离子交换设备在核电站凝结水精处理系统中的应用.pdf

第3 0卷 第 8期 2 0 0 8年 8月 华 电技 术 Hu a d i a n Te c h n o l o g y V0 1 3 0 No 8 Au g 2 0 0 8 离子交换 设备在核 电站凝 结水精处 理 系统 中的应用 Th e a p p l i c a t i o n o f i r o n e x c h a n g e e q u i p me n t i n c o n d e n s i n g wa t e r fin e t r e a t me n t s y s t e m o f n u c l e a r p o we r p l a n t 沈建永 ， 王正平 ， 胡建 国 S HE N J i a n y o n g ，WANG Z h e n g p i n g，HU J i a n g u o ( 中国华电工程( 集团) 有限公司水处理分公司， 北京 1 0 0 0 4 4 ) ( Wa t e r T r e a t m e n t B r a n c h o f C h i n a H u a d i a n E n g i n e e r i n g C o r p o r a t i o n L i m i t e d ，B e i j i n g 1 0 0 0 4 4 ， C h i n a ) 摘要： 对于百万千瓦等级核电机组的凝结水精处理 ， 因处理水量大， 常规球形离子交换设备不能满足运行 要 求 ， 而采用大直径柱状 高流速 离子 交换设备在 实际工程 中还没有成功运行的案例 ， 结合 实际工程开展 了相 关的课题研 究 ， 并取得 了积极 的成 果。 关键词 ： 百万千瓦等级核 电机组 ； 凝 结水精 处理 ； 离子 交换设备 ； 树脂扰动 中图分类号 ： T K 2 2 3 5 l l 文献标志码 ： B 文章 编号 ： 1 6 7 41 9 5 l ( 2 0 0 8 ) 0 8 0 0 7 3 0 2 Abs t r a c t： Th e n o r ma l s p he ric a l i r o n e x c ha ng e e qu i p me nt c a n n o t s a t i s f y t h e o p e r a t i o n r e q ui r e me n t o f c o nd e ns i ng wa t e r fin e t r e a t me n t i n 1 00 0 MW l e v e l n uc l e a r g e n e r a t i on un i t d ue t o t h e l a r g e wa t e r flo w n e e d e dAn d i n e ng i ne e rin g p r a c t i c e t h e l a r g e d i a m e t e r i r o n e x c h a n g e c o l u mn h a s n o t s u c c e s s o p e r a t i o n i n s t a n c e y e t T h e r e l e v a n t p , o j e c t r e s e a r c h wa s d e v e l o pe d c o mb i n i ng t h e p r a c t i c a l e ng i n e e ring，a nd p o s i t i v e r e s ul t wa s ob t a i ne d 、 Ke y wor ds： l 00 0 MW l e v e l nu c l e a r p o we r g e ne r a t i o n u ni t ；c o nd e n s i ng wa t e r fin e t r e a t me nt i i r on e x c ha ng e e q ui p me nt ；r e s i n t ur b u l e nc e 0 引言 根据 国家节能环保政策 ， 大力发展核电和大容 量 、 高参数火力发 电机组 是 电力行业 的发展趋 势。 2 0 0 3年以来 ， 火 电新建机组多为 6 0 0 MW 超临界及 1 0 0 0 M W 超超临界参数机组 ， 凝结水量 和水汽品质 要求愈来愈高 ， 目前 ， 凝结水精处理离子交换设备都 为球形容器设备。 目前， 国内大亚湾核电一期 、 岭澳核电一期百万 千瓦级机组的凝结水精处理系统为全套引进国外的 技术和设备 ， 其采用 的 D N 3 8 0 0 m m柱状离子交换设 备在运行 中暴露了明显 的技术缺陷， 系统 出水水质 不能得到保证 ( 主要表现在硫酸根严重超标 ) ， 整套 系统只能在机组启动时短时间运行 。中国华 电工程 ( 集团) 有限公 司( 以下 简称 华 电工程 ) 根据 1 0 0 0 MW 核电机组凝结水精处理的技术条件 ， 结合行业 收稿 日期 ： 2 0 0 8 0 52 1 基金项 目： 中国华 电集团科技创新基金 ( C HD 2 0 0 7 1 21 2 2) 同类设备运行状况 ， 为解决现有百万千瓦级核电机 组凝结水精处理系统存在的再生频繁 、 水质波动 、 树 脂扰动等问题 ， 开展了相关课题 的研究 ， 以期研制出 能稳定运行 的大直径 、 柱体 、 高流速水处理设备 。 1 主要技术难 点 核电百万千瓦级机组 的凝结水精处理水量 ： 单 台机组额定出力一般在 3 7 1 6 t h ， 最大为 3 8 6 0 t h 。 比常规百万千瓦级火电机组 的凝结水精处理水量要 大得多 ， 球形容器设备不能满足系统运行的要求 ， 需 要采用能装填更多树脂 的柱状容器设备 ， 但 目前采 用柱状容器设备还没有成功运行 的案例 ， 该设备的 制造成为该项 目的技术难点。 2 采取的措施 根据现有核电凝结水精处理运行经验， 目前普 遍认同硫酸根偏高是水质超标 的主要原因， 中国华 电工程 ( 集团) 有限公 司( 以下简称华 电工程 ) 采用 配 水均匀 的大直径 、 柱状 、 高流速离子交换设备 ， 并 维普资讯 7 4 华 电技 术 第 3 0卷 辅以“ F i n e s e p高塔法分离技术” 进行解决 。华 电工 程的“ F i n e s e p高塔法分离技术”已在 国内上 百台机 组上获得应用， 技术 相 当成熟 ， 闪此 ， 研制生产 出 大直径 、 柱状 、 高流速离子交换设备成为技术攻关的 关 键 。 针对 口前水处理行, Ik 的离子交换设备普遍采用 母支管和多孔板布水方式 ， 经过调查研究和数模试 验， 确定采用多孔板布水方式 。 以往采刖的布水多孔板是拼装式多孔板 ， 这种 布水多孔板由于制造 、 安装精度的因素易造成布水 不均 ， 影响制水质最币 剧期 ； 华电上程 自行开发 r一 种新型布水板， 配置华电工程研制的布水器产品， 组 成一种独特的布水装置 ， 应用于 陔设备? 为得到最优布水器的布置方式， 通过数模试验 ， 选择 了2种最优结果的布水方式。 对 D N 3 8 0 0 m m与 I ) N 3 2 0 0 m m大直径 、 柱状 、 高流速离子交换设备 2种 案的技术 比较 ， 确定采 用 D N 3 2 0 0 I l l ll l 的 离子 交换 设备。 数模 试验的结果表明， 这 2种类型的离子交换 设备皆可以满足系统运， 彳的要求 ， 但在现有技术条 件下 ， D N 3 2 0 0 m i l l 离子交换设备的配水均匀性要明 显好于 D N 3 8 0 0 f l l l l l 离子交换设 备。D N 3 8 0 0 f l l f l l 离子交换设备单台设备的处理量大 、 装填树脂量大 ， 但在同等层高条件下， 树脂利用率低 ， 为保证其出 水水质满足要求 ， 保护层要厚。乃外 ， 该直径的容器 制作复杂 ， 制造水平要求高 ， 设备运输 、 安装、 检修 、 维护相对困难 ， 之 套的辅助设备( 树脂捕捉器 、 再循环泵 ) 、 阀门及管道较大 ， 运行 的灵活性较差 ， 进 、 出水布水均匀性很难得 到保 汪( 在大 湾核 电 一 期 、 岭澳核电一期的实际运行中效果都不理想 ) 。 D N 3 2 0 0 f l l f l l 离子交换设备 ， 其制造 、 布水均匀性均 能得到保证， 运行灵活性强 ， 树脂利用率高。在占地 面积方面 ， 采用 D N 3 8 0 0 m m和 D N 3 2 0 0 mm离子交 换设备差不多， 故采用 D N 3 2 0 0 m m的离子交换设 备相对优越。 为验证数模试验结果， 得到接近运行工况下的 实际效果 ， 制造了一套与实际应用设备同样规格大 小的试验装置， 在相关参数下进行模拟试验 ， 通过总 结试验数据 ， 调整布水装置以及水垫层高度等参数 ， 最终确定了最优的设备结构参数。 3 主要技术指标 直径 3 2 0 0m n l 的 丰 罐 ， 单台设备出力大于 7 0 0 t h ， 最大可达 1 0 0 0 t h 。运行阻力小 ， 布水均匀( 无 偏流 、 紊流 ) ， 最大程度地解决 了树脂的磨 损， 提 高 了树脂利用率， 确保制水品质， 延 K了制水周期。 4 与 国内同类技术 比较 在常规火电厂大容量机组 的凝结水精处理系统 中， 通常采用 D N 3 0 0 0 f l l f l l 或 D N 3 2 0 0 f l l f l l 球状罐 体 ， 限于球体本 身的曲线 ， 它的流动性 能要 于柱 罐， 装填的离子交换树脂利用率也很低， 这在一定程 度上影响了制水周期和制水质鞋。 大亚湾核 电一期 、 岭澳核 电一期采用的是 D N 3 8 0 0 f l l f l l 的柱状罐体 ， 由于布水不均等设备缺陷， 存 实际运行巾树脂扰动严重， 造成树脂磨损和破碎 ， 破 碎树脂以及树脂粉末泄漏至二回路， 导致硫酸根超标。 5 取得的成 果 “ 大直径 、 柱状 、 高流速离 子交换设备” 通 过数 模研究 ， 并进行 D N 3 2 0 0 f l l f l l 全尺寸模拟试验 ， 设备 布水均 匀性完 伞满 足 设计 要求 ； 该成 果 把蝶 形 板 和 固定式多孔板水帽布水方式首次应用于大直 柱罐 中， 并对水帽缝 隙、 水帽布置方式等进， 彳了优化， 解 决了高流速下大直径离子交换设备运行时的紊流 、 偏流等造成的树脂扰动问题， 有利于没备稳定运行； 该成果的柱状结构具备灵活的水垫层配置以及最大 的交换层利用率 ， 提商了制水周期。 6 结束语 该设备使用特殊设计的多孔板布水结构 、 合适 的水垫层高度以及高出力的大直径柱罐 ， 取得了高 流速下 良好的运行效果， 满足大容量机组 ( 超临界 或超超临界机组 ) 和核电领域大水量凝结水精处理 的运行要求。目前 ， 该设备将运用于岭澳核电二期 的凝结水精处理站项 目中。 该设备配水效果稳定 ， 将从根本上消除配水不 均匀的技术缺陷导致的制