凝结水精处理运行方式对出水水质的影响

('凝结水精处理运行方式对出水水质的影响汤自强;王刚;杨文欣【摘要】Aimingatthecorrosionofchlorideioninsteamandwateroftheboilerandturbineequipmentofthermalpowersystemofsupercriticalcoal-firedunit,byfieldtestdata,analyzestherelationshipbetweenthesourceofchlorideionandoperationmodeofprecisionprocessinghigh-speedmixedbed,confirmsthatprecisionprocessinghigh-speedmixedbedshouldappropriatelyadopthydrogentypeoperationmode,theoperationresultshowsthathydrogentypeoperationcaneffectivelycontrolthechlorideionleakage,ensurethequalityofthefeedwater.%针对超临界火电机组热力系统汽水当中的氯离子对锅炉和汽轮机设备的腐蚀问题，通过现场检测数据，分析了氯离子来源与精处理高速混床运行方式的关系，确定精处理高速混床宜采用氢型运行方式。运行结果表明：氢型运行可有效控制氯离子的泄漏，保证给水品质。【期刊名称】《宁夏电力》【年(卷),期】2014(000)004【总页数】5页(P63-67)【关键词】氯离子;凝结水;精处理;氢型运行;铵化运行【作者】汤自强;王刚;杨文欣【作者单位】宁夏京能宁东发电有限责任公司，宁夏灵武750400;宁夏京能宁东发电有限责任公司，宁夏灵武750400;宁夏京能宁东发电有限责任公司，宁夏灵武750400【正文语种】中文【中图分类】TK223.5随着高参数、大容量发电机组的发展，锅炉对给水品质的要求也越来越高。对于超临界直流炉而言，无法通过锅炉排污去除杂质，因此给水带入的杂质及腐蚀产物无论是沉积于热负荷很高的锅炉水冷壁管内，还是随蒸汽带入汽轮机沉积在叶片上，都将对机组的安全和经济运行带来很大的危害。为此，凝结水处理设备已成为超临界机组安全、经济运行的可靠保障，其主要作用是除去因凝汽器泄漏带入的杂质、系统腐蚀产物、锅炉补给水带入的杂质等，保证锅炉合格的给水水质。凝结水精处理系统的正常运行，对保证机组水汽品质，减缓热力设备腐蚀及沉积、缩短机组启动时间、提高机组运行经济性等都具有重要意义。然而，不同的凝结水精处理的运行控制方式对出水水质有较大的影响。运行控制不当时，出水容易出现氯离子和钠离子的泄漏。本文根据现场实际情况，分析了凝结水精处理运行方式对出水水质的影响情况。1.1凝结水精处理系统概况宁夏京能宁东发电有限责任公司装配有2台660MW燃煤超临界间接空冷发电机组，锅炉为直流炉。汽轮机排汽间接冷凝系统由表面式凝汽器和空冷塔组成。凝汽器换热管材质为不锈钢，空冷塔换热管材质为铝，循环水管道材质为碳钢。空冷循环水系统为闭式系统，补充水为除盐水。凝结水精处理系统由2×50%前置过滤器和3×50%高速混床组成，设计处理凝结水能力为1638t/h。2台机组凝结水精处理共用1套体外再生系统，采用“高塔法”工艺，包括分离塔、阳再生塔（兼贮存罐）、阴塔及酸碱设备、冲洗水泵、罗茨风机、储气罐、自用水系统等辅助设备。1.2混床转型阶段杂质离子泄漏2011年4月，宁夏京能宁东发电有限责任公司对1号机组凝结水精处理3台高速混床运行情况及出水水质进行检测，结果如表1所示。从表中数据可看出，高速混床以氢型方式运行时，出水的杂质泄漏量均很低，Na+、Cl-含量一般小于0.5μg/L。当高速混床阳树脂失效，出水开始漏铵时，出水电导率上升，Na+、Cl-等杂质泄漏量也随之升高。例如表1中，当混床B出水电导率达到2.650μS/cm时，Cl-离子泄漏量已达到2.8μg/L，Na+离子含量为1.3μg/L（离子色谱检测），均超过文献［1］期望值小于1.0μg/L的要求。以A混床为例，在不同的运行阶段，出水Cl-泄漏量随电导率的变化情况如图1所示。很明显，随着运行时间延长，混床转为铵型运行的过程中，出水电导率逐渐增大，氯离子的泄漏量也逐渐升高。实际上由于冷凝系统为表面式间接空冷系统，凝汽器严密性较好，且循环冷却水为除盐水，即使存在渗漏，对凝结水水质也影响不大，因此凝结水中氯离子、钠离子含量很低。当精处理出水中杂质含量已明显大于进水时，氢型运行的混床已经失效，正逐步转向铵型运行，并释放氯离子和钠离子，这样铵型运行的混床成为机组热力系统的主要污染源。2.1混床转型阶段杂质离子泄漏的原因分析混床除盐过程实质还是离子交换树脂与水中离子之间化学平衡的建立及推移过程。在混床运行过程中，出水离子含量与相应的树脂相处于离子交换平衡状态。由于凝结水主要杂质是铵，因此总是阳树脂先于阴树脂失效。当阳树脂失效转为铵型后，其离子交换反应为：氢型混床向铵型混床转型阶段，实际上就是出水NH4+和OH-含量升高过程，由于出水NH4OH含量升高，离子交换的平衡点也将改变。如果混床内树脂的再生度低于平衡点，那么转型阶段失效型树脂RCl中的Cl-将被OH-排代到水中，同样RNa中Na+也将被NH4+排代到出水中，由此出现出水中杂质含量大于进水的情况，直至达到新的离子交换平衡。因此，混床的出水杂质含量取决于出水pH值和树脂的再生度。精处理混床在转型阶段存在明显杂质排代泄漏，说明树脂的再生度未能达到相应的要求。以表1中的混床B实际检测结果为例，当混床进入转型阶段，出水电导率达到2.65μS/cm左右时，出水Cl-离子含量实测为2.8μg/L（约0.79×10-7mol/L）。根据文献［2］，阴树脂上的氯离子存在交换平衡关系离子交换平衡的选择系数为：计算得出，此时混床内阴树脂中失效Cl型树脂（RCl）约占15.3%。而在相同pH条件下，若要求精处理出水Cl离子含量小于1μg/L时（相当于0.28×10-7mol/L），可计算出阴树脂中Cl型树脂（RCl）应小于5.9%。也就是说，实际混床内阴树脂中的失效型（Cl型）树脂含量超过允许值，这就是混床铵型运行时，氯离子排代泄漏的主要原因。类似地，可计算出混床在不同出水pH值条件下，出水当中的Cl-和Na+要求小于1μg/L时对阴阳树脂再生度的要求，计算结果如表2所示。对于大孔型阴树脂，选择系数KClOH约为22，混床出水电导率为2.65μS/cm时，pH约为8.99，OH-浓度为9.8×10-6mol/L，则平衡交换时：混床出水杂质含量与混床运行出水pH值及树脂的再生度有关。混床氢型运行时，较低的树脂再生度也能保证出水杂质含量很低，而混床铵型运行时，则要求很高的树脂再生度。影响树脂再生度的因素很多，通常包括失效树脂的输送、分离效果和树脂的再生水平以及再生液的质量等。2.2混床杂质离子泄漏的潜在危害很显然，在超临界直流锅炉中，精处理混床泄漏出的杂质将被蒸汽携带进入锅炉或汽轮机通流部件。调查结果显示，目前国内投产超临界机组普遍存在低压缸湿蒸汽区由于积盐而产生的腐蚀问题［2］，大多是由氯化钠沉积引起（如图2）。积盐是由于溶解物溶解度发生变化引起的，图3为几种常见蒸汽中的杂质经过超临界机组汽轮机时的溶解度，按图中曲线，蒸汽中氯化钠浓度在1μg/kg就超过低压缸第一级溶解度，因此蒸汽中微量的NaCl也会随着蒸汽温度、压力的降低而析出。在低压缸内蒸汽压力不断降低，蒸汽进入相变区饱合析出微细水滴，并积聚形成液膜，即初凝水。初凝水中HCl等酸性物质高度浓缩，达到数十倍甚至数百倍；相反由此分配系数的差异，铵更趋向于进入气（汽）相，因此造成初凝水pH偏低，由此可能会引起汽轮机部件的应力腐蚀破裂、点蚀和腐蚀疲劳［3］。总而言之，氯离子对热力设备存在诸多安全隐患，这些危害包括：氯离子可能对热力设备金属保护膜的破坏、加剧腐蚀和沉积；汽轮机低压缸相变区的积盐与腐蚀；造成高温受热面盐类沉积以及在受热面垢下氯离子的浓缩现象，严重的可能造成危害极大的氢脆现象［4］。因此，对于超临界机组来说，如果没有可靠的监督手段（如离子色谱仪等），也不能确保失效树脂再生度满足要求时，精处理混床应避免采用铵型运行。3.1严格控制高速混床失效点根据文献［1］中对经过凝结水处理装置后水汽质量的要求，氢电导率标准值小于0.15μS/cm，但由于氢电导率表测定值准确性受外界影响因素较多，可按期望值小于0.10μS/cm控制高速混床失效。根据离子平衡计算，氯离子和钠离子含量小于1μg/L时，混床出水电导率小于0.3μS/cm，由于电导率表测值较氢电导率表的准确性和稳定性较好，因此可按出水电导率小于0.3μS/cm控制高速混床的失效。在化学仪表测量不可靠的情况的下，可通过测试确定高速混床一个运行周期的产水量，在高速混床出口流量计准确的前提下，高速混床的产水量可作为判断高速混床失效点的一个标准，以确保高速混床氢型运行和不发生氯离子泄漏。3.2严格控制高速混床树脂再生质量为保证高速混床树脂的再生质量，应注意以下细节：（1）检查确认失效树脂彻底输送完毕。通过高速混床的窥视镜，从不同角度检查高速混床内是否存有树脂。另外，输送树脂可间断多次进行。（2）保证失效树脂在分离塔内彻底分离，分离后输送树脂要避免将混脂层树脂输送到阴阳罐内。（3）要保证再生用酸碱质量和再生用量。对采购的酸碱，不仅要监督酸碱浓度，而且要检测酸碱中的杂质离子。再生时的酸碱量充足，以保证树脂的再生度。（4）保证再生后的阴阳树脂混合均匀，输送到高速混床内应不发生分层现象，最好能够在高速混床内再进行一次混脂操作。由于精处理混床转入铵化运行后，存在杂质离子泄漏，引起精处理产水氯离子含量超标。因此，电厂在2011年10月对1号机组凝结水精处理3台高速混床采取措施，始终保持氢型运行状态，并跟踪检测了机组凝结水、给水和主蒸汽，其水蒸气品质检测结果如表3所示。从表中数据可看出，高速混床以氢型方式运行时，凝结水、给水和主蒸汽的Na+、Cl-含量均小于1.0μg/L。氢电导均小于0.070μS/cm，电导小于0.50μS/cm，二氧化硅小于5.0μg/L，铁含量小于5.0μg/L，均满足文献［1］中期望值的要求，机组热力系统水汽质量品质较高。1号机组凝结水精处理3台高速混床保持氢型状态下运行期间，每台高速混床最大产水量约5×104t，高速混床树脂再生操作频繁，每隔3～4天再生1次。精处理混床氢型运行时产水量比铵化运行时的产水量降低约12×104t，再生酸碱耗增加约2倍。因此，凝结水精处理氢型运行保证了汽水品质，但增加了运行成本。（1）精处理混床氢型运行对失效树脂的再生度要求较低，正常运行情况下，出水水质纯度很高。（2）精处理混床铵型运行对失效树脂的再生度要求很高，转型阶段容易出现氯离子和钠离子的泄漏，可能会对超临界机组热力系统产生危害。（3）对于超临界机组来说，如果没有可靠的监督手段，也不能确保失效树脂再生度满足要求时，精处理混床应尽量避免采用铵型运行方式。［1］DL/T912-2005，超临界火力发电机组水汽质量标准［S］.［2］王斌.OT工况下超临界机组直流炉结垢和积盐特征分析［J］.江苏电机工程，2010，29（3）：69-71.［3］赵晶晶，黄莉，胡学文.热力机组炉内氯离子的腐蚀机理及其防止对策［J］.腐蚀与防护，2004，（2）：23-26.［4］曹长武，宋丽莎.火电厂水汽质量监督与检测技术［M］.中国标准出版社，2009.“实验”是对抽象的知识理论所做的现实操作，用来证明它的正确性或者推导出新的结论。它是相对于知识理论的实际操作。“试验”是对事物或社会对象的一种检测性的操作，用来检测其正常操作或临界操作的运行过程、运行状况等。它是就事论事的。试验都是实验。实验比试验的范围宽广。',)