高速精處理混床在實際運行中的優(yōu)化分析

李長海,張雅瀟

(1.西北電力建設(shè)調(diào)試施工研究所,陜西 西安 710032;2.西安有色冶金設(shè)計研究院,陜西 西安 710001)

1 概 述

隨著國內(nèi)高參數(shù)、大容量機組的相繼建成,對凝結(jié)水的精處理也提出了更高的要求。水是火力發(fā)電機組機爐間能量傳遞的唯一介質(zhì),所以,水對機組的運行安全和經(jīng)濟方面的作用是很大的,特別是凝結(jié)水的質(zhì)量(相對于整個汽水系統(tǒng))是起決定作用的[1]。凝結(jié)水精處理裝置是凈化和處理凝結(jié)水的重要設(shè)備,而高速混床在凝結(jié)水精處理中應(yīng)用較為廣泛,其處理后水質(zhì)的優(yōu)劣將直接影響到凝結(jié)水的質(zhì)量?，F(xiàn)以實例就影響凝結(jié)水精處理高速混床出水水質(zhì)及運行周期的因素作一初步探討。

2 高速混床在凝結(jié)水精處理中的應(yīng)用

灞橋熱電廠技改工程和渭河熱電廠技改工程中,有4臺300MW亞臨界機組凝結(jié)水精處理系統(tǒng),均采用中壓無前置過濾器的混床系統(tǒng)。高速混床串接于主凝泵與軸封加熱器之間,對全容量凝結(jié)水進行除鹽處理,每臺機組設(shè)置3臺高速混床,共處理3×50%的凝結(jié)水量。正常情況下,2臺混床均屬于連續(xù)運行,1臺備用混床,同時設(shè)置100%旁路系統(tǒng)。2臺機組共用一套體外再生系統(tǒng)(高塔分離再生系統(tǒng)SPT),每臺高速混床的最大出力為440m3/h。

2.1 樹脂選擇

灞橋熱電廠試運階段,高速混床選用的樹脂,分別是某廠的 D003NJ型陽樹脂和 D203NJ型陰樹脂,而渭河熱電廠試運階段,高速混床選用的樹脂,分別是某廠的D001型陽樹脂和D201型陰樹脂,在試運階段發(fā)現(xiàn),灞橋熱電廠所選用的樹脂不論從樹脂均勻度、色度和強度等都明顯優(yōu)于渭河熱電廠所選用的樹脂,在分離過程中,灞橋熱電廠所選用的樹脂由于陰、陽樹脂色差較明顯,易看清樹脂的分界面,渭河熱電廠選用的樹脂,雖然經(jīng)過反洗也能較好地分層,但樹脂的分界面不容易觀察,需人工多次確認。渭河熱電廠的高速混床在試運階段時,在樹脂再生過程中,由于較多碎樹脂被反洗出來,人工進行了添加,在試運后期建議業(yè)主更換了新的樹脂。

樹脂的選擇直接關(guān)系到其分離和混合效果,而分離和混合效果也影響到混床的出水水質(zhì)及運行周期長短,因此在選擇樹脂時,應(yīng)充分考慮樹脂分離效果的同時需兼顧其混合效果。樹脂的均一性是關(guān)鍵,樹脂粒度的分布越窄越好。陰樹脂大于0.90mm和陽樹脂小于0.63mm的范圍,均不能超過1%,這是保證分離的基本前提條件[2]。為了避免因破碎樹脂的存在而導(dǎo)致樹脂交界處出現(xiàn)的混脂層,還應(yīng)選擇強度大的樹脂,減少破碎樹脂引起的混脂層。使用前,應(yīng)在再生塔內(nèi)采用漂洗的辦法盡量除去小顆粒樹脂和破損的樹脂,以減小小顆粒樹脂和破損的樹脂引起的混雜率。

2.2 樹脂分層

灞橋和渭河電廠對已失效樹脂的分離,是采用水力反洗的二次分離方法。反洗進水由反洗進水閥和反洗進水流量調(diào)節(jié)閥共同控制,反洗進水閥為普通閥門,起穩(wěn)流作用,用流量調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)反洗水的流量。以渭河電廠的樹脂分離程序為例:

(1)大流量的反洗水使陰陽樹脂全部托起并持續(xù)一段時間,此時注意不要使樹脂沖出。分離塔反洗進水閥和反洗流量調(diào)節(jié)閥全開,總流量為50 t/h左右。

(2)關(guān)閉反洗進水門,通過反洗流量調(diào)節(jié)門,逐步調(diào)小反洗進水流量直至達到陽樹脂的終端沉降速度;繼續(xù)降低反洗進水流量,直至達到陰樹脂的終端沉降速度。在這過程中,依次采用不同的反洗水流量,流量分別為35 t/h、16t/h、11t/h和5 t/h。

(3)通過上部進水和下部同時進水將陰樹脂傳至陰罐。此時上部進水流量為30 t/h,下部進水流量為5t/h。

(4)利用合適的反洗水流量將樹脂二次分離。二次分離反洗流量依次為35 t/h、16 t/h、11 t/h和5 t/h。

(5)通過上部進水和下部同時進水將陰樹脂傳至陰罐,將陽樹脂送出。此時上部進水流量為30t/h,下部進水流量為5t/h,輸送時是否已到達正確位置由光電檢測信號確定。中間預(yù)留一定比例的混脂層,混脂層高1 m。反洗水流量和所需時間見表1。

表1 渭河電廠樹脂分離反洗流量和時間

對樹脂的分層,常采用水力反洗分層的方法,即在某段時間內(nèi)用一定流速的反洗水,對樹脂進行反洗,利用陰、陽樹脂之間的密度差而進行分層。在實際操作中發(fā)現(xiàn),分離設(shè)備的結(jié)構(gòu)并無很特殊的設(shè)計。所以,只要掌握適當(dāng)?shù)姆聪磿r間,控制好反洗流速,就能達到良好的分離效果。

2.3 樹脂分離及送出

混床中的樹脂失效后,就得將樹脂轉(zhuǎn)移出來,分層后樹脂需要轉(zhuǎn)移至再生罐再生,再生后的樹脂還要重新傳回混床,樹脂作為被轉(zhuǎn)移的對象,需在混床及各再生設(shè)備之間進行來回輸送。如果輸送得不徹底,將會造成混床間樹脂量不均勻,并且會帶來陽、陰樹脂的體積比失調(diào),導(dǎo)致混床的出水水質(zhì)變差等一系列不良后果。

2.3.1 樹脂由混床傳至分離塔

灞橋和渭河電廠的樹脂在由混床傳至分離塔的過程中,前期傳送均采用單獨下部進氣進行傳送,目的是將運行失效后壓實的樹脂攪起松動。后期傳送時,保持混床內(nèi)具有一定液位,采用氣、水合送的方法,即下部進氣、上部進水同時進行。但發(fā)現(xiàn)混床液位不易控制,所以,在氣、水合送前,增加了混床充水步序,使混床保持一定液位后再進行樹脂傳送,這樣,混床內(nèi)的樹脂容易被傳送干凈。在下部進氣輸送過程中,要求氣源壓力穩(wěn)定,且壓力不能太低,否則傳輸速度慢。壓力太大則管路震動較大,壓力為0.3MPa左右較佳。如果單獨采用上部進水方式把樹脂向下壓送,此法雖然能夠?qū)⒒齑矁?nèi)大部分樹脂送出,但是混床配水裝置周邊的樹脂則無法帶出,最后殘留的樹脂會堆積起來,呈空心錐狀。若單獨下部進氣進行輸送,雖然此法也能將樹脂大部分傳出,但在傳送后期水的比例太低,傳輸摩擦阻力大,樹脂傳送也不干凈[3]。

2.3.2 樹脂由分離塔傳至再生罐

灞橋和渭河電廠的陰、陽樹脂在由分離塔傳送至陰、陽塔的過程中,發(fā)現(xiàn)由于中間樹脂層的存在,陰樹脂傳至陰罐后純度可以達到近乎100%的效果。但在陽樹脂轉(zhuǎn)移至陽罐過程中,轉(zhuǎn)移流量的大小與反洗進水托脂流量的配比,若控制不恰當(dāng),陽樹脂傳送至陽罐過程中就容易攜帶陰樹脂,這種現(xiàn)象的發(fā)生,將直接影響樹脂再生效果和高速混床的運行周期。

以渭河電廠為例,在試運過程中,首先采取的是氣、水合送方法,陰樹脂雖然能較好的分離和傳送,但陽樹脂傳送過程中,由于氣送速度較快,不易控制水、氣流量配比及樹脂的積存位置,陽樹脂攜帶陰樹脂較多。調(diào)整幾次反洗進水流量后,反洗后陽罐中陰樹脂高度基本為7～8cm,(上部進氣壓力為0.25 MPa,反洗進水流量控制在8～10 t/h),決定改用上、下同時進水的方法進行傳送。

在上、下同時進水傳送過程中,當(dāng)上部進水流量為 45～50t/h,下部進水流量為5～10 t/h時,陽樹脂攜帶陰樹脂較多,在陽罐中反洗后陰樹脂高度為6～9cm,雖然從窺視孔觀察樹脂層面沒有亂層,但由于大水流作用于樹脂層上部的力較大,導(dǎo)致樹脂層上部樹脂下移速度加快,進而破壞樹脂的平衡狀態(tài),在樹脂層內(nèi)部,陰樹脂會很快形成“漏斗”混入陽樹脂而使大量陰樹脂進入陽罐中,如圖1所示;當(dāng)上部進水流量為35～40 t/h,下部進水流量為5～10 t/h時,陽樹脂攜帶陰樹脂較少,在陽罐中反洗后陰樹脂高度為3～5 cm,從窺視孔觀察樹脂層呈現(xiàn)波浪狀態(tài),如圖2所示,這是因為反洗進水流量相對加強,樹脂層內(nèi)部的平衡也會遭到破壞。在陰、陽樹脂分界面表現(xiàn)為:密度相對較小的陽樹脂進入上部的中間陰樹脂層,密度相對較大的陰樹脂進入下部的陽樹脂層,其它層面也會出現(xiàn)波動,從而使部分陰樹脂隨陽樹脂進入陽罐中;當(dāng)上部進水流量為30～35 t/h,下部進水流量為3～5 t/h時,陽樹脂傳至陽罐反洗后,陽罐中基本上沒有陰樹脂,陽樹脂分離傳送較好,從窺視孔觀察樹脂層面下降緩慢穩(wěn)定,且傳送位置點控制準確,如圖3所示。

2.3.3 樹脂由再生罐傳至混床

樹脂由再生罐傳至混床過程中,應(yīng)注意樹脂傳送的干凈程度和防止樹脂二次分離。

灞橋和渭河電廠樹脂由再生罐傳至混床的過程中,首先是將樹脂罐內(nèi)充滿水,目的是保證在再生罐上部沒有可進水的空間,以防向上進水時可能造成陰、陽樹脂的二次分離。在傳送前,將混床內(nèi)的水排至低水位,目的是避免從上部進入的陰陽混合樹脂,經(jīng)過床體水層產(chǎn)生二次分離。傳送前期采用氣、水合送的方式,即上部進氣,下部進水對樹脂進行傳送,在氣水合送前,應(yīng)注意讓再生罐出脂門和下部進水門比上部進氣門、混床進脂門、底部排水門晚開10～20s,目的是傳脂前使再生罐上部保持一定壓力,并保證傳送樹脂的路徑暢通,氣、水合送時,應(yīng)注意提高再生罐上部進氣壓力,降低下部進水壓力,使氣壓大于下部進水壓力,避免因樹脂上浮而導(dǎo)致的二次分離。在傳送后期,保持再生罐內(nèi)一定液位采用水力輸送,即上部進水將附著在再生罐表面的樹脂淋洗下來,同時下部進水加強底部樹脂的流動性,能較好的將樹脂輸送干凈。在樹脂傳送至混床后,為了保證混合效果進行了二次混合。

2.4 樹脂再生

樹脂再生度的高低直接關(guān)系到混床出水水質(zhì)和運行周期,而對樹脂再生度要求的高低又與混床運行方式有關(guān),再生過程再生劑的用量為進出口酸堿濃度平衡,再生后,原則上正洗排水電導(dǎo)越小越好,但考慮到正洗過程中的水耗,一般正洗后電導(dǎo)小于5μ s/cm 即可[4]。

2.5 樹脂混合

灞橋和渭河熱電廠給水采用全揮發(fā)性處理的堿性水工況,凝結(jié)水pH值在9.1～9.4?？紤]到混床在運行過程中,由于陰、陽樹脂的比重差,混合后兩種樹脂的沉降差等原因,導(dǎo)致混床上部陰樹脂偏多,混床下部陽樹脂偏多。在這種情況下,堿性凝結(jié)水直接進入混床,上部混合樹脂層中的陽樹脂會很快被中和而失效。此時,上層陰樹脂就直接接觸堿性水,這對其交換是很不利的。為解決這一問題首先從樹脂選擇著手,在保證分離的前提下,提高陰,陽兩種樹脂的均一性,渭河電廠試運后期就更換了一批樹脂。同時,在分離過程中采用變流量的方式提高樹脂的分離度,在再生過程中提高樹脂的再生度,在樹脂輸送至混床后采用了二次混合,確保樹脂混合均勻。

2.6 混床投運

由于試運階段工期緊張,而且汽水品質(zhì)不穩(wěn)定,不適宜采用氨化運行,灞橋熱電廠和渭河熱電廠試運期間,混床均采用氫型混床方式運行,以渭河2號機組為例,高速混床于2009年5月3號18:00投運,精處理混床投運后24h混床出水。凝結(jié)水、給水系統(tǒng)硅含量變化趨勢見圖4所示,由圖4可知,當(dāng)高速混床投運后,凝結(jié)水、給水系統(tǒng)的硅含量分別由158.8μg/L 和 123.4μg/L 下 降至 23.6μg/L 和45.2μ g/L,給水系統(tǒng)的硅含量雖有波動,但下降趨勢依然明顯。

圖4 精處理混床投運后對凝結(jié)水和給水的影響

氫型混床雖然能較好地除去給水中的各種鹽類,但相對于氨化混床其運行時間短,而氨化混床對于陰,陽樹脂再生度要求很高,目前,國內(nèi)混床氨化運行投入不上的主要原因,是再生后陰樹脂Cl型含量過高。這又與許多電廠仍在采用氯化鈉含量高的30%或42%的液堿再生凝結(jié)水處理混床的陰樹脂和分離后陽樹脂中混有陰樹脂有關(guān)。因此提高陰樹脂再生度,必須提高堿再生劑的質(zhì)量和提高分離度(與樹脂選取和傳送有關(guān)),表2列出了氨化運行時再生劑的質(zhì)量要求。在試運后期建議業(yè)主在正式運行時,應(yīng)考慮購買質(zhì)量較好的再生劑并進行氨化運行,從而提高混床的運行周期。

表2 氨化運行時再生劑的質(zhì)量要求[5]

3 結(jié)束語

凝結(jié)水精處理是凝結(jié)水系統(tǒng)中重要的化學(xué)除鹽設(shè)備,是系統(tǒng)中最后一道“凈化屏障”,精處理高速混床出水水質(zhì)的優(yōu)劣,直接關(guān)系到整個熱力系統(tǒng)的水汽品質(zhì),而其運行周期的長短,直接與經(jīng)濟效益相關(guān)。

提高精處理混床出水水質(zhì)和優(yōu)化運行方式的注意事項:

(1)樹脂的選擇在以分離為前提的條件下,兼顧樹脂的混合效果,提高樹脂的均一性是關(guān)鍵,應(yīng)扭轉(zhuǎn)陽偏大,陰偏小的傾向;

(2)在樹脂分離和由分離罐傳送的過程中注意流量的配比,提高樹脂的分離度;

(3)在樹脂傳送過程中,注意水送、氣送和水氣合送三種方式的應(yīng)用情況,將樹脂傳送干凈,同時注意防止樹脂二次分離;

(4)在樹脂再生過程中,提高樹脂再生度,因注重陰樹脂再生劑的質(zhì)量;

(5)在樹脂混合過程中,樹脂的選擇是關(guān)鍵;

(6)從運行經(jīng)濟性上,考慮混床的應(yīng)用方式,氨化運行能夠延長混床的運行周期。

[1]李銳,何世德,張占梅,等.凝結(jié)水精處理現(xiàn)狀及新技術(shù)應(yīng)用研究[J].水處理技術(shù),2009,2,35(2):25-28.

[2]張澄信,宋敬霞.凝結(jié)水精處理混床樹脂混合的重要性[J].華北電力技術(shù),1999(4):19-21.

[3]劉英旭.凝結(jié)水樹脂傳送技術(shù)[J].熱力發(fā)電.2006,(2):61-64.

[4]李長海,程斌.電廠凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的調(diào)試[J].清洗世界.2009,7,25(7):19-24.

[5]郝春林,陳龍.凝結(jié)水精處理混床氨化運行[J].工業(yè)用水與廢水,2004,6,35(3):22-24.