淺談凝結水精處理系統在1000MW超超臨界機組的應用

孫繼明

（湖南省火電建設公司，湖南 株洲 412000）

隨著火力發電機組容量和參數的不斷提高，對鍋爐給水水質的要求也越來越高。凝結水流量占鍋爐給水流量的95%左右，所以凝結水水質在很大程度上決定了給水水質。凝結水精處理系統的出水水質與樹脂的分離、再生有著直接關系。文章以廣東省粵電集團惠來電廠（以下簡稱惠來電廠）#4機組的凝結水精處理系統為例，對其特點進行分析。

1 凝結水精處理系統概況

超超臨界工況下的汽水理化特性，決定了超超臨界機組鍋爐必須采用直流鍋爐。由于直流爐汽水工況的特殊性，從凝結水到主蒸汽是一次完成的，中間無汽包等中間容器，無法通過鍋爐排污去除雜質。無論雜質沉積于鍋爐熱負荷很高的超超臨界機組鍋爐的水冷壁管內，還是隨蒸汽帶入汽輪機沉積在超超臨界汽輪機上，都將對機組的安全和經濟運行帶來很大的危害。

為了確保超超臨界機組的安全運行，首先必須確保鍋爐有優良的給水水質，而凝結水精處理系統正是為了保證超超臨界高溫、高壓發電機組具有優良的給水水質而設置的。它的主要作用是除去因凝汽器泄漏帶入的雜質、系統腐蝕產物、鍋爐補給水帶入的雜質等，保證經過處理的凝結水達到鍋爐給水水質指標送入鍋爐。

惠來電廠#4機組1000MW超超臨界燃煤發電機組凝結水精處理系統配備了兩個前置過濾器和4臺混床、除鹽系統旁路、混床再循環管路，其中1臺混床備用。系統設有電動旁路閥，當溫度、壓差超過設定值或少于3臺混床運行時，系統電動旁路閥自動打開，以保護精處理設備和機組的安全運行。當任 1臺高速混床的累計流量、電導率、鈉、硅中的任一參數超過規定值時，將啟動備用的1臺混床并進行再循環運行，直到出水合格并入系統。此時，通過將失效的混床解列，然后啟動程控將失效樹脂輸送至再生系統進行再生，然后將已再生好的備用樹脂輸送至混床。

在凝結水精處理系統中，影響混床出水水質、運行周期的眾多因素中，樹脂再生所采用的方法和具體的操作步驟是最主要的，而再生步驟中尤以樹脂分離最為復雜，也最為關鍵。

2 凝結水精處理混床再生方式

2.1 精處理再生設備及再生原理

惠來電廠精處理再生單元配套的常壓3塔體外再生系統，由樹脂分離塔（SPT）、陰樹脂再生塔（ART）、陽樹脂再生兼樹脂貯存塔（CRT）以及與之配套的酸堿系統、廢水排放系統、羅茨風機系統等組成。

失效樹脂首先通過水、氣方式，從混床輸送到 SPT，經過壓縮空氣擦洗和水力反洗分層后，陰、陽樹脂得以分離。SPT上部大部分陰樹脂通過SPT中部的陰樹脂輸出管輸送到ART，剩下的陰、陽樹脂經過進一步的水力反洗分離后，由SPT底部的陽樹脂輸出管將大部分的陽樹脂送往CRT，同時保留陰、陽樹脂分界面這部分混合樹脂。

這種在SPT內陰、陽樹脂兩次水力分離的方式保證了再生前CRT和ART內陰、陽樹脂的純度，提高了樹脂的再生效果，因此，可進一步改善高速混床出水的質量，延長混床的運行周期。陰、陽樹脂分別在ART、CRT內再生完成后，將陰樹脂送至CRT內進行空氣混合、清洗，最終完成樹脂的再生。

2.2 精處理再生過程

2.2.1 采用高塔再生法

為了保證樹脂的有效分離及降低樹脂交叉污染，惠來電廠采用高塔分離，其樹脂分離塔（SPT）的上部為錐體，下窄上寬。采用塔體變徑設計后，在SPT底部能夠保持較高的水流速度，而到達塔體頂部時，因截面增大，流速減緩，避免了密度較小的陰樹脂堵塞反洗出口的水帽。同時，細長的筒身使陰陽混合樹脂交界面的截面積變小，減少了混合樹脂體積，有效地降低了樹脂交叉污染的可能性，從而可以保證下面的陽樹脂得到充分膨脹，而陰樹脂在上面不會被沖出，保證兩種樹脂得到很好的分層。

2.2.2 采用變流量反洗及二次分離工藝

采用變流量反洗及二次分離工藝，是為了提高樹脂的分離效果。樹脂分離塔設有4個開度的反洗門，由PLC自動調節控制輸出，也可手動調節反洗水流量。

在反洗初期，使用開度 1，此時反洗流量達到最大值，使混合樹脂層得到充分的膨脹，盡可能地減少陰樹脂留在罐底的機會。然后使用開度 2、3、4，慢慢關閉反洗門，緩慢減小流量。通過上述過程，陰、陽樹脂逐步分離，均勻沉降，達到理想的分離效果。

這種可調節流量的反洗控制方式，充分考慮到反洗開始時陰、陽樹脂幾乎完全混合的因素。采用大流量反洗，隨著陰樹脂的上浮，陽樹脂的沉降，會出現一定的界面層，此時逐步降低反洗流速，可使樹脂層平穩沉降，減少因過大的水流擾動而造成小顆粒的陽樹脂被水流摻雜帶入上部的陰樹脂層中。而在首次分離陰樹脂送往ART后，陽樹脂并沒有直接送往CRT，而是在SPT內進行第二次水力分離。此時，絕大多數陰樹脂已經送出，反洗分離的空間更為廣闊，從而提高了樹脂膨脹率，使得分離更加徹底。這一步驟進行的好壞，直接影響到再生好的整套樹脂的使用周期，即使有少量的陰樹脂被攜帶進CRT，則氯根提前釋放的可能性也會大大增加，會嚴重影響出水水質。

2.2.3 采用光電開關控制陰、陽樹脂界面層的高度

陰、陽樹脂分離時，嚴格控制陰、陽樹脂界面層的高度顯得尤為關鍵。若用目測的方法判定輸送終點，會有一定誤差。若用時間控制，輸送時受沖洗水泵出口的壓力、流量等因素的影響，重復性不好。

惠來電廠采用光電開關來控制陰、陽樹脂界面層的高度。隨著SPT下部的陽樹脂不斷送出，整個樹脂層的高度也徐徐下降，當陰、陽樹脂界面層高度降低到光電開關的位置時，由于陰、陽樹脂的顏色不同，利用光的反射原理、光電開關動作，通過PLC自動關閉SPT底部的樹脂輸出門，從而有效地確保陽樹脂的體積，同時也保證了每套樹脂在再生前后的總量平衡，使高速混床內的陰、陽樹脂體積比維持在設計值，為床體長期運行提供可靠的數據。

2.2.4 優化陰、陽樹脂的再生

進酸堿或置換時，會對再生的效果起到相當大的作用。比如：在進酸堿、置換和隨后的淋洗過程中，并不是單純地開啟再生劑進口門和正排門，而是每隔300 s，自動開啟底部樹脂輸出門5 s，對底部樹脂進行反沖洗，由此可避免樹脂被過度壓實。經過定時地松動樹脂層，可將再生和置換出來的雜質及時排出，消除了反離子對再生的影響，提高了離子交換的反應速度和再生度。

2.2.5 樹脂的混合及輸送

樹脂的混合與輸送會直接影響凝結水精處理的運行效果，由于陰、陽樹脂混合不勻而引起混床出水惡化的事例，在我國凝結水精處理應用已有多次報道。為了保證樹脂的充分混合，在陰、陽樹脂混合的步驟中，不是單純地光從CRT底部進壓縮空氣攪拌，而是分兩步操作。

第一步在水位較高時，開啟羅茨風機，充分攪動樹脂層，以求達到良好的混合效果。第二步為了避免高液位時進氣攪拌結束后，樹脂在沉降的過程中產生二次分層，采用一邊攪拌一邊開啟CRT的面排門，使液位緩慢降低。當水排到樹脂層上或從窺視鏡中觀察到樹脂不再被攪動即可，而邊擦洗邊排水則確保了混合良好的樹脂層沉積下來，使樹脂不再重新分離，避免了二次分層。輸送樹脂后，從前后兩個不同的方向對CRT出口管道進行雙向沖洗，以確保管道內沒有死角而造成樹脂滯留。

2.3 凝結水精處理系統的安全設計

針對以往電廠曾出現運行中的高速混床與低壓系統連接的閥門被打開，導致低壓系統管道損壞，樹脂丟失嚴重，影響設備的正常運行，故惠來電廠對精處理系統采取了以下措施：

（1）在某臺高速混床運行的情況下，所有與低壓系統連接的閥門均操作不動，只有在該高速混床進出門和升壓門關閉時，與低壓系統連接的閥門才能操作（包括程控與手動操作），避免誤操作。

（2）在中壓凝結水精處理系統與低壓系統連接處，都設有帶篩網的壓力安全閥（篩網可以泄放壓力而不讓樹脂漏過），一旦發生誤操作或閥門內漏導致管道壓力急劇升高，安全門自啟泄壓，避免低壓系統受損。通過上述兩種方法，極大地改善了凝結水精處理系統的運行工況，確保了凝結水精處理系統的安全、經濟運行。

3 結束語

惠來電廠凝結水精處理系統通過采用高塔再生法；變流量反洗及二次分離工藝；光電開關控制陰、陽樹脂界面層高度；優化陰、陽樹脂再生等技術措施，確保了樹脂有效分離，減少了廢水排放量，提高了汽水品質。