第4章-凝结水精处理

第4章凝结水精处理4.1凝结水精处理的必要性4.2凝结水精处理的技术概况4.3600MW超临界机组凝结水精处理4.4600MW超临界机组凝结水精处理实例4.5600MW超临界机组凝结水精处理4.1凝结水精处理的必要性凝汽器泄漏：凝汽器的泄漏可使冷却水中的悬浮物和盐类进入凝结水中。泄漏可分两种情况：严重泄漏和轻微泄漏。前者多见于凝汽器中管子发生应力破裂、管子与管板连接处发生泄漏、腐蚀或大面积的腐蚀穿孔等。此时，大量冷却水进入凝结水中，凝结水水质严重恶化。后者多因凝汽器管子腐蚀穿孔或管子与管板连接处不严密，使冷却水渗入凝结水中。即使凝汽器的制造和安装较好，在机组长期运行过程中，由于负荷和工况的变动，引起凝汽器的震动，也会使管子与管板连接处的严密性降低，造成轻微的泄漏。当用淡水作冷却水时，凝汽器的允许泄漏率一般应小于0.02％。严密性较好的凝汽器，泄漏量小于此值，甚至可以达到0.005％。当用海水作为冷却水时，要求泄漏率小于0.0004％。凝汽器泄漏往往是电厂热力设备结垢、腐蚀的重要原因。金属腐蚀产物带入：火电厂的汽水系统中的设备和管道，往往由于某些腐蚀性物质的作用而遭到腐蚀，致使凝结水中含有金属腐蚀产物，其中主要为铁和铜的氧化物。进入凝结水中金属腐蚀产物的量与很多因素有关，如机组的运行工况，设备停用时保护的好坏，凝结水的pH值，溶解气体(氧和二氧化碳)的含量等。凝结水进入锅炉后，其所含的金属腐蚀产物将在水冷壁管中沉积，引起锅炉结垢和腐蚀。一般情况下，在机组启动和负荷波动时，凝结水中的铁、铜含量急剧上升。补充水带入的悬浮物和盐分：锅炉补充水虽经深度除盐处理，但由于种种原因(如原水中有机物含量高等)，除盐水在25℃的电导率不能低于0.2μS/cm，即使电导率小于0.1μS/cm，补充水中仍含有一定量的残留盐分。此外，除盐水流过除盐水箱、除盐水泵和管道，也会携带少量的悬浮物及溶解气体而进入给水。4.2凝结水精处理技术概况图4.2.1凝结水处理(a)低压系统，1—汽轮机；2—发电机；3—凝汽器；4—凝结水泵(低压)；5—凝结水处理设备；6—凝升泵；7—低加；8—凝结水泵(高压)1.凝结水处理设备与热力系统的连接方式低压系统连接方式水处理设备串联在凝结水泵和凝升泵之间，见图4.2.1(a),。由于凝结水泵在1MPa~1.3MPa压力下运行，所以混床是在较低压力下工作的，为了能将混床处理后的水再经低压加热器送入除氧器，需在混床之后设置凝结水升压泵。在该系统中为便于除氧器水位的调节，系统中还需设置密封式补给水箱，中压系统连接方式中压系统连接方式即为水处理设备串联在凝结水泵和低压加热器之间,见图4.2.1(b),压力在2.5~3.5MPa。采用中压凝结水系统，简化了热力系统，提高了系统的的严密性，能耗省，也为凝结水处理系统布置在汽机房创造了条件。美国80%的凝结水处理系统采用中压系统运行。中压凝结水系统要求凝结处理设备的结构强度和防腐衬时能承受较高压力。离子交换树脂的机械强度要求高，并需采用各种中压电动、气动耐腐蚀阀门，一般需进口。图4.2.1凝结水处理(b)中压系统1—汽轮机；2—发电机；3—凝汽器；4—凝结水泵(低压)；5—凝结水处理设备；6—凝升泵；7—低加；8—凝水泵(高压)直流炉供汽的机组，100%凝结水处理；亚临界参数以上汽包炉供汽的机组，100%凝结水处理；高压汽包炉供汽、海水冷却的机组以及由超高压汽包炉供汽、海水或苦咸水冷却的机组可进行部分凝结水处理。凝结水处理系统分为过滤和除盐两大部分，过滤主要除去金属腐蚀产物及悬浮物等杂质；在混床除盐出口处安装后置过滤器即树脂捕捉器，用于截留混床可能漏出的碎树脂。2.1有前、后置过滤器的水处理系统；前置过滤器+混床+后置过滤器2.2无前置过滤器的水处理系统：混床+树脂捕捉器采用何种方式应视水质要求而定600MW超临界直流沪应采用有前、后置过滤器的系统前置过滤器：5μm滤芯（保安）过滤器、电磁过滤器、阳床过滤器等。后置过滤器：离子捕捉器（捕捉混床带出的离子碎片）高速混床：阴、阳树脂混合床2.凝结水处理系统的组成如果混床前未设过滤器时，凝结水中金属腐蚀产物等杂质会被混床中树脂所截留，粘附在树脂表面难以清除，因此一般混床是不能兼作过滤和除盐使用的。采用空气强力擦洗，可以使树脂表面上粘附的腐蚀产物脱落，用水淋洗排走。由于凝结水具有流量大、含盐量低的特点，故采用高流速运行的混床即高速混床，其结构见右图。高速混床的特点：运行流速高最大流速120m/h；采用体外再生简化了混床内部结构；处理水量大，能有效除去水中的离子及悬浮物等杂质；对树脂的性能要求很高。3.高速混床的结构混床进水阀混床出脂阀混床进脂/进气/正洗阀混床出水阀混床再循环/排水/反洗/进气阀混床排气阀1.机械强度凝胶型树脂的孔径小，交联度低，抵抗树脂“再生——失效”反复转型膨胀和收缩而产生的渗透应力较差，因而易破碎。大孔型树脂的孔径大，交联度高，抗膨胀和收缩能力强，因而不易破碎。高速混床的实际运行结果表明，选出用大孔型树脂，混床压降可控制在0.2MPa以下，树脂破损率大大降低。当混床高流速运行时，树脂要经受较大的水流压力，如机械强度不足以抵抗所受压力时就会破碎，因此用于高速混床的树脂一定要有高的机械强度。2.树脂的粒径要合适且大小要均匀。一般要求90%以上重量的树脂颗粒集中在粒径偏差在±0.1mm范围内，这样①减轻树脂的交叉污染。粒度不均的树脂，在反洗分层后，阳树脂与阴树脂不能有效分离，容易形成小颗粒阳树脂和大颗粒阴树脂互相渗杂的混脂区。再生时阳树脂中夹杂的阴树脂变成CI型（HCI作再生剂时），阴树脂中夹杂的阳树脂变成Na型（NaOH再生）。混脂的存在，即使再生非常彻底，由于上述原因，再生混合后，树脂层中有一部分RCI和RNa树脂。这对凝结水精处理水质影响很大。表现为混床漏Na和漏CI。这叫阴阳树脂的交叉污染。因为小颗粒阳树脂沉降速度与大颗粒阴树脂沉降速度接近，不易水力分开②树脂层压降小。如果颗粒不均匀，小的填充在大的之间，水流阻力大，压降大，均匀颗粒不存在此问题③水耗低。均粒树脂颗粒反洗时，无大颗粒树脂拖长时间，所以反洗时间短，用水少。高速混床对树脂的要求混床中的阴、阳离子交换树脂常用氢型混床（H—OH型）和氨型混床（NH4—OH型）两种。采用氢型（H—OH）混床时的交换反应为：RH+ROH+NaCI=RNa+RCI+H2O此交换反应有水生成进行得很完全。但是水中的NH4+也被RH树脂交换，RH树脂很快饱和，消耗了树脂的交换容量，再生周期缩短，酸碱耗量大，同时也除去了为防止热力设备腐蚀而加入的NH4+，随后在给水系统中又需补充氨很不经济。采用氨型混床（NH4—OH）时的交换反应为：RNH4+ROH+NaCIRNa+RCI+NH4OH该反应逆向程度比前述反应要大得多。因此易漏钠和氯。要求树脂再生要彻底，再生度要达到阳99.5%、阴95%以上，否则不能采用。4.高速混床的型式5.高速混床树脂的再生高速混床失效后应再生，一般采用体外再生。即把失效的树脂转移到专用的再生器中进行再生，其再生过程与体内再生相同，整个系统由混床、再生器和再生后树脂的贮存器组成。树脂的移送一般采用水力、气水混合输送。体外再生的优点：①离子交换树脂在专用设备中进行反洗、分离和再生，有利于获得较好的分离效果和再生效果。②体外再生简化了高速混床内部的结构，混床中不用设置酸碱管道减少水流阻力，有利于混床高速运行。③体外再生系统中有已再生好的树脂，这样可缩短混床停用时间，提高设备的利用率。体外再生的缺点：①增加了树脂输送、再生和贮存设备②管道长、树脂流失及磨损率大。6.阴、阳树脂分离塔影响树脂再生度高低的一个极为重要的因素是混床失效树脂再生前能否彻底分离。当分离不完全时，混在阳树脂中的阴树脂被再生成CI型，混在阴树脂中的阳树再生成Na型，这样在运行中势必影响出水水质。分离塔的结构见右图。底部主进水阀、辅助进水阀设置有多个不同流量，提供不同的反洗强度的水流，有利于树脂的分离。塔上设有多个窥视空，便于观察树脂的分离情况。顶部进水装置采用支母管式，底部出水装置采用不锈钢双速水嘴。分离塔的上部是一个锥形筒体。上大下小；下部是一个较长且直的筒体。反洗时水能均匀地形成柱状流动，不使内部形成大的扰动；在反洗、沉降、输送树脂时，内部扰动可达最小程度。11411256210397813141.失效树脂进脂阀;2.阴脂出脂阀3.阳脂出脂阀;4.压缩空气进气阀5.顶部进水阀;6.反洗进水上部辅助阀7.底部进气阀;8.底部主进水阀9.反洗进水下部辅助阀10.反洗进水中部辅助进水阀11.上部水位调整阀;12.顶部排水阀13.底部排放阀;14.底部辅助进水阀树脂分离塔7.树脂的分离利用阴、阳树脂不同颗粒度、均匀度和不同比重，通过反洗流量的调整，形成树脂的不同沉降速度，从而达到树脂分离的目的。树脂在分离前必须对树脂进行清洗。因高速混床具有过滤功能，树脂层中截留了大量的污物，如不清除掉，会发生混床阻力增大、树脂破碎及阴、阳树脂再生前分离困难等问题。清洗树脂最常用的方法是空气擦洗法,在装有失效树脂的分离塔中多次反复地通入空气，然后正洗的一种操作方法。擦洗的次数视树脂污染程度而定，至出水清洁时为止。通入空气的目的是松动树脂层和使污物脱落，正洗是使脱落下来的污物随水流自底部排出。空气擦洗还可减小静电，防止树脂抱团，减小反洗时间和反洗流量，同时还可将粉末状树脂从树脂表面冲走。减小运行压降反洗分层时，先用较高的反洗流速来反洗树脂层，然后慢慢降低反洗流速。先使反洗流速降低到阳离子树脂沉降时，经一定时间，使阳离子交换树脂积聚在上部锥形和下部圆柱的分界面以下，形成阳树脂层，然后再慢慢地降低反洗流速使阳树脂慢慢地、整齐地沉降下来。阳树脂沉降的同时阴树脂也开始沉降，当反洗流速降低到阴树脂沉降时，经一定时间便得阴树脂积聚在上部锥形和下部圆柱的分界面以下，形成阴树脂层，然后再慢慢降低反洗流速一直到零。通过水力分层达到阴阳树脂彻底分离的目的（交叉污染均低于0.1%）。。8.阴树脂再生塔阴再生塔的结构示意图树脂在分离塔中分离后，上部的阴树脂输送到阴再生塔进行擦洗再生。再生塔的进口装置采用支母管式结构，底部进水、出水；出树脂装置采用的是双速水嘴的结构。阳再生塔兼树脂贮存塔的结构与阴再生塔类似，它的作用是将输送来的阳树脂进行擦洗再生。低部排放阀阴塔顶部进水阀低部进水阀顶部排放阀低部辅助进水阀阴塔进碱阀顶部进压缩空气阀顶部排气阀进脂阀中间排水阀底部进气阀出脂阀4.3600MW超临界机组凝结水精处理为了保证水质，超临界机组必须进行100%的凝结水处理。在设计系统究竟采用何种方式为好，应考虑以下几点：1.凝结水系统的运行压力运行方式有低压（小于1MPa）和中压（2MPa～3MPa）两种，我国大多采用低压运行。石洞口电厂、平圩电厂、石横电厂和吴泾电厂六期工程均采用了中压运行系统。采用中压凝结水处理系统简化了热力系统，提高了系统的严密性，能耗省，也为凝结水处理系统布置在汽轮机房创造了条件。所以美国火电凝结水处理系统80%以上采用中压运行。国产超临界机组也以考虑采用中压凝结水处理系统为宜。但设备要进口。2凝结水系统中是否要设置前置过滤器前面提到的几个电厂均不设置前置过滤器，由体外再生空气擦洗高速混床承担除盐与除铁的功能。其中石横、平坪和吴泾电厂为亚临界汽包炉，石洞口二厂为超临界直流炉。汽包炉由于对给水的要求稍低，国内机组一般不设前置过滤器，而对于亚临界的直流锅炉都要在空气擦洗高速混床前设置前置过滤器，以保安过滤器较多。对于含铁量不高时，如石洞口电厂，约为10μg/L～20μg/L，保安过滤器可以退出运行，凝结水直接进混床处理即可。但在锅炉起动时，保安过滤器的设置还是很有必要的，因为我国的现实情况是：制造厂的设备防腐工作，安装期间的化学监督以及运行锅炉的停炉保护都不够完善，因此机组起动时凝结水含铁量很高。新机组起动时，空气擦洗混床进水含铁量应小于400μg/L，因此如不设前置过滤器，起动时排放水量很大，实际上也有不少电厂在循环冲洗时，进入混床