銨型混床用于電站凝結水處理的局限性

朱鐳

（中廣核工程有限公司設備采購與成套中心，廣東深圳 518124）

在凝汽式電站中，鍋爐和發生器產生的蒸汽通過汽輪機做完功后由凝汽器冷卻為凝結水，然后將其回收作為鍋爐給水使用.為了保證鍋爐給水的質量，一般需要對凝結水進行處理.

對凝結水進行處理主要可通過前置過濾器（覆蓋過濾器、電磁過濾器、管式微孔過濾器、氫型陽床、粉末樹脂過濾器等）、混床（氫型混床、銨型混床、3層混床等）、單床串聯、3室床等設備完成.而電站的凝結水處理一般采用前置氫型陽床加氫型混床（RH-RH/ROH）系統.筆者介紹了凝結水處理混床的類型，通過分析氫型混床和銨型混床的優缺點，得出銨型混床只適合常規電站而無法用于核電站這一結論.

1 凝結水處理的混床類型及凝結水水質特性

1.1 凝結水處理的混床類型

凝結水處理的混床類型主要有氫型混床（RH/ROH）、銨型混床（RNH4/ROH）和前置氫型陽床加氫型混床（RH-RH/ROH）等［1，2］.

1.2 凝結水水質特性

為了熱力設備的防腐防垢，需要向鍋爐的給水系統、爐水中加入一定劑量的化學藥品，如磷酸鹽、NH3和N2H4等.在火力發電廠中，為了防止腐蝕給水系統，必須加入NH3使給水的pH值為8.8～9.3;采用磷酸鹽處理時，必須使爐水的pH值為9～10.壓水堆核電站2回路蒸發器排污水的pH值的期望值為9.4～9.7，限值為9.1～9.8.由于爐水、蒸發器中的水及蒸汽中均含有一定量的NH4OH，當蒸汽凝結后，也含有一定量的NH4OH，導致混床樹脂要交換的陰、陽離子濃度相差十分懸殊，因此對凝結水的處理結果有較大的影響.

根據美國U.S Filter/Permtek公司提供的凝結水混床進水水質統計，其中總陰離子約0.41 μmol/L，其具體數字見表1.而為了保證pH值為9.2～9.6，需加入的銨離子量為0.5～3.0 mg/L，即0.029～0.176 mol/L.可見在凝結水中NH4OH是其他鹽類的70～429倍［1-4］.

2 氫型混床的優缺點

氫型混床的優點主要有：

（1）出水水質好由于凝結水處理的氫型混床（RH/ROH）是由具備很強的離子交換能力的RH型和ROH型樹脂組成，能夠去除凝結水中幾乎所有的離子型雜質，因此其出水水質好，在正常情況下，完全符合凝結水處理的混床出水水質要求;

（2）能在短時間內抵抗水質的突然變化在熱力系統發生水質惡化或凝汽器發生微量泄漏等使水質發生突然變化的情況下，氫型混床能在短時間內維持運行，從而為機組的維修或停機爭取時間;

（3）可過濾去除腐蝕產物氫型混床內的樹脂還可以發揮濾料的作用，過濾去除熱力系統內產生的腐蝕物和凝汽器等泄漏的懸浮物.

氫型混床的缺點主要有：

（1）浪費大量的氨由于凝結水處理的混床去除的主要是凝結水中用于防腐蝕的NH4OH，為防止熱力系統發生腐蝕，在經混床處理后的凝結水中，需重新加入NH3，造成很大浪費;

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（2）運行周期短氫型混床由于要去除大量的NH4OH，其周期制水量一般在30～150 kt，比制水量的樹脂一般為10～50 kt/m3，周期在10天左右，樹脂再生頻繁.

3 銨型混床的形成及優缺點

3.1 銨型混床的形成

由于凝結水處理的氫型混床存在氨浪費，水處理科技研究工作者為了節約成本，研究推廣了運用銨型混床進行凝結水處理的方法.

在氫型混床投入運行、并運行到混床進水和出水的含氨量相等時，銨型混床內的RH型樹脂已全部轉化為RNH4型樹脂，并以銨型混床繼續運行，直到出水漏鈉超過混床出水標準為止.這個過程中，混床內發生了如下反應：

3.2 銨型混床的優點

（1）運行周期長由于銨型混床是在氫型混床的基礎上運行的，因此銨型混床的周期制水量一般為400～600 kt，比制水量樹脂一般為60～300 kt/m3，其周期在60天左右.

（2）運行費用少銨型混床減少了樹脂的再生次數，延長了樹脂的使用壽命，而且氨在熱力系統里循環使用，使其被充分利用，取得了較好的經濟效益.

（3）可去除鈣、鎂、銅、鐵等離子當凝汽器管有泄漏時，對于進入凝結水的鈣、鎂、銅、鐵等離子，銨型混床會發生如下離子交換反應：

因此，銨型混床只有在凝汽器管有泄漏時，可以短時間內去除凝結水中的Ca2+，Mg2+，Cu2+，Fe3+等離子，但不能維持較好的水質.

（4）可過濾去除腐蝕產物銨型混床內的樹脂還可以發揮濾料的作用，過濾去除熱力系統內產生的腐蝕物質和凝汽器等泄漏的懸浮物.

3.3 銨型混床的局限性

筆者將銨型混床在電站凝結水處理中的局限性分為應用于常規電站和核電站兩種情況，并對其進行了討論.

（1）應用于常規電站在凝結水水質合格的情況下，銨型混床能穩定地運行.但當電站熱力系統水汽質量下降時，如凝汽器發生泄漏或因其他原因導致水質惡化時，銨型混床無法緩沖，電站機組會因水汽質量不合格必須馬上停機.

（2）應用于核電站由于蒸汽發生器的管材需要兼顧核電站1回路冷卻水和2回路除鹽水的使用條件，只能采用價格昂貴的鎳基合金如Incone1600，Incone1800及Incone690等材料.這些材料對除鹽水中的SO42－，Na+，Cl－很敏感，因此對給水質量和排污水質量要求都較高［5］.

而銨型混床在處理凝結水的過程中，會出現兩種情況.一是會產生鈉峰，即在氫型混床向銨型混床轉型的過程中，凝結水中NH4OH很快使氫型混床中的氫型陽樹脂（RH）交換為銨型陽樹脂（RNH4），導致氨漏過，使得混床出水的電導率升高.而在氨漏過的同時，鈉的排代峰也開始漏過，導致其峰值可高達100μg/L.二是銨型混床基本不能除鹽.由于Ca2+，Mg2+，K+，NH4+，Na+，H+在離子交換過程中的選擇性系數分別為4.1，2.6，2.3，2.0，1.6，和1.0［6］，在稀溶液中，強酸陽樹脂對常見陽離子的選擇順序如下：Fe3+＞Al3+＞Ca2+＞Mg2+＞K+≈NH4+＞Na+＞H+.由此可以看出，NH4+比Na+對強酸陽樹脂的選擇性強得多.在凝汽器管不泄漏的情況下，凝結水中只含有微量的NH4+，Na+，OH－，Cl－等，使用銨型混床后，會發生如下離子交換反應：

顯然，反應式（1）中由于生成了強堿NaOH，因此反應不容易向右進行;而反應式（2）和反應式（3）中由于NH4+比Na+對強酸陽樹脂的選擇性強得多，因此反應也不易向右進行.這樣，凝結水中的Na+和Cl－等都會從銨型混床以混床進水中的同樣濃度泄漏到熱力系統中去.

而在飽和蒸汽壓力為17 MPa的情況下，SiO2，NaCl，Na2SO4的分配系數分別為0.1，0.003，0.000 01.可見，微量的Cl－和SO42－幾乎全部積聚在蒸發器中［6，7］，這很容易引起鎳基合金管材的晶間應力腐蝕，以及管端與管板縫隙處的凹陷損壞.而蒸汽發生器一旦發生泄漏等故障，由于存在放射性，維修非常困難.

我國某核電站當前置陽床由RH型轉入RNH4型運行后，混床出水的Cl－急劇升高，導致蒸汽發生器排污水的Cl－濃度由8～10μg/L升高到80～89μg/L，由此可知，銨型混床不能應用于核電站的凝結水處理.

4 結論

（1）銨型混床的主要功能是過濾去除凝結水中的腐蝕產物，基本不能除鹽.

（2）銨型混床可用于常規熱電廠凝結水處理，但在熱力系統水質惡化或凝汽器發生突然泄漏時，銨型混床只可維持在極短的時間內改變水的離子組成作用，達不到除鹽目的.因此，一般應將氫型混床作為備用以應對水質突然發生變化的情況.

（3）銨型混床不能用于核電站凝結水處理，為了保證壓水堆核電站安全可靠地運行，核電站的凝結水處理只能采用氫型混床.

［1］韓隸傳，汪德良.熱力發電廠凝結水處理［M］.北京：中國電力出版社，2010：106-107.

［2］丁桓如.工業用水處理工程［M］.北京：清華大學出版社，2005：317-321.

［3］熊京川.核電站凝結水處理的特殊性［J］.湖北電力，2006 （2）：35-38.

［4］朱興寶.火電廠凝結水及其處理的特殊性［J］.凈水技術，2003（6）：9-11.

［5］朱鐳，梁橋洪，熊京川，等.壓水堆核電站二回路的水汽質量［J］.上海電力學院學報，2006（2）：121-132.

［6］施燮鈞，肖作善.熱力發電廠水處理：上冊［M］.第3版.北京：中國電力出版社，1996：106-168.

［7］施燮鈞，肖作善.熱力發電廠水處理：下冊［M］.第3版.北京：中國電力出版社，1996：105-108.

（編輯蘇娟）