某1000MW超超臨界機(jī)組鍋爐補(bǔ)給水處理工藝設(shè)計(jì)特點(diǎn)淺析

徐　艷

（神華福能發(fā)電有限責(zé)任公司，福建 泉州 362712）

某1000MW超超臨界機(jī)組鍋爐補(bǔ)給水處理工藝設(shè)計(jì)特點(diǎn)淺析

徐艷

（神華福能發(fā)電有限責(zé)任公司，福建 泉州 362712）

摘要：某1000MW超超臨界機(jī)組，具有機(jī)組參數(shù)高，水質(zhì)要求高的特點(diǎn)。根據(jù)原水水質(zhì)及水汽質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，鍋爐補(bǔ)給水處理工藝采用超濾+反滲透+除碳系統(tǒng)+一級(jí)除鹽+混床系統(tǒng)，工藝流程簡單，出水水質(zhì)高、穩(wěn)定，且除碳系統(tǒng)的優(yōu)化布置可以提高系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，減少設(shè)備占地面積。

反滲透；除碳器；離子交換器

1.工程概況

電廠鍋爐為超超臨界機(jī)組，過熱器溫度605℃，過熱蒸汽壓力27.46MPa，電廠鍋爐補(bǔ)給水水源取自金雞閘水庫地表水，水汽質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)《火力發(fā)電機(jī)組及蒸汽動(dòng)力設(shè)備水汽質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 12145-2008）而設(shè)計(jì)。

2.水處理技術(shù)介紹

隨著膜技術(shù)日益成熟，膜法水處理技術(shù)在火電廠中得到廣泛應(yīng)用，其中以超濾、反滲透裝置應(yīng)用最為廣泛。

2.1 超濾+一級(jí)反滲透技術(shù)

超濾是利用選擇性透過膜去除水中某些特定物質(zhì)，其孔徑約為0.002um～0.1um，能去除水中的懸浮物、膠體、大分子有機(jī)物、細(xì)菌等雜質(zhì)，其作用機(jī)理主要是截留，其中以機(jī)械篩分為主。

反滲透是從動(dòng)植物細(xì)胞的滲透現(xiàn)象中得到的啟發(fā)而開發(fā)出來的一種新型水處理技術(shù)。反滲透與自然滲透的反過程，當(dāng)在濃溶液上外加壓力（該壓力大于滲透壓）時(shí)，濃溶液中的溶劑就會(huì)通過半透膜流向稀溶液的一側(cè)，而溶質(zhì)由于半透膜的選擇透過仍留在濃溶液的一側(cè)，達(dá)到將水與溶液中雜質(zhì)分離的目的。反滲透系統(tǒng)作為鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)中最主要的脫鹽設(shè)備，能去除水中98%鹽分，同時(shí)也能去除水中的溶解性膠體、小分子有機(jī)物等。

經(jīng)過超濾+一級(jí)反滲透處理后，能去除水中80%以上的膠體硅、總有機(jī)碳（TOC），保證補(bǔ)給水品質(zhì)。

2.2 除碳器的應(yīng)用

除碳器分為大氣式和真空式，在電廠鍋爐補(bǔ)給水中一般采用大氣式除碳器（即鼓風(fēng)式）。大氣式除碳器作為傳統(tǒng)陽、陰離子交換器+混合離子交換器工藝中去除CO2不可缺少的，其工作原理為：CO2氣體在水中的溶解度遵守亨利定律，即在一定溫度下，氣體在溶液中的溶解度與液面上該氣體的分壓成正比。除碳風(fēng)機(jī)從除碳器底部鼓入含有CO2的空氣，氣中CO2很少，其分壓約為大氣壓的0.03%，水與空氣中CO2大面積接觸，降低水面上CO2分壓，從而析出水中CO2達(dá)到去除CO2的目的。理論上，溶解CO2的水經(jīng)除碳器后出水CO2理論含量約為0.5mgL，但由于空氣與水接觸時(shí)間有限，無法達(dá)到實(shí)際平衡，所以實(shí)際出水CO2的含量一般約為5mgL。

離子交換器除鹽率可達(dá)99.9%，對(duì)于許多高參數(shù)機(jī)組的鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)來說，離子交換做為終端的除鹽系統(tǒng)是非常有必要的?；旌想x子交換器內(nèi)裝有強(qiáng)酸和強(qiáng)堿兩種樹脂，按一定的比例混合，實(shí)際為無數(shù)組復(fù)床串聯(lián)運(yùn)行的離子交換器，置換水中的陰、陽離子，交換下來氫離子及氫氧根離子生成電離度很低的水。

3.鍋爐補(bǔ)給水處理工藝

根據(jù)原水水質(zhì)資料，以及超臨界機(jī)組對(duì)鍋爐補(bǔ)給水水質(zhì)要求（電導(dǎo)率≤0.15uScm，SiO2≤10ugL），采用超濾+一級(jí)反滲透+除碳器+一級(jí)除鹽+混床系統(tǒng)水處理工藝，如圖1所示。

由于原水水質(zhì)較好，溶解固形物≤130mgL，電導(dǎo)率最大約2.05×102uScm，原水經(jīng)一級(jí)反滲透除鹽后的含量較低，在保證補(bǔ)給水水質(zhì)的前提下，后續(xù)除鹽處理采用逆流再生陽、陰離子交換器+混合離子交換器系統(tǒng)，除鹽系統(tǒng)采用單元制與母管制結(jié)合方式，對(duì)水質(zhì)波動(dòng)適應(yīng)性強(qiáng)。

圖1　鍋爐補(bǔ)給水處理工藝流程圖

圖2　傳統(tǒng)除碳器布置圖

圖3　優(yōu)化后的除碳器布置圖

3.1 傳統(tǒng)除碳器布置

按照傳統(tǒng)布置方式，除碳器布置在陽離子交換器之后，如圖2所示。利用陽離子交換器出水呈酸性（pH≤4.3），使水中的發(fā)生反應(yīng)=H2O+CO2，通過鼓風(fēng)式除碳器進(jìn)行去除，由于陰床除去的CO2僅為除碳器出口的殘留量減少了陰床的運(yùn)行費(fèi)且陰床的運(yùn)行費(fèi)不隨反滲透出水中的變化而變化，這樣的布置方式充分利用了陽床出水呈酸性的特點(diǎn)，減少陰床進(jìn)水陰離子含量，降低陰床再生堿耗量（即減少了陰床運(yùn)行費(fèi)用）。但這種運(yùn)行方式為提供陽離子交換器的運(yùn)行壓力損失，需在反滲透與陽離子交換器之間布置淡水箱、淡水泵，增加了設(shè)備初投資且增加了運(yùn)行費(fèi)用，增加運(yùn)行人員工作量及系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)（如在運(yùn)行中跳閘，設(shè)備損壞等）。

3.2 優(yōu)化后的除碳器布置

優(yōu)化后的除碳器則布置在反滲透之后，陽離子交換器之前，如圖3所示。此種布置方式?jīng)]有設(shè)置淡水箱及淡水泵，減少了設(shè)備初投資，無淡水泵及淡水箱的運(yùn)行費(fèi)用且減少設(shè)備占地面積。

在運(yùn)行過程中，原水經(jīng)預(yù)處理后，通過反滲透裝置預(yù)脫鹽，脫鹽率＞98%，大部分離子經(jīng)反滲透而被去除，除鹽系統(tǒng)進(jìn)水的離子含量降低，從而大大降低陰陽床及混床的酸耗、堿耗（即降低運(yùn)行費(fèi)用），延長除鹽系統(tǒng)再生周期，增加周期制水量。水中的碳酸根離子不斷在反滲透濃水側(cè)富集，根據(jù)化學(xué)平衡可知，=H2O+CO2，濃水側(cè)會(huì)產(chǎn)生CO2氣體，RO膜對(duì)氣體沒有脫除作用，故濃水側(cè)與淡水側(cè)含有相同含量的CO2，經(jīng)除碳器去除CO2。反滲透出水中的將全部由陰床除去，因此陰床的運(yùn)行費(fèi)將隨反滲透出水中的增加而增加，而在傳統(tǒng)除碳器布置方式中陰床的運(yùn)行費(fèi)不隨反滲透出水中的變化而變化。

結(jié)論

保證鍋爐補(bǔ)給水安全運(yùn)行并提高鍋爐補(bǔ)給水水質(zhì)是大容量、超超臨界機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要基礎(chǔ)。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況，本機(jī)組鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)投運(yùn)至今運(yùn)行穩(wěn)定，系統(tǒng)出水電導(dǎo)率（25℃）小于0.15uS/cm，二氧化硅含量小于10ug/L，其他出水指標(biāo)均滿足超臨界機(jī)組的運(yùn)行要求。

1000MW超超臨界機(jī)組鍋爐鍋爐補(bǔ)給水處理采用超濾+反滲透+除碳系統(tǒng)+一級(jí)除鹽+混床系統(tǒng)，系統(tǒng)流程較為簡單，且成熟可靠，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，除碳器的布置特點(diǎn)不僅提高系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，也降低了運(yùn)行人員的工作強(qiáng)度，為機(jī)組提供了穩(wěn)定、高質(zhì)量除鹽水。

[1]馬鵬飛.電廠化學(xué)水處理工藝研究[J].化工管理，2014（5）：238-239.

[2]尹林林，陶逢春.反滲透+一級(jí)除鹽系統(tǒng)中除碳器設(shè)置問題探討[J].工業(yè)水處理，2013，33（8）：88-89.

[3]賈艷.熱電廠化學(xué)水處理工藝研究[J].科學(xué)時(shí)代，2013（23）：151-153.

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