J].工業水處理，2015，35（11）：103-105.

[6]曹士海，龐勝林，何高祥，等.某600MW發電機組凝結水精處理運行工藝優化試驗研究[J].湖北電力，2021，45（04）：100-105.

作者簡介

周正（1992—），男，漢族，江蘇淮安人，工程師，碩士，主要從事電站化學水處理技術研究工作。