1、珠海電廠凝結水精處理系統(tǒng)淺析陸瑞源（廣東省粵電集團公司珠海發(fā)電廠廣東省 珠海 519050）摘要：對珠海電廠一期工程由美國GRAVER WATER公司提供的中壓凝結水精處理系統(tǒng)的設計、設備、再生和輸送步驟的特點進行分析，并結合實際運行中出現(xiàn)的問題進行討論，提出了運行優(yōu)化措施。關鍵詞：電廠化學；凝結水精處理；樹脂再生；周期制水量1引言現(xiàn)代大型火力發(fā)電廠中，需要大量高純水作為鍋爐給水。凝結水精處理系統(tǒng)，對目前國內機組而言，是更為重要的一個輔助系統(tǒng)。大容量、高參數(shù)發(fā)電廠設置凝結水精處理系統(tǒng)，無論從防止受熱面和汽輪機腐蝕結垢，還是防止凝汽器泄漏，保證機組安全運行來說都是必要的。本文試圖從珠海電廠凝結水

2、精處理系統(tǒng)流程、布置方面介紹這種工藝，針對其工藝的獨到之處作出分析，并結合實際運行中出現(xiàn)的問題進行討論。2系統(tǒng)工藝概述珠海電廠首期2700MW進口機組的凝結水精處理設備是由美國GRAVER WATER水處理公司生產(chǎn)制造的,設計正常流量是763m3/h,最大出力是842m3/h，系統(tǒng)壓差是345kpa。允許凝結水精除鹽床體的最高運行溫度是46ºC 。系統(tǒng)設有3臺體外再生高速混床，機組正常運行情況下，兩臺混床運行，一臺備用，每臺床體處理流量是凝結水流量大50%。精處理系統(tǒng)設有旁路閥，當溫度、壓差超過設定值，或者少于兩臺混床運行，系統(tǒng)旁路閥自動打開以便保護精處理混床設備和樹脂，保證機組的安

3、全運行。當運行混床出現(xiàn)流量積算達標、電導率、Na+及SiO2含量超標時需把備用的混床投入運行，再把失效樹脂送到再生系統(tǒng)進行體外再生操作。運行混床所用的陰、陽樹脂體積比為1：1，陰陽樹脂體積為均為4162L。樹脂型號是陽樹脂DOW AMBERJET 1500-H，陰樹脂DOW AMBERJET 4000-CL。配套的常壓三塔體外再生系統(tǒng)，由樹脂再生分離/陰樹脂再生罐、陽樹脂再生罐、混合存儲罐以及與之配套的酸堿系統(tǒng)廢水排放系統(tǒng)等組成。3樹脂輸送、再生分離流程輸送程序分兩部分，失效樹脂首先通過水、氣方式從運行混床輸送到再生分離/陰樹脂罐，然后進行輸送程序的下部分，即將混合存儲罐內的備用樹脂輸送至運行

4、混床。失效樹脂在再生分離/陰樹脂罐內經(jīng)過多次壓縮氣體擦洗和水力分層后靠水力將罐底的陽樹脂通過輸送管送至陽樹脂再生罐，輸送管道陰陽樹脂界面被檢測到時，輸送停止，分離界面的混脂保留在輸送管道內。陽再生罐陽樹脂用30%的HCl再生，再生液濃度為8%；再生分離/陰樹脂罐內陰樹脂用50%NaOH再生，再生液濃度4%。陽樹脂首先被輸送至混合存儲罐，此時陽再生罐子內會殘余一部分樹脂；另外，陰樹脂在用氫氧化鈉再生后，也將被輸送到混合存儲罐內，而極少量陽樹脂轉型為比重大的鈉型樹脂，沉降在床的底部，作為殘余樹脂。陰陽樹脂在混合存儲罐內經(jīng)混合后存儲備用。同時回收輸送管道內的混脂和輸送陽床中的剩余陽樹脂回陰樹脂再生罐

5、。4工藝分析要使高速混床出水水質達到高純度，并延長運行周期，除了選用高質量的凝結水精處理均粒樹脂、控制精處理混床的進水水質、提高再生劑的純度外，關鍵是要選擇合適的再生設備和設計合理的再生程序，為此在設計和應用過程中盡可能解決好一下幾個問題：陰陽樹脂在每次再生前都能做到最有效的分離。使已分離的樹脂達到最徹底的再生，且經(jīng)濟上也是合理的。對已再生好的樹脂充分淋洗，去除殘余再生液體。樹脂再生好后應注重陰、陽樹脂的混合，并盡量降低送入運行床過程中出現(xiàn)的二次分離的可能性。下面就GRAVER WATER公司提供的設備和再生程序加以闡述。4.1樹脂的有效分離在凝結水精處理系統(tǒng)中，影響混床出水水質、運行周期的諸

6、多因素中，樹脂再生采用的方法和具體操作步驟是最主要的，而再生步驟中尤以樹脂分離最為復雜，也是最為關鍵，目前各廠家在采用優(yōu)質均粒樹脂的同時，十分注重樹脂的分離技術，傳統(tǒng)使用較為廣泛的是“水力二次分離的機械分離法”，GRAVER WATER也是采用這種思想，這里有許多值得我們學習和借鑒的地方，列舉如下：4.1.1高塔設計再生分離/陰樹脂罐采用傳統(tǒng)大直筒式結構，頂部為倒置的圓臺型，垂直高度為6096mm，筒體直徑為2134mm。該設計使樹脂分離時有足夠大反洗空間，保證陰、陽樹脂的分離徹底。在樹脂膨脹率提高的同時，也有利與運行過程中粘附在樹脂表面的金屬氧化物等污染物和樹脂碎屑的去除。 同時，細長大筒身

7、能使陰陽混合樹脂交界面積變小，減少了混合樹脂的體積，有效地降低了樹脂污染大可能性。4.1.2兩步分離工藝在樹脂分離這一步上與傳統(tǒng)的分離方法比較，GRAVER WATER公司似乎考慮得更周到，分離分兩步，在調試設定好的反洗流量下，陰陽樹脂逐步分離，均勻沉降，可達到初步的分離效果。第一次分離會發(fā)出報警，操作員認為樹脂已分離完全，跳至分離二，否則重復分離。分離二是進一步的分離，這時的反洗流速會有所降低，使樹脂層平穩(wěn)沉降，減少了分離一因水流的擾動而造成的小顆粒陽樹脂被水流慘帶入上部大陰樹脂層中。因此，二次分離降低流速就顯得十分科學，也非常有效。4.1.3陰、陽樹脂的徹底分離傳統(tǒng)的樹脂的分離技術是水力二

8、次分離的機械分離、中間層樹脂層抽出法，樹脂分層后將陰樹脂送至陰樹脂再生塔，陽樹脂送至陽樹脂再生塔及混和塔，這時分離塔內仍保留定量陰、陽樹脂界面層的混合樹脂HEEL RESIN，也叫安全分離樹脂。但陰樹脂出口管的位置是固定的，如果送出的陽樹脂量偏小了，等下一套樹脂分離結束后，陰、陽樹脂界面層就自然上移，這時輸送陰樹脂時就會使送至于陰樹脂再生塔的陰樹脂內夾有部分陽樹脂，引起交叉污染。再生結束后，這部分陽樹脂以RNa型存在，嚴重影響混床出水水質和運行周期。GRAVER WATER公司采用先將陽樹脂從底部送至陽再生罐的方法，在輸送管道設了兩個電導監(jiān)測裝置，它是由電導電極與相關放大電路組成。其原理是根據(jù)

9、陰陽樹脂與水混合的體電阻不同，一般來說陽樹脂的水溶電阻率較低，而陰樹脂電阻率較高，因而通過檢測陰陽樹脂界面處的水溶液電導變化即能準確判斷陰陽樹脂界面。當分離罐下部的陽樹脂緩緩輸出，分離界面平穩(wěn)下降，實踐觀查樹脂幾乎不晃動，當表面探測器探測到陰陽樹脂界面，即發(fā)出相應的動作指令，控制有關的執(zhí)行機構如氣動閥門等動作，停止輸送陽樹脂至陽再生罐。這部分界面混合樹脂先留在該管道上，當陰陽樹脂分別送至混床后，就回收這部分樹脂到陰再生罐。這種設計的優(yōu)點是保證了每套陽樹脂的數(shù)量不會發(fā)生變化。陰床的底部構造制約了樹脂的完全輸送，加上實際應用中對界面樹脂的檢測存在有一定的測量誤差，將不可避免地會有極少量陰樹脂被送至

10、陽再生罐，GRAVER WATER公司精心設計，在陽樹脂再生罐上設置了光電式液開關，保證殘余一部分樹脂，避免交叉污染。當陰樹脂送至混床后，就回收這部分樹脂到陰再生罐。4.2優(yōu)化樹脂的酸、堿再生在樹脂的酸、堿再生工藝上，國內同類型的精處理設備是大致接近的，GRAVER WATER公司的產(chǎn)品還是有一些設計獨特、新穎的地方值得介紹的。我們知道，陽樹脂能處理凝結水的遠遠大于陰樹脂的量，所以實際運行過程中按陽樹脂的交換終點來控制精處理運行床的周期制水量，這就對陽樹脂再生程序有著更高的要求。GRAVER WATER在陽樹脂進酸前，設了反洗、空氣擦洗步驟。比起在分離罐，陽樹脂得到了更多的反洗、擦洗空間，自然

11、效果更好，這一步驟的設置，使陽樹脂再生的質量得到明顯提高。在陰樹脂再生沖洗中，設置了一臺堿循環(huán)泵進行邊循環(huán)沖洗邊排放，很好地利用了沖洗水。其實堿循環(huán)泵的設置主要目的不是考慮這普通再生的，在另一個濃堿再生程序中，堿循環(huán)泵是用作循環(huán)再生過堿液和增加樹脂與再生液體的接觸時間來達到減少堿耗的目的。再生好的陰陽樹脂在進行混脂前進行充分地淋洗，以免混脂時發(fā)生樹脂的“混合污染”。所謂“混合污染”，是指一種樹脂所攜帶的再生殘液對另一種樹脂造成的污染，如陽樹脂所攜帶殘余液的Cl-可能會對陰樹脂造成污染；陰樹脂所攜帶堿液體的Na+可能對陽樹脂造成污染。因此混脂前應進行充分淋洗，控制淋洗結束出水電導率小于1

12、1;s/cm，根據(jù)再生經(jīng)驗，混合前陰陽樹脂淋洗較完全，可大大減少混合后的淋洗的時間和用水量。另外，再生程序設置了濃堿再生法?！皾鈮A法”是GRAVERWATER公司所創(chuàng)立的。陰樹脂再生時，向陰樹脂再生罐注入高濃度的氫氧化鈉（16%），高濃度的堿和有機樹脂的密度差使陰樹脂漂浮在上，而夾雜的陽樹脂則沉于底部，然后進行堿循環(huán)沖洗，最后送至混床與陽樹脂混合。濃堿分離法的最大優(yōu)點是它可以時陰、陽樹脂不分顆粒度，徹底分離，補充了水力分離的不足和克服“交叉”污染。但是它也有主要缺點，就是加速樹脂的疲勞破壞。平時在對再生分離要求不高的情況下，一般是不采用此方法的。4.3樹脂的充分混合、清洗和輸送樹脂的混合與輸送

13、也直接影響到凝結水精處理裝置的運行效果，由于陰陽樹脂混合不均勻而引起的混床出水惡化的事例在我國凝結水精處理應用中已有很多。針對這個問題的設計中，這里也有一些地方值得介紹。在陰、陽樹脂混合的步驟中，在進水后，首先進行加壓排水樹脂表面上部150mm，然后才開啟羅茨風機，充分攪動樹脂層，以求達到良好的混合效果，這樣就避免了高液位進氣攪拌時出現(xiàn)的樹脂分層現(xiàn)象。同時，采用一邊攪拌一邊進行排水，在水位下降的同時，混合良好的樹脂層也沉積下來，避免了樹脂在沉降過程中產(chǎn)生的二次分層。在沖洗前設置了慢速和快速進水。前面已經(jīng)混合良好的樹脂，先進行慢速進水18min，以防水流過大擾亂樹脂。然后才進行快速進水。經(jīng)過充分

14、混合后進行正洗，僅需要10min就滿足出水電率0.1µs/cm的要求了。再生中送脂步驟的最后，從前后兩個不同的方向對床體出口管道的樹脂進行徹底沖洗，以確保不再出現(xiàn)因管段內留有死角或盲點造成樹脂滯留，這也是以防長時間運行后造成每套樹脂不均勻的好方法。實踐運行經(jīng)驗表明，即使在混床內樹脂混合清洗效果很好，但由于樹脂從混床送往運行床過程中沒有控制好進水的時間和流量，使陰陽樹脂在輸送過程中出現(xiàn)二次分離，影響運行出水水質。這里先采用壓縮空氣，再水氣合送，隨后混床上下同時進水送脂，較好地解決了二次分層的問題。在樹脂從運行混床輸送至再生分離罐程序中，設置多次輸送循環(huán)。球形混床的底板是水平設置的，底板

15、與床體的交接處可能會有樹脂輸送的死區(qū)，如果有部分失效樹脂遺留下來，必將影響下一床樹脂的出水水質。在樹脂從運行混床輸送至再生分離罐程序中，設置多次輸送循環(huán)，保證失效樹脂的完全輸送。5精處理運行狀況的分析及優(yōu)化珠海電廠1、2號機組的精處理設備在調試期間和電廠代管后的運行過程中，系統(tǒng)運行參數(shù)穩(wěn)定，給水質量完全符合設計要求。目前機組精處理系統(tǒng)的運行混床周期制水量設定為149Km3,按每臺床體842m3/h的凝結水流量計算，可正常運行7天。在投運前幾年系統(tǒng)運行參數(shù)穩(wěn)定，出水質量也符合設計要求，其性能是優(yōu)越的。運行過程中我們發(fā)現(xiàn)，有個別床樹脂出現(xiàn)流量積數(shù)沒到設定值時，出水Na+、pH、電導率就超標，甚至到

16、了一半樹脂就失效。這將破壞了正常的再生輸送工作，明顯增加了操作員的工作量，同時也影響到機組的水質穩(wěn)定。這種情況的出現(xiàn)也是正常的，因為精處理混床樹脂已投運8年了，由于離子交換樹脂通過較長時間的運行和再生，樹脂的交聯(lián)度下降，含水率上升。體現(xiàn)在實際應用中破碎率增加，工作交換容量下降。若更換樹脂，可恢復到原來的工作交換容量，相應的運行混床周期制水量上升。操作員的工作量可減少。但需花費一筆樹脂的更換費用。進一步分析，我們可以通過降低凝結水的pH值，減少精處理運行混床入口的NH4+濃度。因為凝結水中雜質離子的濃度很小，陽離子最主要的成份是NH4?？梢酝ㄟ^減少熱力系統(tǒng)的氨量來降低凝結水的pH值，同時不造成給

17、水、爐水、主汽熱力系統(tǒng)的酸腐蝕現(xiàn)象出現(xiàn)。假如，凝結水的pH值從9.5下降到9.2。則根據(jù)氨水的電離平衡方程式，計算出凝結水中NH4+濃度將是原來的1/4，在樹脂工作交換容量不變的條件下，周期制水量將是原來的4倍，這項工作只要作較少的變動即可收到很好的效益，實施起來也比較方便。還有，要做好樹脂再生、輸送工作，嚴格執(zhí)行廠家操作手冊規(guī)定的再生、輸送程序里的要求和注意事項，其中值得注意的是，樹脂反洗分離、混合時如果控制不好，會出現(xiàn)跑樹脂，將使陰陽樹脂配比不均衡，這也是導致運行周期制水量下降的一個因素。同時必須做好設備的維護工作，如果混床尚未失效，而機組因故長期停運，在這種情況下，最好對尚未失效的樹脂加以再生，以保護樹脂免收懸浮物、細菌的侵蝕，并為下一次精處鹽混床的投運作必要的準備。另外，再生時，應注意破碎樹脂顆粒、粉沫的排放。細碎的樹脂往往是造成樹脂再生時污染的原因。如細碎陽樹脂漂浮在陰樹脂層，將造成運行時床體漏鈉。因運行床進出口壓差高以及樹脂輸送時磨損等原因造成的樹脂粉末，可以通過樹脂在陰