粉末樹脂覆蓋過濾器在直接空冷機組精處理系統中的應用

tags: 過濾器    時間:2014-03-11 12:53:59
粉末樹脂覆蓋過濾器在直接空冷機組精處理系統中的應用簡介
    摘要: 針對空冷機組凝結水的水質特點,分別介紹了分床式除鹽系統、粉末樹脂覆蓋過濾器精處理系統,並進行了比較,認為粉末樹脂覆蓋過濾器系統工藝簡單、佔地小、……
粉末樹脂覆蓋過濾器在直接空冷機組精處理系統中的應用正文
    摘要: 針對空冷機組凝結水的水質特點,分別介紹了分床式除鹽系統、粉末樹脂覆蓋過濾器精處理系統,並進行了比較,認為粉末樹脂覆蓋過濾器系統工藝簡單、佔地小、運行經濟、安全性高,不存在酸鹼排廢諸多問題。新豐熱電有限責任公司採用的是粉末樹脂覆蓋過濾器處理凝結水的方案,介紹了其凝結水精處理工藝流程和粉末樹脂覆蓋過濾器運行方式。 關鍵詞: 直接空冷;凝結水精處理;粉末樹脂覆蓋過濾器 <!--  -->    在富煤缺水地區建設空冷電站符合國家的產業政策和建設節約型社會的要求。直接空冷是近幾年大力發展的新技術,已經有10多台直接空冷機組投入了生產。由於空冷機組的水質特點,需要對凝結水進行精處理。


凝結水精處理的主要目的是連續除去汽水系統中直接空冷散熱器、熱力設備及管道運行和機組啟動產生的腐蝕產物,有效提高汽水品質,縮短機組的啟動時間,使機組的安全運行得以保證。在選擇處理方法的時候,還沒有太多的經驗。在系統運行方面,積累的經驗也很有限。

1 直接空冷機組凝結水水質特點


直接空冷機組的凝結水水質特點與濕冷機組不同。主要表現在幾個方面:


(1) 凝結水必須精處理。對於濕冷機組,不是必須要有精處理裝置。而空冷機組則不同,因為汽輪機乏汽在冷凝過程中與大面積的散熱器表面接觸,有更多的時間和機會接觸散熱器表面的腐蝕產物。腐蝕產物會造成凝結水水質的不合格。在製造安裝過程中,帶入系統的雜質多;在機組啟動期間,凝結水中懸浮物含量高;在機組負荷頻繁變化或啟停時,都會增加空冷器表面的腐蝕。為此必須設置凝結水精處理裝置。


 
(2) 凝結水溫度高。直接空冷機組在運行過程中,其背壓一般均比濕冷機組高,因此其凝結水的溫度也比較高。直接空冷機組凝結水溫度隨環境溫度的變化,具有較大的波動性。新豐熱電有限責任公司的汽輪機考核試驗工況(THA)下,凝結水溫度為47.54℃。汽輪機額定工況(TRL)下為71.13℃。因此在選擇精處理系統的設備時,
要考慮適應耐較高水溫的要求。


(3) CO2含量高。由於空冷凝汽器冷卻面積大,並在高真空條件下工作,空氣容易向空冷器中滲入,造成凝結水中的CO2(HCO-3)的含量增高。


(4) 含鹽量低。直接空冷系統沒有常規濕冷機組的凝汽器,乏汽直接進入空冷散熱器冷凝成水,屬一次性表面換熱,
不存在凝汽器泄漏時冷卻水污染凝結水的問題。因而凝汽器的冷卻水含鹽量低。
    

2 凝結水精處理系統的選擇



針對空冷機組凝結水水質特點,國內一般採用分床式除鹽系統和粉末樹脂覆蓋過濾器系統兩種。

2.1  高速陽 - 陰分床式除鹽系統


高速陽 - 陰分床式除鹽系統是將陽、陰樹脂分別置於兩個設備中,凝結水依次經過高速陽床、陰床后,除去凝結水中鐵的腐蝕產物、CO2(HCO-3)等雜質后,進入熱力系統。直接空冷機組在運行中,受環境大氣溫度的影響,凝結水水溫變化範圍較大。在正常工況下,凝結水先經過陽床,再經過陰床。在夏季工況下,由於環境溫度高,空冷凝汽器散熱效果差,凝結水溫度往往在70℃以上,對於陰樹脂來說,夏季工況下基本無法運行,在這種工況下將陰床旁路,陽床運行。可有效去除凝結水中的鐵腐蝕產物。但是,當單獨運行陽床時,所用陽樹脂必須耐高溫。如果凝結水溫度繼續升高(比如75℃以上),陽床也必須解列。


以某電廠為例,工程建設規模為2×300MW亞臨界直接空冷發電機組, 凝結水精處理系統為中壓系統。每台機組由2×50%的高速陽床和2×50%的高速陰床組成,無備用設備。精處理系統設在凝結水泵與低壓加熱器之間,串在熱力系統中,並設有100%旁路系統。凝結水精處理系統中的陽床或陰床各自配1套旁路系統。在陽陰床正常時,2台運行,當1台失效時,旁路閥門自動打開,失效床自動解列,並將失效樹脂輸送至陽或陰再生罐進行再生,然後將再生好的備用樹脂輸送至陽或陰床,並對其進行清洗投運。


當精處理裝置壓差大於0.35MPa 時,旁路閥門全開;進水溫度高於65℃時陰床旁路閥自動全部打開,進水溫度高於75℃時陽床旁路閥自動全部打開。


2台機組共用1套再生裝置,包括陽、陰樹脂再生罐各1台,陽陰樹脂儲存罐各1台,電熱水箱1台,及酸鹼儲存槽、酸鹼計量箱、噴射器等。樹脂再生過程比較複雜。

2.2 粉末樹脂覆蓋過濾器


粉末樹脂覆蓋過濾器就是將粉末狀陰、陽離子交換樹脂濾料覆蓋在一種特製的多孔管件上,使它形成一個薄層,作為濾膜,水由管外通過濾膜和孔進入管內,進行過濾。


大同二期空冷機組、上都電廠空冷機組、烏拉山電廠空冷機組、錫林電廠、古交電廠空冷機組凝結水精處理均採用粉末樹脂覆蓋過濾器。



與陽、陰樹脂分床工藝比較,粉末樹脂覆蓋過濾器有以下特點:


(1) 適應溫度高。因為這種過濾器的樹脂粉只用一次就棄去,不必像「分床」系統中的離子交換過程那受樹脂耐熱性的限制,所適應的凝結水的溫度範圍更大,可在較高的水溫條件下正常工作。


(2) 設備簡單。運行操作簡單,可以實現無人值班。對於分床系統,每台機組分別配套高速陽床、高速陰床,2台機組配1套再生裝置,另外還要設酸鹼儲存、酸鹼計量、酸鹼廢水收集系統等,管道、地面還需要防腐,系統複雜,設備多,成本高。汽機房內無法布置。而粉末樹脂覆蓋過濾器系統則不需酸鹼再生,系統相對簡化了許多。精處理設備能布置在汽機房零米,佔地面積小,節省空間。


(3) 運行靈活,適應性強。在新機組啟動初期鋪纖維粉, 用於除鐵。正常運行時,為了過濾系統中鐵的腐蝕產物,可以塗纖維加陰陽樹脂粉混合一起使用;在夏季工況時,凝結水水溫高,也可不塗陰樹脂粉,可同正常工況一樣鋪塗陰陽樹脂粉。更能適應於空冷機組凝結水處理及機組頻繁啟停的工況。


(4) 無廢酸鹼排放。失效后的纖維粉及樹脂粉排至廢水集中處理系統。


通過以上兩個方案的比較, 覆蓋過濾器系統工藝簡單、佔地小、運行經濟、系統運行安全性高,不存在酸鹼排廢諸多問題。故本工程凝結水精處理系統採用粉末覆蓋過濾器方案。
  

3 精處理工藝流程和技術參數



凝結水精處理系統適用於對空冷機組的冷凝水的處理,該系統可除去鍋爐補給水中帶入的溶解鹽,熱力系統中腐蝕產物鐵等氧化物,以及系統中有可能帶入凝結水中的鹽分。

3.1 工藝流程


整個凝結水精處理系統分為兩部分,即:凝結水精處理粉末覆蓋過濾器部分和爆膜反洗鋪膜部分。 凝結水精處理粉末覆蓋過濾器設計成單列並聯布置,即每台機組設置2台粉末覆蓋過濾器,以及相應的閥門、管道和護膜管路等組成,每台過濾器可處理
100% 的凝結水流量,正常運行一運一備,系統設有旁路。


爆膜反洗鋪膜部分由爆膜反洗單元、鋪膜單元、相應的箱罐、水泵、閥門、管道等組成。這兩大部分組成了完整的凝結水精處理系統。

3.2 技術參數

3.2.1 系統進、出口水質


凝結水精處理系統進、出口水質要求見表1。 

表1 凝結水精處理系統進、出口水質


項  目
典型啟動時
正常運行狀態

進水值
出水值
進水值
出水值

 總溶解固形物(不加氨)/μg·L-1
650
<50

<20

二氧化硅/μg·L-1

<50
20

鈉/μg·L-1
~20
5
2~5
<5

總鐵/μg·L-1
<1000
<100
40
<8

總銅/μg·L-1
50
<15
10
<3

氯/μg·L-1
100
<10

≤1

陽導電度(25 ℃)/μS·cm-1
<0.2
<0.2

≤0.15

pH(25 ℃) 

6.5~7.5

3.2.2 系統設計參數


每台機組粉末覆蓋過濾器數量 2 台。 凝結水量(每台機組)正常情況下為 761m3/h
,最大為794 m3/h。凝結水額定溫度為52.6℃,夏季為69.1℃,最大為85℃,可以滿足空冷的要求。粉末樹脂正常運行溫度為49~60℃。系統運行終點正常壓降為0.175MPa。
爆膜,清洗, 鋪膜單元設計壓力為0.10MPa。過濾器設計壓力為3.5MPa,試驗壓力4.375MPa。
   

4 運行方式



(1) 在新機組啟動時,系統中的懸浮物、含鐵量很高,應予適量排放。當凝結水總懸浮物及總鐵小於1000ppb
時,才允許進入精處理系統。


(2) 精處理系統(進出水母管端處)在運行中出現下列情況時:①進水水溫≥60℃(可整定);②進出水母管兩端差壓≥0.175MPa。


PLC 工控系統在接受以上信號後會自動開啟旁路門,100%的凝結水經系統旁路回到汽機凝結水系統,此時,同步啟動護膜泵,關閉粉末樹脂覆蓋過濾器的進、出水門。確保機組安全運行及過濾器膜層穩定。當1台過濾器運行至失效時后,會自動解列,備用過濾器會立即升壓,準備投運。


(3) 爆膜、清洗、鋪膜工藝參數(每台粉末樹脂覆蓋過濾器)。爆膜用壓縮空氣,工作壓力≥0.4MPa。每個步序爆膜時間為2
s。每個步序耗氣量為10~12Nm3。與清洗交替進行,分數步進行。清洗用除鹽水,工作壓力≥0.25MPa。每個步序清洗時間:1~3min。每個步序流量為60m3/h。與爆膜交替進行,分數步進行。


(4) 單位面積鋪膜數量(粉末樹脂及纖維素)。啟動階段:由於懸浮固體與溶解固形物高,可選擇陽(銨型)陰(OH-)比例為2∶ 1 混合樹脂和纖維一起使用,樹脂與纖維的比率在2 ∶ 1 之間,鋪膜劑量為0.74~1.20
kg/m2。正常運行階段,可選擇陽(銨型)陰(OH-)比例為2∶ 1
混合樹脂和纖維一起使用,樹脂與纖維的比率在(4∶ 1) ~(8∶ 1)之間任選,鋪膜劑量為0.8~1.20
kg/m2,一般情況下,每次每台過濾器的鋪膜量為0.98 kg/m2。每台粉末樹脂過濾器運行周期為
20~30天(氨化運行)。

 
(5) 異常情況及處理方法。粉末樹脂覆蓋過濾器運行中的異常情況及處理方法見表2。   


表2 粉末樹脂覆蓋過濾器運行中的異常情況及處理方法


異常情況
原因分析
處理方法


出水水質不合格

①過濾器失效;②濾元鋪膜層有缺損;③凝結水水質惡化


①解列停運;②運行中補膜,啟動先進鋪膜系統;③查明是否系統泄漏


周期制水量明顯減少
  同序號1中的原因;產生偏流

①同序號1處理方法;②檢查內件安裝情況,如進水器件、濾元水流分配等,消除偏流


進出口壓差迅速增高

凝結水入口懸浮物雜質較多;流速過高

①調整粉末樹脂與纖維素的混合比例;②降低流速

 5  結論


(1) 為除去空冷系統中產生的腐蝕產物,減少CO2進入熱力系統,直接空冷系統應設凝結水精處理裝置。



(2) 樹脂耐高溫是空冷機組凝結水精處理系統選擇的主要影響因素, 在選取方案時必需充分考慮。


(3) 覆蓋過濾器系統工藝簡單、佔地小、運行經濟、系統運行安全性高,不存在酸鹼排廢。更能適應於空冷機組凝結水處理及機組頻繁啟停的工況。所以新豐熱電
2×300MW 工程凝結水精處理系統採用粉末覆蓋過濾器方案。

6 參考文獻

[1] 高惠華.粉末樹脂過濾器在凝結水精處理系統中的應用.湖北電力,2003,(3):60~61.

[2] 韓傳.粉末樹脂覆蓋過濾器的機理和使用.熱力發電 2003,(8):61~62.

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