如何提高凝结水精处理系统运行效率薛松乾

如何提高凝结水精处理系统运行效率薛松乾

薛松乾

(国网新疆电力有限公司电力科学研究院乌鲁木齐830011)

摘要：讨论凝结水精处理系统在机组启动阶段投运后的效果、高塔分离再生系统、树脂再生的分离和混合、混床的氨化运行及试运中应注意的事项。

关键词：精处理；再生；氨化

概述:凝结水精处理装置是亚临界参数及以上发电机组的重要辅助设备。我国目前设计的亚临界及以上机组凝结水精处理系统是标配系统。新疆某电厂三期2×300MW亚临界机组配置了高塔再生的凝结水精处理系统，从机组整套试运看凝结水精处理系统对启动阶段和凝结水恶化时改善水汽品质发挥了很好的作用。本文就如何提高凝结水精处理系统运行效率进行讨论。

1提高树脂的再生效果

凝结水精处理系统树脂均采用体外再生方式，再生效果的好坏直接影响树脂投入运行后的出水质量，除再生剂质量、再生水平外，阴阳树脂的分离和再生后的树脂混合对出水水质乃至以后的氨化运行起到再生成败的作用。

1)提高树脂的分离措施

失效后树脂分离好坏是保证再生后树脂中H型和OH型含量的前提。如果是阳树脂中混有一定量的阴树脂，则这部分阴树脂将被再生成Cl型，而这部分Cl型树脂在阴、阳树脂完全混合后必然对阴离子的交换平衡产生影响。同理，如果阴树脂中有混有一定量的阳树脂，则这部分阳树脂被再生成Na型，这些混杂的树脂必然对树脂的交换平衡产生影响。因此完全分离是提高树脂再生度的基本条件。

高塔再生系统中，高塔就是指树脂分离罐，这个分离罐设计独特。分离罐下部是一个长且直的筒体，直径仅1．3m，上部是一个直径2．1m的锥形筒形，上大下小。这种设计有利于形成反洗时均匀的柱状流动，反洗、沉降及输送树脂时，可控制内部搅动减小到最小，罐内没有会产生搅动及使分离失常的中间集管装置。将分离罐的横截面减到最小，可以优化高度与直径的比例，并使树脂交叉污染区的容积减小到较小。分离塔中阴阳树脂过渡区较高，一般为1m，分离过程中通过控制反洗流量可控制分离效果，能最大限度地减少待再生树脂的交叉污染。分离塔内通过分别输出阴树脂及阳树脂，最后留下混脂层，输送过程中要控制混脂层稳定不发生搅动，可最大限度减小了交叉污染。因此，对于高塔分离设备在分离中控制好反洗流量、阴阳树脂输送数量可为下步取得完全再生打下基础。

2)树脂充分混合的措施

为增加阴阳树脂的分离效果，在树脂的制造工艺上一般通过增大阴、阳树脂的粒度和密度差来增加树脂在分离塔的分离效果，减小交叉污染。这样，树脂的分离效果改善了，但树脂的混合效果却变差了，致使树脂输送至高速混床内出现：上层阴树脂多，下层阳树脂多的现象。

这样当高速混床上层的阳树脂含量少，其H型阳树脂很快被氨消耗而失效，于是，上层的阴树脂处于碱性条件下工作。由于阴树脂的交换反应：

C1-+ROH=RCl+0H-（1）

是一个可逆反应。在碱性溶液中OH-浓度较大，平衡会向左移动，会使树脂中已交换的C1-向水中释放，引起凝结水中的C1-浓度增大。所以，在加了NH3的凝结水通过高速混床的阴树脂时。不但没有交换去除凝结水中的C1-，相反，凝结水中的OH-会将树脂相中的Cl型树脂中的C1-交换释放出来，OH型树脂含量增大。高速混床下层阴树脂量较少，虽然此时处于中性条件下运行，容易去除凝结水中的C1-，但需截获交换的C1-量也较大，所以阴树脂中的Cl型树脂含量增加很快，并很快失去进一步去除水中C1-的能力。

这样，当下层阳树脂还有足够的容量把水中的阳离子交换为H+，而阴树脂却不能去除由上层来的水中较多的C1-时，高速混床就会泄漏微量的HCl，虽然浓度很低，进入锅炉后不断发生浓缩，使炉水pH值下降。

因此必须重视再生后树脂的混合，使之完全混合；若阴阳树脂混合后冲洗阶段排水电导率降不下来，要重新进行搅拌混合；树脂在混合搅拌前，阳再生罐的水位一定要放至树脂上沿500-650mm处；在树脂向混床输送时，要保持混床比较低的水位，防止树脂到混床后重新分层。

2高速混床的氨化运行

300MW发电机组的给水采用氨—联氨联合挥发性碱性处理工艺,氨被用来作为调节锅炉给水的化学处理药品,机组全铁材质给水的ｐＨ值控制在9.0～９.5,被处理凝结水的pH值一般为９.０左右,凝结水中的氨含量可达到0.4～0.9ｍｇ／L。在正常运行工况下凝结水中的氨离子为氢型阳树脂的主要交换离子,如果以氨离子穿透为失效终点，则树脂需频繁再生，因此精处理混床必须氨化运行。

1)混床树脂的氨化

混床中氢型和氢氧型树脂与水中氨离子和其它离子交换反应式如下：（阳离子用“M”表示，阴离子用“N”表示）

Ｒ-Ｈ+ＮＨ４+＝Ｒ-ＮＨ４+Ｈ+(2)

Ｒ-Ｈ+Ｍ+＝Ｒ-Ｍ+Ｈ+(3)

Ｒ-ＯＨ+N-＝Ｒ-N+ＯＨ-(4)

Ｈ++ＯＨ-＝Ｈ２Ｏ(5)

混床先H/OH型运行中实行逐步进入氨化，如系统进水水质不超过表1正常运行状态时的进水水质，按连续运行一个氨化运行周期内，混床H/OH运行周期≥7天，氨穿透阶段运行周期（ｐＨ由6.0上升至8.5）≥1天，其后完全氨化后按ＮＨ４/OH型运行期≥35天。正常运行周期为35～50天，最高达70天。整个制水周期内出水水质能达到电导率<0.15μs/cm、钠<5μg/L、二氧化硅<15μg/L，周期制水量可达30～35万m3，在水质继续好转后在正常运行状况下可以达40万m3。

2)氨化后树脂交换的分析

氢型阳树脂经氨化后,进水中的铵离子不会再交换掉,但外来的杂质离子,诸如钠离子、钙离子（用"Ｍ"表示）,仍可以被树脂吸收掉,反应式如下:

Ｒ-ＮＨ４+Ｍ+＝Ｒ-Ｍ+ＮＨ４+(6)

Ｒ-ＯＨ+N-＝Ｒ-N+ＯＨ-(7)

ＯＨ-+ＮＨ４+＝ＮＨ３•Ｈ２Ｏ(8)

由于氨离子和钠离子对氢型树脂的选择性相对钙离子来说差别比较小（选择性系数KNa=1.6;KＮＨ４=2.0;KCa=4.1）,当凝结水中泄漏量增大后杂质量增加，精处理出水水质会变差，严重时出水水质达不到标准；当凝结水泄漏量减小，精处理出水水质又会变好。但氨化运行后期，阳树脂中钠型树脂量增多后，凝结水中杂质量变大时，精处理出水水质超标，就要退出运行，进行再生。

3)氨化运行对树脂的要求

混床树脂因氨化运行的特殊性，要求树脂有较高的工作交换容量。而树脂的交换容量取决于以下３个条件:

（１）在实际运行过程中其失效终点的判定;

（２）树脂的再生程度,对同一树脂是一个定数;

（３）树脂的交联程度,它在树脂的制造过程中就已确定,相对来说它是一个不变的参数,只会随着运行时间的延长或运行条件的恶化而降解。

从上面三个条件可以看出，决定树脂的交换容量，取决于树脂的工艺和生产质量。目前国外生产的均粒树脂可以满足要求，从玛电精处理运行看，混床更换为进口均粒树脂后，氨化运行出水钠含量在0.5微克/升以下，也不易受凝结水水质的变化，而影响出水水质。

4)混床氨化运行注意事项

混床树脂的氨化要在运行中逐渐交换凝结水中的氨离子，不能通过精处理前的加氨装置加氨，来加速树脂氨化，这样易使混床运行时间缩短。此外还要保证混床运行的连续性，机组正常运行中不要任意退出精处理，也不能只在机组启动或凝结水恶劣情况下投运精处理，这样树脂不仅铵化效果不好，氨化运行后出水水质也不能保证。

因此，凝结水精处理系统，由H/OH型混床运行至有ＮＨ４+泄漏时，可继续按ＮＨ４/OH型混床运行。这样延长了制水周期，增大了周期制水量，减少了水汽系统的加氨量，降低了再生树脂的人力消耗和酸碱消耗；对精处理出水水质要求较高时，应选用进口均粒树脂。

3精处理启动中注意的问题

1)高速混床底部水帽的检查

高速混床底部出水装置为间隙0.2-0.25mm绕丝水帽，这是防止树脂在运行中漏出到树脂捕捉器或给水系统，影响精处理运行或造成树脂进入锅炉后分解为有机物。目前大部分精处理生产厂家的水帽为外购产品，产品质量参差不齐。因此在混床投入运行前，应仔细检查绕丝水帽缝隙，将不合格水帽更换，防止混床运行后，树脂漏出。

2)罗茨风机冷却水问题

目前一些厂家在设计精处理再生系统时为节约成本，选用了无冷却水装置的罗茨风机，致使罗茨风机启动后运行几分钟后出口风温可达90℃甚至更高，这在树脂清洗和在树脂混合阶段很容易损坏树脂，夏季再生时，在这个步序要监视罗茨风机出口风温，如果再生罐底部温度升高显著时，要停止再生待温度降低后，再继续进行。因此对这类的罗茨风机要更换有冷却水装置，或增加贮气罐改用压缩空气气源代替罗茨风机。

4结论与建议

为保证凝结水精处理装置尽早投运和保证出水水质、氨化运行，应做好下面工作。

1)对凝结水精处理装置在整套试运前应做好投入运行的准备工作，要尽快投入运行，可使热力系统水汽品质尽早达到标准；

2)树脂再生中确保阴阳树脂完全分离和充分混合，是精处理运行后提高出水水质和氨化运行的关键步骤。

3)高速混床的氨化运行可以延长制水周期，降低人力和物力消耗。

参考资料:

[1]李培元主编：《火力发电厂水处理及水质控制》

[2]陈志和主编：《电厂化学设备及系统》