第八章凝结水处理

1第八章凝结水处理目前在亚临界压力以上的汽包炉和直流炉机组中都设有凝结水处理装置，去除凝结水中金属腐蚀产物和微量的溶解盐；在原子能电站也设有凝结水处理装置。2凝结水处理的目的主要有二个：去除水中金属腐蚀产物和微量溶解盐，相应的处理方法是过滤处理和离子交换除盐。本章内容§1概述§2凝结水过滤处理§3凝结水除盐§4凝结水处理的应用举例34§1概述一、高参数机组凝结水处理的必要性1、超临界直流炉机组对水质要求更严格5（1）凝汽器漏冷却水；（2）金属腐蚀产物的污染；（3）水汽系统漏入空气；（4）补给水的杂质。2、凝结水的污染6二、凝结水精处理目的及其系统的功能1、凝结水精处理目的（1）去除凝结水中的金属腐蚀产物；（2）去除凝结水中的微量溶解盐类；（3）去除随冷却水漏入的悬浮固形物。7（1）提高了凝结水水质，降低了凝结水含盐量及铜、铁等金属腐蚀产物的含量；（2）可减少因凝汽器泄漏而带来的停机次数，在凝汽器小漏时可保证机组正常运行，在凝汽器大漏时可保证机组正常的安全停机；（3）减少机组起动时的冲洗时间，既节约了冲洗用水，又增加了发电时间。2、凝结水精处理系统功能8三、凝结水精处理的适用范围和系统组成1、凝结水精处理应考虑的因素（1）锅炉的炉型和机组的参数；（2）冷却系统特性和冷却水种类；（3）凝汽器的结构及管材；（4）机组的负荷特性；（5）给水的水化学工况。9直流炉、亚临界以上汽包炉、用海水及苦咸水冷却的高压炉及超高压炉、带有间接空冷凝汽器的超高压机组。3、凝结水精处理系统的组成凝结水处理系统一般由三部分组成，即前置过滤（去除金属腐蚀产物）+除盐（去除微量盐类）+后置过滤（截留碎树脂）后置过滤一般用树脂捕捉器代替。2、适用范围10目的是去除金属腐蚀产物及凝汽器泄漏时的悬浮物。一、凝结水中杂质的特点及对过滤的要求凝结水中杂质主要是铁的氧化物（Fe3O4、Fe2O3）及铜的氧化物（CuO、Cu2O），有时还包括镍的氧化物和胶体硅。这些腐蚀产物在凝结水中的含量与机组运行工况有关。根据凝结水处理的水量大及水中杂质的特点，对过滤的要求是：（1）滤料的热稳定性和化学稳定性好，不污染水质；（2）过滤面积大，以适应大流量的要求；（3）滤料层的水流阻力小，以便高流速运行。§2凝结水过滤处理11二、凝结水中金属腐蚀产物来源和形态1、凝结水中金属腐蚀产物来源凝结水中金属腐蚀产物主要是铁的氧化物，此外还有少量铜的氧化物，这主要是因为凝结水接触的绝大部分是钢制设备及管道，铜的氧化物则是来自热交换器中的铜管和铜制阀门芯等部件。除此之外，某些特殊场合还有少量镍的化合物。铁的氧化物主要有Fe3O4（黑灰色）和Fe2O3（棕红色）二种，它们溶解度很低，都以固体形态存在于水中，除此之外，水中还可能存在胶体态氢氧化铁及离子态铁，离子态铁量很少。122、凝结水中金属腐蚀产物的形态不论工业锅炉对外供汽的生产返回水中，还是发电厂的凝结水，所夹带的金属腐蚀产物（铁和铜）主要以固体形态存在于水中，以离子态形态存在的量极微。可以通过最简单的固液分离方法（过滤）来去除蒸汽凝结水中的金属腐蚀产物，这就是凝结水的过滤处理。13一般采用精密过滤设备来去除凝结水中的金属腐蚀产物。目前常用的有：纸浆覆盖过滤、管式微孔介质过滤、电磁过滤等。覆盖过滤器是在滤元上涂一层纸粉作为滤层，起过滤作用，它可以很有效的滤除水中微米级以上的微粒，去除凝结水中金属腐蚀产物可达80%-90%。但它设备占地面积大，操作复杂，运行费用高，还有将纸粉漏入水中的可能。14三、覆盖过滤器151、结构和工作过程162、系统及运行覆盖过滤器运行操作可分为三步：铺膜、运行和爆膜。17管式微孔过滤器也是一种钢制压力容器，内装滤元，滤元由多个蜂房式管状滤芯组成，滤元一般长1-2m，直径Ф25-75mm，滤元骨架为不锈钢管上开孔（例如Ф2mm），外绕聚丙烯纤维，绕线空隙度为1、5、10、15、20、30、50、75、100μm等规格。18四、管式微孔过滤器物质的磁化性能用导磁系数来表示，导磁系数——表示物质磁化后的磁场强度与外加磁场强度的比值。铁磁性物质--有些物质在很弱的外磁场中也能磁化，具有很大磁场，并且加强外磁场，当外磁场取消后，还能保持一定的磁性；顺磁性物质--有些物质在强磁场中只能被弱磁化，也能不同程度地加强外磁场，一旦外磁场消失，物质的磁场也消失；抗磁性物质--还有一些物质在外磁场中被磁化，但反过来会削弱外磁场。19五、电磁过滤器1、工作原理和结构凝结水中氧化铁颗粒主要有Fe3O4、α-Fe2O3、γ-Fe2O3几种，其中Fe3O4和γ-Fe2O3是铁磁性物质，α-Fe2O3是顺磁性物质。因此可以利用磁性吸引的方法从水中去除这些氧化铁微粒，此即磁分离法。电磁过滤器是在励磁线圈中通以直流电，产生磁场，借助该磁场将过滤器填料层中填料（导磁基体）磁化，当水通过填料层时，水中磁性物质会被吸引附着在填料表面，达到水的净化目的。20在电磁过滤器中，基体作用于水中的微粒的磁力可用下式表示：F=V‧X‧H‧dH/dX式中：F—基体作用于微粒的磁力；V—水中微粒的体积；X—微粒磁化率，比如Fe3O4的磁化率为15600×106cgs,α-Fe2O3磁化率为20.6×106cgs，CuO磁化率为3.3×106cgsH—背景磁场强度；dH/dX—磁场梯度。现常用复合型高梯度电磁过滤器2122232、系统联结24离子交换树脂颗粒很小（0.3-1.2mm），可以起到很好的过滤作用，这主要是利用氢型阳离子交换器中阳树脂对凝结水进行过滤。它在凝结水过滤处理的应用中有二种形式：（1）单独以氢型阳床形式来过滤处理凝结水；（2）在凝结水除盐用的混床上面再加一层氢型阳树脂起过滤作用，又称为阳层混床。25六、氢型阳离子交换器要兼作过滤除铁的混床必须能彻底清除树脂上粘附的金属氧化物，由于金属氧化物相对密度较大（氧化铁达5.2g/cm3），反洗时很难冲洗出去，可以采用空气强力擦洗，使树脂表面粘附的金属氧化物脱落。金属氧化物密度大，易沉在底部，再用水从上向下淋洗，将金属氧化物从下部排走，此即为空气擦洗高速混床的清洗工作原理。26七、空气擦洗高速混床27凝结水中含盐量主要来源是热交换器（在发电厂称为凝汽器）泄漏。凝汽器管子由于腐蚀或磨损产生穿孔，冷却水就会漏入凝结水中，凝汽器管子端部与管板连接处（胀口）的不严密也会使冷却水漏入凝结水中。冷却水通常为天然水，其中含有大量杂质（盐分、悬浮物等），冷却水的漏入使凝结水中溶解的盐含量大大上升，水质恶化。28§3凝结水除盐29一、体外再生混床结构及特点30与体内再生混床相比，体外再生混床由于树脂在体外再生，混床本体中不再设再生装置，水流阻力大大减少，再加上进水含盐量很低，故运行流速可以大大提高，目前体外再生混床运行流速为90-120m/h。31由于混床树脂不在体内再生，再生用酸、碱不再送入混床体内，消除了凝结水被再生液污染的可能性，提高了水质安全性。32虽另设专用再生设备及专用贮存设备，使设备增多，但投资费用并未增加，这是因为：a）混床运行流速提高，台数可减少；b）混床不必设再生备用，只需多备用一套树脂，混床可以一直运行；c）混床高度可降低（因为无再生装置）；d）混床再生设备可以二台机组共用一套再生设备。有专用的树脂分离设备，分层好，交叉污染可降低，再生效果好。树脂在混床体外再生，再生时需将树脂送出，再生好后再将树脂送回混床，树脂来回输送磨损大，若采用凝胶型树脂年损失率可达30-50%，因此多选用强度较高的树脂，如大孔型树脂和均粒树脂。33混床中阳阴树脂比例视进水pH而定：若进水pH为9（加氨时）采用阳：阴为2∶1、2∶3或1∶1；若进水中为中性，则采用1∶2。34某电厂高速混床内装填的进口的高强度均粒凝胶型阳、阴树脂具有良好的物理、化学性能以及离子交换动力学特性。阳树脂阴树脂湿真密度：1.2~1.28g/ml1.06~1.10g/ml渗磨圆球率：≥95%≥95%质量全文换容量：4.2mmol/g3.4mmol/g粒度范围：0.63~0.81mm0.45~0.71mm有效粒径：0.65±0.05mm0.55±0.05mm均一系数：≤1≤1.2阳、阴树脂体积比：1:1树脂床层总高度：1000mm二、体外再生混床的再生系统35阳361、混床再生时阴阳树脂的分离程度2、再生后阴阳树脂混合均匀程度3、再生液中杂质的含量4、混床进水pH37三、影响混床出水水质的因素高pH凝结水是人为的向凝结水中加入一定的氨(大约0.5-0.7mg/L左右),提高pH值(8.8-9.6),以达到防腐蚀的需要。这些氨进入混床后,会与阳树脂发生交换,降低阳树脂对水中钠的交换容量,使运行周期缩短,周期制水量减少,再生次数增多,运行费用升高。另外由于凝结水中氨被混床树脂交换,混床出水pH呈中性,为了防腐蚀需要,还必须在混床出口再次加氨,造成了浪费。为了解决这个问题,提出将混床中RH树脂改为RNH4树脂,即由RNH4和ROH构成混床,此即铵型混床。38四、铵型混床391、铵型混床运行方式40第三阶段混床出水水质与树脂中RNa/RNH4及RCl/ROH比值有关，要想保证混床出水水质，必须提高树脂再生度，再生度应达到混床进（出）水pH所要求的再生度值。从交换反应的平衡关系来看，达到同一出水水质铵型混床比氢型混床要求的树脂再生度要高。铵型混床对树脂再生度的要求，是随进水pH提高而提高。3、铵型混床对转型期水质要求2、铵型混床对树脂再生度的要求41五、提高混床树脂再生度的方法（一）提高混床阴阳树脂分离程度1、中间抽出法422、高塔分离法（Fullsep法）433、锥体分离法（Conesep法）444、惰性树脂法（三层混床）5、三床式和三室床三床式是将混床改为单床，即阳—阴—阳。三室床是将三个单床放在一个容器内，分上、中、下三室，上下装阳树脂，中装阴树脂。由于阴阳树脂完全分开，所以消除了混脂，把交叉污染降为零。457、浓碱分离法（Seprex法）它是用14%-16%的NaOH进行树脂分离，其密度1.17g/cm3刚好在阴阳树脂湿真密度之间，故它分离混脂时将阴树脂浮起，阳树脂沉下达到完全分离的目的。该方法是在阳再生塔中用水分离树脂，并将阴树脂及混脂送入阴再生塔，向其内送入14-16%的浓碱，一方面使阴树脂再生，另一方面使混入阴树脂中阳树脂沉下，上浮的阴树脂送入树脂贮存塔内进行清洗，再与阳树脂混合、正洗、备用。分离出来在阴再生塔底部的少量阳树脂待下一次再生时送入阳再生塔，参加下一次分离。466、二次分离法（二）将分离后混杂的树脂变为无害树脂（三）完善再生工艺47这一类方法中比较好的是钙化法和氨循环法。§4凝结水处理的应用举例在火力发电厂，凝结水处理的应用范围为：（1）直流炉机组；（2）亚临界参数以上的汽包锅炉机组；（3）用海水或苦咸水作冷却水的高压机组及超高压机组；（4）带有间接空冷凝汽器的超高压机组。481、空气擦洗高速混床2、带有供机组起动时使用的前置过滤及空气擦洗高速混床3、前置过滤及混床系统4、三室床或三床式系统（分床式）5、粉末树脂覆盖过滤器（Powdex）49一、常用系统50它是将阴阳树脂制成粉末（30~50µm以下），按一定比例混合，代替覆盖过滤器上纤维素，覆盖在过滤器滤元上，既起过滤作用又起除盐作用，因此可替代混床。这种粉末树脂失效后不能再生利用，爆膜去掉后重新铺膜运行。粉末树脂覆盖层通常由下列材料组成：氢型阳树脂（RH），氨型阳树脂（RNH4），氢氧型树脂（ROH），短纤维。四种材料比例根据需要调节，短纤维作用是增加覆盖层强度，防止覆盖层运行中破裂和脱落。粉末用量及阴阳树脂比例与设备主要作用有关，用于除盐时，阴阳树脂比例1：(2~9)，树脂粉用量0.8~1kg/m2；用于过滤时，阴阳树脂比例1：1，树脂粉用量0.4kg/m2。在运行流速8m/h，覆盖树脂粉层厚3～6mm可运行1～2周，6～10mm厚可运行2～3周。粉末树脂覆盖过滤器在热力系统中多位于系统中120~130℃的高温区，可提高其工作效果。粉末树脂覆盖过滤器（Powdex）二、低压凝结水处理与中