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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 1 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 2 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 2 S cm 即使电导率小于0 1 S 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 3 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 4 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 5 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 5 m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 6 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 7 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 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 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 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 8 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 9 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 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 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 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 增加了树脂输送 再生和贮存设备 管道长 树脂流失及磨损率大 10 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 1 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 11 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 12 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 13 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10 g L 20 g 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400 g 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 进入混床的水的含铁量较上述规定高得多 以致使混床擦洗过频 因此 国产超临界机组的凝结水处理以设置前置过滤器为妥 前置过滤器在起动时使用 可缩短起动时间 减少排放量 在机组出现异常水质时 也可确保水质合格 前置过滤器一般从国外进口 国外一般采用化学纤维线绕管式过滤器较多 该过滤器在低压和中压下均可使用 能去除水中1 m 25 m的悬浮颗粒 14 3凝结水混床的运行型式及再生工艺 1 超临界机组凝结水混床应考虑采用氨型方式运行 因为超临界机组对热力系统的防腐有更高的要求 当采用全挥发处理时 给水pH控制在9 5 9 6对抑制铁的腐蚀较为理想 如凝结水混床以氢型运行 制水周期将大为缩短 致使混床再生频繁 耗用再生剂增多 而混床出口又需加氨提高pH 这很不经济 以氨型运行 制水周期可大大延长 混床进出口pH和含氨量相同 国外多采用此型式运行 氨型混床的条件是树脂再生度高 凝汽器必须严密 2 氨型混床必须采用有效的阳 阴树脂分离措施 保证树脂达到较高的再生度 可选用的工艺很多 如石横电厂的分离塔法 望亭电厂的惰性树脂法 元宝山电厂的氨化法 石洞口电厂的浮选分离法等 15 4 4600MW超临界机组凝结水精处理实例 1系统及设备简介每台机组有三台 3000空气擦洗体外再生高速混床 两台运行 一台备用 及一套体外再生设备 无前置过滤器 具有处理100 凝结水流量的能力 有最大100 凝结水量的旁路管 当压差或凝结水温度超过设定值时 旁路阀自动打开并报警 单元机组单用一套凝结水精处理系统 系统设备规范如表4 4 1所示 系统设备和酸 碱计量箱 计量泵 体外再生设备布置在汽机房底层 酸 碱贮存箱和输送泵布置在水处理室 600MW凝结水精处理设备规范 16 2水质控制指标水质控制指标如表4 4 2所示 机组在启动时 精除盐装置有明显的降低浊度 去除Fe Na SiO2的作用 该厂2号机组在正常运行时 精除盐装置可以达到下列指标 电导率0 08 S cm左右 Na 为1 g L左右 SiO2为2 g L左右 Fe 5 g L Cl 为0 8 2 g L SO42 为0 8 1 5 g L 表4 4 2600MW机组凝结水精除盐水质控制指标 17 3 再生工艺为保证出水质量 防止阳 阴树脂的交叉污染 GRAVER公司在设计中提出了两种再生工艺 二次分离工艺 也叫氢循环法 和 Seprex 法 即浓碱分离法或浮洗法 在二次分离法 氢循环法 中 第一步是将失效的混合树脂在阳再生塔内初步完成阳 阴树脂的分离 将阴树脂水力输送到阴再生塔 第二步 夹带进阴再生塔内的阳树脂与阴树脂因比重之差进一步水力分离 阳树脂深入底部 在设计中已留有一定高度以沉积分离出来的阳树脂 如夹带太多 超过高度则多余的阳树脂从底部输送到阳再生塔 在这二次分离法中 全靠水力利用阳 阴树脂比重差进行分离 而在 Seprex 法中 则是利用再生剂本身的比重 使之恰好介于阳 阴树脂的比重之间 形成阴树脂上浮 阳树脂下沉 中间被厚度为130 150mm的8 16 碱液所分开 可把阳树脂及其细粒彻底从阴树脂中分离出来 这是一种静态分层法 是避免混床再生中阳 阴树脂交叉污染的有效方法 Seprex 法再生一次需16h 采用二次分离法再生一次需8h 精除盐装置采用HCI和高纯NaOH 膜法生产 再生 由于再生系统不能将阴树脂再生完全 目前树脂再生度达不到氨型运行的要求 因而只能氢型运行 当氨穿透时 精除盐装置出水Cl 和Na 含量就上升 该除盐装置就得撤出运行 由于系统pH达9 4 所以精除盐运行周期仅7 10天 周期制水量约150000m3 为了使阳 阴树脂的分离更完全 由电厂做了部分改进 即将阳再生塔上部的阴树脂引出管加高 18 4 5600MW亚临界汽包炉凝结水精处理实例 凝结水处理系统由混合床系统 体外再生系统 自动控制系统三大部分组成 1 混合床系统由三台H OH型离子交换体外再生混合床并列 两台运行 一台备用 可满足100 处理凝结水的需要 此外 还设有凝结水旁路管系统及控制部件 整个系统配备四份树脂 三份在混合床中 另一份在树脂贮存罐内 混合床的主要参数如表4 5 1所示 混合床具有球型外壳 壳体为碳钢衬胶 直径3m 进水装置呈放射式用316不锈钢管制成 排水装置为立体母管支管式 用316不锈钢管制成 带有不锈钢丝网护罩的滤元 表4 5 1凝结水处理混床主要参数 见教材84页 混床设有进 出树脂的管道 压缩空气进 出管路 监视窗 升压与泄压附件 并附带有树脂捕捉器 流量 压力 温度等传感器以及电导率 pH 微纳仪等化学仪表 混床的水 气系统采用电动蝶阀 整套凝结水除盐系统由美国Balco公司引进 并采用美国生产的Dowexonosphere颗粒均匀的强酸和强碱离子交换树脂 19 混床中允许树脂的膨胀高度为100 阴 阳树脂的体积为1 1 树脂层高度1m 树脂体积 阳交换树脂3 2m3 阴交换树脂3 2m3 树脂捕捉器内部装有不锈钢丝网滤元 其压差不超过0 014MPa 设有电子压差传感器以指示该压差 混床系统还配有两台流量为408m3 h 扬程为0 288MPa的再循环清洗泵 以供混床投运前纯化出水水质用 2体外再生系统该系统包括空气擦洗及氨化过程 由分离兼阳树脂再生罐 一台 阴再生罐 一台 树脂贮存罐 一台 热水箱 一台 氨溶液箱 一台 液氨罐 与锅内加氨系统合用一台贮罐 树脂添加斗 一只 以及酸 碱计量泵 风机 水泵 氨液泵 就地控制柜 化学仪表及流量 压力 温度等表组成 1 分离兼阳树脂再生罐为钢质 内衬4 76mm厚橡胶层 罐直径2 1m 高3 66m 下部排水装置呈放射式 由耐盐酸的镍基合金管制成 进水装置为支管式 所用材质与排水装置同 阴树脂收集装置在树脂层中阳 阴树脂分界处 罐体设有视孔三个 一个设在顶部 一个设在中间用以观察树脂分层情况 第三个设在下部阳树脂层中间 允许树脂膨胀高度为100 设计压力 0 7MPa 工作压力 0 525MPa 再生剂 30 HCI 再生液浓度 6 再生水平不低于130kg m3树脂 阳树脂再生罐附带有电导仪 微钠仪 酸度计等化学代表 20 2 阴离子交换树脂再生罐 直径1 5m 高3 66m 碳钢制 内衬橡胶 内部有三套管型分配装置 其材质为不锈钢 罐体上有两个视孔 分别设在预部和下部 允许树脂膨胀高度为100 设计压力 0 7MPa 工作压力 0 525MPa 再生剂 40 NaOH 再生液浓度 4 再生水平不低于130kg m3树脂 阴树脂再生罐附设有电导仪和碱浓度计等化学仪表 3 树脂贮存罐 直径2 1m 高3 66m 碳钢内衬橡胶 罐体有三个视孔 上 下各一个 中间树脂交界处一个 罐内上 下各一套分配装置 上分配装置为支管式 下分配装置为放射式 都用316不锈钢制成 贮存罐附设有电导仪 4 热水箱 直径1 8m 高3 0m 内有四组电加热装置 5 氨溶液箱 直径1 8m 高3 0m 6 树脂添加斗 直径1 2m 高1 5m 布置在6m平台上 处于分离罐的顶上 7 酸 碱计量泵 各两台 酸计量泵 隔膜式 流量为2648L h 碱计量泵 柱塞式 流量为908L h 压力都是0 5MPa 3控制系统整套凝结水除盐系统由主控盘 电源开关柜和执行机构三部分组成控制系统 可实现凝结水除盐系统自动 远方和就地操作 1 主控制盘 包括程序控制器 操作盘 模拟显示盘 化学仪表的记录与指示部分 压力 温度 流量等指示设计 报警器和光字牌等 程序控制器为Modicom584M可编程逻辑控制器 带有16KCMOS记忆装置 能承受32个I O通道 每个通道最多可以有128个输入和128个输出 21 操作盘位于主控制盘中间下方 它由一系列选择开关及电动机启动器组成 借此可实现系统的程序控制自动操作或远方手动操作 模拟显示部分位于主控制盘中间下方 由混合床系统及再生系统各设备及阀门 泵 风机等模拟图组成 以指示灯显示各容器 阀门 泵 风机等的状态 例如混床的运行 备用 输送树脂等三种状态都可由指示灯的亮 灭显示出来 再生的过程亦能显示出来 根据容器及阀门的指示灯 在模拟盘上显示出再生正在进行的步骤 声光报警显示系在主控制盘上方设有8 3块光字牌用以显示各有关指标的超限 如容器液位超限或溶液浓度超过或低于规定值等 同时发出声音报警信号 每台混床出水装有一组流量 pH 含Na量和电导率表计 出水母管装有一组pH 含Na量和电导率表计 另有电导率指示表6块 氨液浓度表1块 指示再生系统中的各有关量 为了记录以上的指示数量 使用了六色记录仪4台 另有1台双色记录仪记录再生酸 碱液浓度 1台单色记录仪记录出水母管水样中含Na量 并有混床压差表三块 累积式流量记录器三只以及树脂捕捉器压差表及时间指示表等 而再生系统每个部件的流量 压力等指示表计为就地指示式 不在主控盘上反映 2 电源开关柜设置在除盐系统旁 3 执行械由电动蝶阀 气动隔膜阀 泵和风机等组成 2 4凝结水除盐系统的技术特点 22 1 凝结水除盐系统中的混合床为球型中压设备 设计压力3 5MPa 运行压力2 6MPa 凝结水泵出水通过混床后直接进入低压加热器 中间省去了一级凝升泵和净水箱 不仅降低电耗 更主要的是使主机系统相对简单 增加了运行可靠性 而且减少了凝结水与大气接触机会 使凝结水的溶解氧不至于增大 从而对防护低压加热器系统管理的氧腐蚀有利 也就有利于降低给水含铁量 2 凝结水除盐系统中不设前置过滤器 直接用混床除去凝结水中含铁量 然后在再生中用空气擦洗法将铁从树脂中清除掉 技术上是先进的 同时也简化了除盐系统 增加了运行可靠性 3 控制系统采用了较先进的可编程序控制器 这种控制器具有体积小 性能可靠 能方便地改变程序等优点 4 除盐系统备有四份树脂 两份运行 一份备用 一份再生 从而缩短了混床由于需要再生树脂而停运的时间 5 凝结水除盐混床系统设有差压联锁和混床运行方式联锁的凝结水旁路 以确保主系统安全运行 6 监督控制仪表及报警系统比较完整 7 采用计量泵输送浓酸 碱液 使酸 碱系统简单可靠 有利于自动控制 也有利于将浓酸 碱系统远离主厂房布置 23 8 离子交换树脂选用了美国Dowex公司的树脂 该树脂具有极好的颗粒均匀性 90 以上的树脂几乎具有相同的颗粒直径 颗粒直径与平均直径相比 最大误差仅为 100 m 因此具有良好的分离特性 也有利于保证出水质量合格 9 混床系统设置了两台再循环清洗泵 用于混床投运前的再循环清洗 直到混床清洗出水合格才投运 这也是一项保证混床出水水质合格的措施 10 再生系统设置了氨循环装置 以使再生好的阴树脂中混杂的阳树脂转化为铵型 有利于保证混床出水合格 11 采用电热水箱加热水以稀释碱液 提高阴交换树脂的再生效果 12 在混床与再生系统之间的树脂输送系统上设有防爆器 分离罐上装有泄压阀 以防止再生系统发生超压情况 24 皇岛电厂660MW机组凝结水精处理系统概述 凝结水精处理系统每台机组由两台前置过滤器和3 50 高速混床组成 机组启动初期 凝结水含铁量超过1mg L时 不进入凝结水精处理混床系统 仅投入前置过滤器 迅速降低铁悬浮物 使机组尽早转入运行 当发生压降过高 表明截留了大量固体 前置过滤器退出运行 用反洗水泵和压缩空气进行反洗 前置过滤器进出口母管设一个0 50 100 开度的旁路开关 前置过滤器的正常运行周期不低于10天 前置过滤器进口悬浮物不超过200 g L时滤元的使用寿命不低于1年 前置过滤器的滤元的正常使用寿命不低于两年或反洗次数不低于100次 混床为两台运行 一台备用 当某一台混床出水不合格或压差过大时 将启动另一台混床进行再循环运行直至出水合格并入系统 此时 将失效的混床解列 并将失效树脂输送至再生系统进行再生 然后将再生好的备用树脂输送至混床备用 混床系统设有手动检修旁流阀 混床在满负荷及AVT运行工况下pH不低于9 2运行周期不低于10天 每两台机组的混床共用一套再生装置 再生装置的主要功能满足混床NH4 OH型运行时的树脂分离 清洗 再生的全部要求 且不能对树脂造成不必要的损害 系统采用在国内有成熟运行经验的再生技术 再生单元为全套进口设备 25 1前置过滤器单元 含旁路 包括前置过滤器 反洗水泵 排水泵等配套设备及单元内所有的管道 管件 阀门 管道支吊架及必须的附件 还包括设备本体的照明装置等 还包括测量仪表及其取样导管和仪表阀门等安装附件 过滤器内部滤元为进口 2高速混床单元 含 旁路 包括混床 树脂捕捉器 再循环泵以及单元内所有的管道 管件 阀门 管道支吊架及必须的附件 还包括设备本体的照明装置等 3再生单元 包括树脂反洗 分离 再生 贮存 装卸等设备以及单元内所有的管道 管件 阀门 管道支吊架及必须的附件 还包括设备本体的照明装置等 还包括测量仪表及其取样导管和仪表阀门等安装附件 再生单元全部进口 4酸碱系统单元 包括高位酸碱槽 酸碱计量箱 酸碱喷射器 酸雾吸收器 以及单元内所有的管道 管件 阀门 管道支吊架及必须的附件 还包括设备本体的照明装置等 还包括测量仪表及其取样导管和仪表阀门等安装附件 5罗次风机单元 包括风机 消音器 风机入口过滤器及管道 管件 阀门 管道支架等 6冲洗水泵单元 包括冲洗水泵及管道 管件 阀门 管道支架等 26 7旁路单元 包括前置过滤器及混床进出口母管旁路及其旁路中的自动阀和检修手动旁路阀门及管路 支架等 8热水箱单元 包括热水箱 加热泪盈眶器 自动控制调节回路及所有管道 附件 阀门 支架等 9压缩空气罐单元 包括贮气罐和掘有管道 阀门 支架等 10废水单元含盐量废水排放泵及废水树脂捕捉器等 11必需的备品备件 以上几个单元中每台机组设有1套肖置信区间过滤单元 2套详路单元 每两台机组共用志体外再生单元以及酸碱系统单元 罗次风单元 冲洗水泵单元 热水箱单元 压缩空气单元和废水单元 三 凝结水精处理参数凝结水精处理系统参数 处理水量额定 1653m3 h 台 最大1737m3 h 台 入口压力额定 3 2MPa 最大4 0MPa入口温度 额定 50 最高60 四 安装运行条件 凝结精处理系统和体外再生系统分开布置 精处理系统设备布置在主厂房零米层 再生系统 辅助系统布置在集控楼零米层 五 循环冷却水水质 为海水直流冷却 27 六 凝结水精处理系统的水质 28 八 树脂树脂性能 29 第5章炉内水处理 5 1磷酸盐处理5 2碱性全挥发处理5 3给水加氧处理5 4给水联合处理5 5600MW亚临界汽包炉的炉内水处理实例5 6600MW超临界直流炉的炉内水处理实例5 7直流锅炉加氧处理DL T805 1 2002 30 5 1磷酸盐处理 所谓磷酸盐处理就是向锅炉水中投加磷酸盐的碱性处理方法 该方法的优点是 对酸和碱有较强的缓冲能力 防止酸性和碱性腐蚀 可以和残余硬度反应 以水渣形式排放 改善汽轮机的沉积物的化学性质 减少汽轮机的腐蚀 磷酸盐处理的原理 在锅炉中加入一定量的磷酸盐 使锅炉水中维持一定量的磷酸根离子 PO43 在碱性工况下锅炉水中的钙离子 镁离子与磷酸根离子分别发生以下反应 10Ca2 6PO43 2OH Ca10 OH 2 PO4 63Mg2 2SiO32 2OH H2O 3MgO 2SiO2 SH2O生成的碱式磷酸钙 Ca10 OH 2 PO4 6 蛇纹石 3MgO 2SiO2 2H2O 是松软的水渣 易随锅炉排污除去 只要PO43 浓度控制合适不会粘附在锅内转变成水垢 锅炉压力低 加入量稍大亚临界炉一般在0 3 3 0mg L直流炉不能采用磷酸盐处理 31 磷酸盐隐藏现象 所谓磷酸盐 隐藏 现象是指 锅炉高负荷运行时 有磷酸盐从炉水中析出 沉积在水冷壁上 结果是锅炉水中磷酸盐的含量有所降低 在锅炉降负荷运行或停炉时 或停运后再启动时 沉积在水冷壁管内壁上的磷酸盐又被溶出 使它们在锅炉水中的含量重新增高 因此当磷酸盐出现 隐藏 时 表明在锅炉某些水冷壁内壁上出现了磷酸盐的固相附着物 产生磷酸盐 隐藏 现象的原因一致的看法是 在高温下磷酸盐的溶解度随温度的升高而降低 那么 为什么可溶盐溶解度会随温度的升高而降低呢 因水在一般情况下是极性分子 但水在接近临界状态时的介电常数变得非常小 几乎与有机溶剂类似 它已无能力溶纳盐类物质 即容纳正负离子了 因此水中原有的盐类物质要么进入气相 要么沉积到管壁上 因此 对于超临界机组水质要求应更高 32 5 2碱性全挥发处理 直流锅炉没有汽包 不可能利用锅炉排污的方法排除炉水中的浓缩盐类及污物 给水中的任何盐类部分将随蒸汽带入过热器 再热器和汽轮机 部分沉积在水冷壁管上都会造成腐蚀和结垢 给水全挥发性处理方法不会对炉水增加盐类 因而被广泛应用 全挥发处理 简称AVT 是在深度除氧的前提下 用氨和联氨维持一个最佳的除氧碱性工况 达到抑制铜 铁腐蚀目的一种给水处理方式 加氨是提高给水pH值 使给水系统钢材和铜材表面的保护膜的溶解度降低 加联氨是在热力除氧之后 用它辅助除去水中残余的氧 并使给水保持还原性条件 全挥发处理原理减少给水中氧化铁含量是防止热力设备结垢腐蚀的重要措施 除氧水中金属表面的Fe3O4保护膜在纯水中的溶解度与水的含氨量及水温有关 实验证明 随着水中含氨量的提高 Fe3O4在水中的溶解度明显降低 铜在低pH值水中的溶解度是较高的 随着水的pH值升高 铜的溶解度逐渐降低 当水的pH值达到某一值后 铜在水中的溶解度又随水的pH值升高而增大 为综合考虑铁和铜二者的溶解度均保持较小 一般要求给水在8 8 9 3范围 33 联氨是一种很强的还原剂 它可和水中溶解氧反应 并且分解产物对热力系统无害 温度高于200 时 联氨可将Fe2O3还原成Fe3O4或Fe 将CuO还原成Cu2O或Cu 这一性质可以用来防止锅内生成铁垢和铜垢 联氨使介质呈还原性条件 具有使铜的溶解度降低和稳定性增强的作用 从而可减小铜合金设备的溶解 在热力除氧器正常工作时 能保证出水含氧量不大于0 01mg L 这时联氨对氧的还原作用实际上不存在 联氨只是使给水系统里的介质具有还原性 全挥发给水处理的优点 避免了沉积物下的碱性腐蚀 炉水含盐量低 蒸汽品质好 汽包炉采用全挥发处理避免了盐类隐藏的发生 全挥发给水处理的不足 炉水的pH值难以控制 易造成酸腐蚀 给水含铁量高 凝汽器空抽区铜管氨蚀严重 凝结水除盐设备的运行周期短 为此又发展了新的水处理技术加氧处理 34 5 2给水加氧处理 加氧处理的基本原理从电化学腐蚀的基本原理可以认识到 水中的溶解氧对与之接触的钢铁材料有促进腐蚀和抑制腐蚀的双重作用 在实际工况条件下 氧起哪一种作用为主 则取决于具体条件 氧对碳钢的腐蚀从热力学观点看 锅炉给水在除氧的全挥发处理时 给水pH值在9 10之间 铁的电位是 0 5V以下 处于钝化区 钢铁不会受到腐蚀 在流动的高纯水中加入氧或过氧化氢后 铁的电位升高数百毫伏 达到0 3V 0 4V也进入钝化区 钢铁受到保护 有氧的情况下 铁和水中的溶解氧发生如下反应 3Fe2 3H2O 1 2O2 Fe3O4 6H 35 碳钢表面膜的结构由下面反应确定 2Fe3O4 H2O 3Fe2O3 2H 2eFe3O4 2H2O 3FeOOH H 2e反应生成的FeOOH也会陈化为Fe2O3 生成的Fe2O3沉积在Fe3O4孔隙之中 在钢表面生成稳定的保护膜 无法侵蚀钢表面 如果保护膜损坏 水中的氧化剂能迅速修复保护膜 加氧水工况下形成的表面膜是双层结构 一层是紧紧贴在钢表面的磁性氧化铁层Fe3O4 其外面是含尖晶石型的氧化物层Fe2O3 氧的存在加快了Fe3O4内伸层的形成速度 而Fe3O4层和水相界面处又生成一层Fe2O3层 使Fe3O4表面孔隙和沟槽被封闭 三价铁的溶解度远比二价铁低 所以形成的保护膜更致密稳定 加氧工况下形成的保护膜层呈红色 晶粒多数小于1 m 膜的主要金属组成元素是铁 膜的厚度小于10 m 36 氧对铜的腐蚀在加氧的纯水中 铜合金表面将因全面腐蚀而生成具有双层结构的氧化膜 内层是致密的 附着牢固的氧化亚铜 它是按下式生成的 4Cu O2 2H Cu2O 2Cu H2O反应生成的铜Cu 迁移到Cu2O和水相界面处又被氧化生成CuO 2Cu 1 2O2 H2O 2CuO 2H 形成的是Cu2O中嵌有CuO的外层 这一层被称为外延层 因为它是从材料的表面向水相延伸生成的 由上可知在有氧的条件下 膜与水相接触及外层稳定氧化物是氧化铜 高价铜氧化物溶解度比它的低价氧化物溶解度大得多 相同pH值条件下 CuO的溶解度比Cu2O的溶解度大几十倍 在弱碱性范围 随pH值降低 二者的溶解度均线性上升 但一价铜氧化物在pH值8 9的范围内溶解度很低 因此和碳钢 低合金钢的情况完全相反 在中性水中加氧会使铜合金溶解速度急剧增大 而在碱性条件 pH值8 9 下铜氧化物的溶解受到抑制 37 5 4给水联合处理 给水联合处理是既在给水中加入微量的氧以抑制系统中碳钢的腐蚀 同时又加入微量的氨 将给水的pH值提高到8 0 9 0 以抑制凝汽器和低压加热器铜合金的腐蚀 克服了AVT的含铁量高 结垢严重缺点 同时也克服了NWT中性条件下缓冲性能小的不足 一种比较理想的给水处理方法 国内已有成功经验 例如望亭电厂12号炉 石洞口第二发电厂都采用了CWT技术 取得了良好的效果 给水加氧量 不同国家不同机组对氧量的控制稍有不同 一般情况下给水中的氧浓度在50 g L 400 g L 氧的来源一般采用氧气瓶 经减压后加入气体氧 并用调节阀调节进入水中的氧量 氧的加入点 一般考虑设两个 一个是凝升泵入口侧 另一个是给水泵的入口侧 给水电导率高纯水是CWT工况的最主要的前提 在阳离子电导率为0 1 S cm的纯水中 氧浓度大于100 g L时 腐蚀速率极低 因此 CWT水工况要求的电导率小于0 1 S cm 0 15 S cm 25 给水的pH值德国和我国标准推荐给水pH值在8 9这样宽的范围 而美国EPRI导则推荐全铁给水系统的pH值范围在8 0 8 5 38 CWT水工况的运行控制CWT运行时 各指标若偏离正常值 应采取相应的措施 如果阳离子电导率在0 2 S cm 0 3 S cm之间 应增加系统pH值到AVT的水平 对全铁系统约为9 2 并且连续加氧 但如果超过了0 3 S cm 则应立即停止加氧 回到不加联氨的AVT工况运行 其它标准维持与AVT工况时相同 系统运行时应尽量避免中断加氧 尽管短时间内氧损失对CWT运行的系统的耐蚀性能影响较小 但中断还往往会导致铁浓度的上升 CWT工况下机组的启动和停机CWT工况下机组的启动和AVT工况下相似 氨和AVT一样 只是不加联氨 直到阳离子电导率达到0 15 S cm并有下降趋势时 才开始加氧 启动早期可适当增加给水含氧量 以加快管道内表面保护膜的生成 与AVT相比 NWT和CWT方式运行具有下列优点 给水含铁量降低 压差明显降低 由于采用AVT时 炉管内沉积的主要是粒径较大的Fe3O4 在管子表面上呈波纹状 而采用NWT CWT时炉管内沉积的主要是粒径较小的 不呈波纹状Fe2O3 化学清洗间隔缩短 有效防止氨蚀 NWT不加氨 不存在氨蚀 CWT只加入少量的氨 pH值比AVT时低 只保持在8 5左右 这时铜的溶解度最小 采用CWT处理的条件是 给水一定要纯 有关直流锅炉加氧处理的具体知识详见 5 6 39 600MW超临界机组采用CWT处理实例 石洞口第二发电厂水汽系统为无铜材系统 补给水系统中有多道去除有机物的设备 如活性炭过滤器 反渗透等 因此氢交换电导均达理想水平0 07 0 08 s cm 凝结水精处理混床采用无前置过滤器 有空气擦洗混床 再生采用体外再生 分层效果较好 出水电导率一般仅有0 06 s cm 由于具备了采用CWT的条件于1996年由AVT改为CWT处理 改用CWT后取得了较好的效果 电导率由0 07 0 08 s cm下降为0 06 s cm 含铁量由来3 4 g L降为1 g L 蒸汽含钠量由1 6 g L降为0 6 g L 二氧化硅由2 7 g L降为1 9 g L 锅炉总阻力下降了3 6公斤 cm2 混床周期由一周再生一次延长到60天大减少了再生剂耗量及排废处理量 40 采用CWT的注意事项 1 给水加氧处理对给水泵碳化钨密封环有选择性腐蚀 应改用碳化硅 2 含氧给水以水系统调节阀用钴基合金堆焊的部件有选择性腐蚀 可用经油淬火硬化的马氏体高温炉水铬合金钢X22CrNi17 含铬16 18 含镍1 5 5 代替 3 加氧的药品有过氧化氢和气态氧 以焊接用氧为好 加氧点可选择凝结水设备的出口处和给水泵的吸入侧 4 过热器管及再热器多采用含铬12 的铁素体钢 5 凝结水前置过滤器应改用3微米滤元过滤器 因三氧化二铁的颗粒较细 41 5 6直流锅炉给水加氧处理 DL T805 1 2002 1 范围本标准给出了火力发电厂直流锅炉给水加氧处理的先决条件 处理工艺过程 加氧系统和水化学控制指标 本标准适用于火力发电厂超高压 亚临界和超临界压力的直流锅炉给水处理 2 总则2 1给水加氧处理的原则锅炉给水采用加氧处理技术是利用给水中溶解氧对金属的钝化作用 使金属表面形成致密的保护性氧化膜 以降低给水的铁含量 防止炉前系统发生流动加速腐蚀 FlowAcceleratedCorrosion 简称FAC 降低锅炉管的结垢速率 减缓直流炉运行压差的上升速度 延长锅炉化学清洗的周期和凝结水精处理混床的运行周期 2 2给水加氧处理的条件2 2 1给水氢电导率应小于0 15 S cm 2 2 2凝结水系统应配置全流量精处理设备 2 2 3除凝汽器冷凝管外汽水循环系统各设备均应为钢制元件 对于汽水系统有铜加热器管的机组 应通过专门试验 确定在加氧后不会增加汽水系统的含铜量 才能采用给水加氧处理工艺 2 2 4锅炉水冷壁管内的结垢量达到200g m2 300g m2时 在给水采用加氧处理前宜进行化学清洗 42 加氧系统由氧气储存设备 氧气流量控制设备和氧气输送管线组成 应选用纯度大于99 的氧气作为氧化剂 3 2氧的储存设备氧气的储存设备一般可选用承压14 7MPa 容积40L的钢瓶 3 3氧气管线系统氧气管线包括氧气母管和气路支管 氧气母管采用黄铜管或不锈钢管 母管与氧气瓶的连接采用专用卡具 氧气在母管出口减压后经氧量控制装置与气路支管连接 气路支管应采用不锈钢管 3 4加氧点加氧点的位置设在凝结水处理设备出口和给水泵的吸入侧 3 5给水的加氨系统给水加氨处理时 为了中和微量酸性物质 增加汽水系统的缓冲性 需加少量的氨 以保持汽水系统中的pH值符合表2的要求 加氨点应选在凝结水精处理设备出口处 加氨量应由加氨自动装置控制 3 加氧系统3 1加氧系统示意图如下 43 表1直流炉给水加氧处理汽水品质监测项目 44 表2给水加氧处理汽水质量标准 4 给水加氧处理的实施4 1运行与监督给水加氧处理时 运行中监督和检测的水汽质量项目按表1的规定 各项控制指标应符合表2的规定 最重要的控制指标是给水氢电导率 通过对其监测 及时发现水质污染的状况并消除引起污染的原因 保持加氧处理所要求的高纯水质 45 4 2机组启动时的水质处理机组正常启动时 一般通过加氨给水pH值提高至9 0 9 5 当机组运行稳定 给水的氢电导率降到0 15 S cm 并有继续降低的趋势时 开始加氧 为加快循环回路中溶解氧的平衡 加氧初始可提高给水中的含氧量 但最高不得超过300 g L 4 3除氧器和高低压加热器的运行方式正常运行时 除氧器排汽门可根据机组的运行情况采用微开方式或全闭定期开启的方式 高 低压加热器排汽阀门应采用微开方式 以确保加热器疏水的含氧量大于30 g L 4 4水质异常时的处理原则当汽水质量偏离控制指标时 应迅速检查取样的代表性或确认测量结果的准确性 并分析循环回路中汽水质量的变化情况 查找原因 采取相应的措施 详见表3 46 表3水质异常处理措施 4 5机组的停运和保护措施机组在停运前 1 2 h 停止加氧 并提高加氨量 使给水pH值大于9 0 同时打开除氧器排汽门 提供辅助除氧 停运时锅炉可按照SD223有关规定采用带压放水 余热烘干或提高pH值的湿法保护等措施 5 锅炉给水处理的转换5 1必要条件a 凝结水有100 的精处理装置 且运行正常 b 机组正常运行中给水的氢电导率不大于0 15 S cm c 化学仪表达到加氧处理工艺所要求的分析能力 d 加氧装置已安装 并已完成调试 e 必要的准备工作已就绪 47 5 2转换前的准备工作要事先对机组情况进行调查 调查内容包括机组系统 化学运行情况 锅炉管的结垢量和成分 化学仪表分析能力等 以便根据调查结果做出必要的调整 5 2 1热力系统材料的调查热力系统材料包括锅炉水汽系统的 四管 省煤器管 水冷壁管 过热器管和再热器管 汽轮机 高低压加热器等设备部件的材料和状态以及有关阀门的阀座 密封环的材料和状态 并建立档案 5 2 2水质查定应对整个系统取样点的水质情况进行全面的查定并作好记录 建立基础数据 以便于日后评定加氧处理效果 5 2 3加氧系统的设计 安装及调试根据本标准加氧系统的要求设计氧气存储设备 控制设备和管路系统 氧气的存储量以满足机组在高负荷工况下正常运行7d为宜 加氧系统的安装要以操作和维修方便为原则 氧气储存设备应安装在防火和便于更换氧气瓶的地方 加氧的控制设备应尽量安装在运行人员操作方便的地方 加氧系统的调试包括系统密封性检查 加氧流量的控制等内容 5 2 4给水加氨系统加氨设备能够保证给水pH值在8 0 9 5的范围内调节 加氨量的控制宜采用自动计量装置 一般控制给水的电导率在0 8 S cm 1 2 S cm的范围内 48 5 2 5汽水取样和检测系统的改进增设必要取样点 如高 低压加热器的疏水取样点 加装必要的监测仪表 如溶氧表 电导表等 5 2 6垢量检查及锅炉化学清洗实施转换前 应利用机组检修机会对锅炉省煤器和水冷壁的沉积物量 沉积物成分进行全面的检查 对于有铜系统在实施加氧转换前应先进行酸洗 除去热力系统中铜沉积物 5 3实施转换5 3 1停止加入联氨转换为加氧方式之前 应提前停止加入联氨 在停加联氨期间 应加强对给水 凝结水中溶解氧 含铁量和含铜量的监测 水质应达到稳定 给水的氢电导不大于0 15 S cm pH在9 0 9 5的范围 即可实施转换工作 5 3 2加氧对于无铜系统机组 凝汽器管除外 在凝结水精处理出口或在给水泵的吸入侧的加氧点进行加氧 也可以在上述两点同时加氧 对于有铜系统机组 即低压加热器为铜合金管 应在给水泵的吸入侧的加氧点进行加氧 49 5 3 3控制加氧量加氧初始阶段 一般控制凝结水或给水含氧量在150 g L 300 g L 同时应监测各取样点水样的氢电导率 含铁量和含铜量的变化情况 如果给水和蒸汽的氢电导率随氧的加入升高 但未超过0 2 S cm 则适当减小加氧量 以保持给水和蒸汽的氢电导率小于0 2 S cm 当蒸汽中的溶解达到30 g L 150 g L时 调节加热器的排汽门 并监测疏水的含氧量直到大于30 g L为止 对低压加热器为铜合金的系统 应经过专门的调整试验 选择适宜的pH值和含氧量的控制范围 确保不会增加汽水系统的铜含量 5 3 4调整除氧器 加热器排汽门应微开或定期开启除氧器排汽门 排汽门的开度或开启的周期应根据实际情况具体确定 为维持疏水足够的含氧量 高 低压加热器的排汽门开度也应根据实际情况具体确定 5 3 5调整给水pH在完成上述转换后 可以调整给水pH值符合表2的