600 MW直接空冷機(jī)組真空泵溢流水回用試驗(yàn)分析

劉朝輝，龍 瀟

(1.華北電力大學(xué)，河北 保定 071000；2.國(guó)網(wǎng)河北省電力公司電力科學(xué)研究院，石家莊 050021)

600 MW直接空冷機(jī)組真空泵溢流水回用試驗(yàn)分析

劉朝輝1，2，龍 瀟2

(1.華北電力大學(xué)，河北 保定 071000；2.國(guó)網(wǎng)河北省電力公司電力科學(xué)研究院，石家莊 050021)

針對(duì)真空泵溢流水回收至熱力系統(tǒng)凝補(bǔ)水箱導(dǎo)致給水電導(dǎo)率升高的問(wèn)題，對(duì)水樣進(jìn)行試驗(yàn)分析，認(rèn)為銨離子質(zhì)量濃度較高是導(dǎo)致給水電導(dǎo)率升高的主要原因，提出將真空泵溢流水回收到反滲透產(chǎn)水系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)陽(yáng)床除去銨離子再回收利用的方案及建議。

600 MW直接空冷機(jī)組； 真空泵溢流水； 污水回用；水樣檢測(cè)

火力發(fā)電廠是消耗水資源的大戶，目前，我國(guó)電力工業(yè)技術(shù)發(fā)展很快，火電廠的用水水質(zhì)要求越來(lái)越高，廢水排放的限制也越來(lái)越多，對(duì)環(huán)境的保護(hù)要求日趨嚴(yán)苛。空冷機(jī)組技術(shù)也應(yīng)運(yùn)而生，而且發(fā)展迅速。直接空冷機(jī)組沒(méi)有使用中間冷卻介質(zhì)，直接用空氣對(duì)汽輪機(jī)排汽冷卻，不消耗水，較濕式冷卻系統(tǒng)節(jié)約用水大約70% ，且選址不受水源的制約，適于我國(guó)北方缺水地區(qū)推廣，在投資、運(yùn)行、維護(hù)等各個(gè)方面均優(yōu)于間接空冷系統(tǒng)[1]。直接空冷機(jī)組以其獨(dú)有的節(jié)水優(yōu)勢(shì)越來(lái)越受到人們的青睞。但是，直接空冷機(jī)組在其運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的真空泵溢流水，這部分水也非常可貴。為了節(jié)約用水，保護(hù)資源，以下對(duì)這部分水回用到鍋爐系統(tǒng)的可行性進(jìn)行分析。

1 存在的問(wèn)題

某電廠運(yùn)行2臺(tái)600 MW直接空冷機(jī)組，鍋爐為B&WB-2070/17.5-M型亞臨界、自然循環(huán)、前后墻對(duì)沖燃燒、一次中間再熱、單爐膛平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣方式、半露天布置、全鋼構(gòu)架的∏型汽包爐。汽輪機(jī)為ZK600-16.7/538/538型亞臨界、單軸、一次中間再熱、四缸四排汽直接空冷凝汽式汽輪機(jī)，額定工況出力600 MW，TMCR工況出力645 MW。發(fā)電機(jī)為50WT23E-138型，發(fā)電機(jī)額定功率為600 MW，額定容量為667 MVA。化學(xué)補(bǔ)給水系統(tǒng)為2臺(tái)80 t/h反滲透系統(tǒng)加二級(jí)除鹽系統(tǒng)，補(bǔ)水量約為80 t/h；凝結(jié)水精處理采用3臺(tái)50%粉末樹(shù)脂覆蓋過(guò)濾器，兩用一備。

該廠真空系統(tǒng)設(shè)置2臺(tái)真空泵，在運(yùn)行期間，將收集大量的抽汽，抽汽冷卻凝結(jié)成水，這部分水習(xí)慣上叫做真空泵溢流水。為了降低熱耗、節(jié)約水資源，該電廠決定對(duì)真空泵溢流水進(jìn)行回收利用。該電廠2次將真空泵凝結(jié)溢流水回收至熱力系統(tǒng)的凝補(bǔ)水箱，2次引起給水電導(dǎo)率升高，高達(dá)60～80 μS/cm，威脅機(jī)組安全，無(wú)法滿足回用要求。

2 試驗(yàn)分析

2.1 參照標(biāo)準(zhǔn)

2011年9月1日該廠采集1號(hào)、2號(hào)真空泵溢流水水樣，并對(duì)其進(jìn)行離子色譜痕量分析。水樣處理和分析參照DL/T 954-2005《火力發(fā)電廠水汽實(shí)驗(yàn)方法痕量氟離子、乙酸根離子、甲酸根離子、氯離子、亞硝酸根離子、硝酸根離子、磷酸根離子和硫酸根離子的測(cè)定-離子色譜法》和GB/T 15454-2009《工業(yè)循環(huán)冷卻水中鈉、銨、鉀、鎂和鈣離子的測(cè)定-離子色譜法》進(jìn)行。

2.2 檢測(cè)設(shè)備及方法

試驗(yàn)采用ICS-2500型離子色譜儀，恒流處理，自動(dòng)進(jìn)樣。離子色譜儀以淋洗液為流動(dòng)相，將樣品帶入離子分析柱，分析柱中的樹(shù)脂層對(duì)樣品進(jìn)行分離后采取電導(dǎo)檢測(cè)，通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)溶液比對(duì)得出溶液離子質(zhì)量濃度。

2.3 水樣檢測(cè)

2.3.1 第1次水樣檢測(cè)

1號(hào)、2號(hào)真空泵溢流水第1次水樣檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1，該電廠爐內(nèi)系統(tǒng)水汽檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。

表1 第1次水樣檢測(cè)結(jié)果 μg/L

表2 該電廠爐內(nèi)系統(tǒng)水汽檢測(cè)結(jié)果 μg/L

通過(guò)表1可以看出，1號(hào)、2號(hào)真空泵溢流水中的銨離子、鈣離子質(zhì)量濃度較大，而其他離子質(zhì)量濃度較低。對(duì)比表1和表2數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)該電廠凝結(jié)水銨離子質(zhì)量濃度在500～600 μg/L之間，而真空泵溢流水的銨離子質(zhì)量濃度在其20倍左右，其鈣離子質(zhì)量濃度相對(duì)也很高，由此可以初步判斷質(zhì)量濃度較大的銨離子和鈣離子是影響給水水質(zhì)電導(dǎo)率指標(biāo)的關(guān)鍵因素。而該電廠的凝結(jié)水沒(méi)有精處理，只有粉末樹(shù)脂覆蓋過(guò)濾器，所以初步確定真空泵溢流水直接補(bǔ)入凝補(bǔ)水箱提高了銨離子等溶質(zhì)的質(zhì)量濃度，導(dǎo)致該廠給水電導(dǎo)率升高。

2.3.2 第2次水樣檢測(cè)

水質(zhì)為痕量分析，樣品易于污染，為了排除樣品污染造成的系統(tǒng)誤差，對(duì)溢流水進(jìn)行二次檢測(cè),同時(shí)對(duì)水箱水進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 第2次水樣檢測(cè)結(jié)果 μg/L

由表1、表3數(shù)據(jù)可以看出，2次送樣銨離子質(zhì)量濃度檢測(cè)數(shù)據(jù)基本一致，第2次檢查真空泵溢流水銨離子質(zhì)量濃度依舊接近凝結(jié)水中銨離子質(zhì)量濃度的20倍，表3中真空泵溢流水的鈣離子質(zhì)量濃度為零，與表1不一致，說(shuō)明第1次樣品的取樣環(huán)節(jié)存在硬度污染問(wèn)題。

2.3.3 銨離子對(duì)電導(dǎo)率的影響分析

配置10 mg/L標(biāo)準(zhǔn)銨離子溶液1 L，對(duì)這部分銨離子進(jìn)行電導(dǎo)率檢測(cè)，電導(dǎo)率檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 電導(dǎo)率檢測(cè)結(jié)果 μS/cm

表4分析可見(jiàn)，銨離子質(zhì)量濃度貢獻(xiàn)的電導(dǎo)率和該廠溢流水直接回用到凝補(bǔ)水箱時(shí)產(chǎn)生的給水電導(dǎo)率數(shù)據(jù)異常值相近。由表4可知，配置的質(zhì)量濃度為10 mg/L 的銨離子溶液檢測(cè)電導(dǎo)率值為89.0 μS/cm，可見(jiàn)真空泵溢流水內(nèi)檢測(cè)出的銨離子質(zhì)量濃度過(guò)高是該部分溢流水電導(dǎo)率升高的主要原因。因此可以再次驗(yàn)證之前認(rèn)為的銨離子質(zhì)量濃度過(guò)高不宜直接回用的判斷。

2.4 試驗(yàn)結(jié)果及分析

表1、表3檢測(cè)結(jié)果表明，該真空泵溢流水基本沒(méi)有鎂離子、鈣離子、鉀離子、氟離子、硝酸根離子、磷酸根離子，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)具體情況初步判斷該部分水不存在其它水流入造成的污染問(wèn)題。1號(hào)、2號(hào)真空泵溢流水水樣銨離子質(zhì)量濃度檢測(cè)結(jié)果分別為9.734 mg/L、10.144 mg/L。參照GB 12145-2008《火力發(fā)電機(jī)組及蒸汽動(dòng)力設(shè)備水汽質(zhì)量》中亞臨界機(jī)組的水汽質(zhì)量要求，為了防止水汽系統(tǒng)的腐蝕，壓力大于18.3 MPa的機(jī)組給水電導(dǎo)率應(yīng)該控制在0.15 μS/cm以下，所以當(dāng)高銨離子質(zhì)量濃度的真空泵溢流水直接進(jìn)入給水時(shí)，這部分離子可能產(chǎn)生很高的電導(dǎo)率值，而且在一定程度上會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成腐蝕。

由表4送樣檢測(cè)結(jié)果分析可見(jiàn)，真空泵溢流水再次送樣檢測(cè)得銨離子質(zhì)量濃度依舊很高，約為9.441 mg/L。這樣就排除了樣品采集污染因素；水箱水銨離子質(zhì)量濃度檢測(cè)為5.789 mg/L，說(shuō)明真空泵溢流水中銨離子已經(jīng)進(jìn)入到了水箱水中，會(huì)造成給水電導(dǎo)率升高很多，達(dá)到嚴(yán)重超標(biāo)的程度。由此可見(jiàn)，較高的銨離子質(zhì)量濃度就是導(dǎo)致系統(tǒng)電導(dǎo)率值升高的主要原因。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研情況來(lái)看，該部分真空泵溢流水有和空氣接觸的問(wèn)題存在，空氣中的二氧化碳易溶于水中，堿性環(huán)境的銨離子也對(duì)二氧化碳的溶入起了促進(jìn)作用，這些因素都可能導(dǎo)致給水系統(tǒng)電導(dǎo)率的升高。

3 除鹽后再回收的方案分析

該電廠為亞臨界直接空冷機(jī)組，采用覆蓋過(guò)濾器而非高速混床作為精處理系統(tǒng)，而覆蓋過(guò)濾器除鹽效果不佳，因此真空泵溢流水直接進(jìn)入凝結(jié)水經(jīng)覆蓋過(guò)濾器處理后，銨根離子含量較高導(dǎo)致電導(dǎo)率超標(biāo)不能滿足機(jī)組運(yùn)行要求。要想回用真空泵溢流水就必須先經(jīng)過(guò)除銨離子等鹽分才可行。

該電廠制水系統(tǒng)主要由多介質(zhì)過(guò)濾器、反滲透預(yù)脫鹽裝置、一級(jí)除鹽加混床及附屬系統(tǒng)組成。具體流程如下：自來(lái)水管網(wǎng)來(lái)水→清水池→清水泵→多介質(zhì)過(guò)濾器→反滲透保安過(guò)濾器→高壓泵→反滲透組件→除碳器→淡水箱→淡水泵→陽(yáng)離子交換器→陰離子交換器→混合離子交換器→除鹽水箱。

如果將真空泵溢流水增加到除鹽設(shè)備之前的預(yù)處理系統(tǒng)，將該水體與該電廠水處理系統(tǒng)中反滲透進(jìn)水水質(zhì)進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)真空泵溢流水的電導(dǎo)率雖略高于反滲透產(chǎn)水，但除銨離子外，其他離子含量較低，因此與反滲透產(chǎn)水混合直接進(jìn)入水處理一級(jí)除鹽，即陽(yáng)床進(jìn)行處理完全可行。考慮到水處理系統(tǒng)中反滲透回收率為75%，如果回到反滲透進(jìn)水，會(huì)有超過(guò)25%的水浪費(fèi)掉，回用至反滲透產(chǎn)水為最經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式。依照上述方式回收真空泵溢流水，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，給水電導(dǎo)率保持在0.15 μS/cm以下，符合安全運(yùn)行要求，所以這種回用方式是可行的。

4 結(jié)論及建議

a. 真空泵溢流水中銨離子質(zhì)量濃度較高，是系統(tǒng)給水電導(dǎo)率升高的主要因素，二氧化碳的溶入也是系統(tǒng)電導(dǎo)率升高的主要原因之一。

b. 研究表明，真空泵溢流水不能直接引入給水系統(tǒng)。如果直接引入，將導(dǎo)致給水電導(dǎo)率值升高至89.0 μS/cm，這和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)電導(dǎo)率值60～80 μS/cm相一致，這樣將無(wú)法滿足機(jī)組安全運(yùn)行的水質(zhì)要求，這種水長(zhǎng)時(shí)間引入會(huì)給系統(tǒng)造成腐蝕，危害系統(tǒng)安全。

c. 建議將真空泵溢流水回收到反滲透產(chǎn)水系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)陽(yáng)床除去銨離子再回收利用，是相對(duì)經(jīng)濟(jì)有效和可行的處理方式。

[1] 楊東方．凝結(jié)水處理[M]．北京：水利電力出版社，1989．

[2] 張愛(ài)敏．電廠化學(xué)設(shè)備運(yùn)行[M]．北京：中國(guó)電力出版社，2005．

[3] 莊秀梅．電廠水處理技術(shù)[M]．北京：中國(guó)電力出版社，2005.

本文責(zé)任編輯：楊秀敏

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Aiming at the increased conductivity of feed water by vacuum condensate water recycled to condensate makeup tank of thermal system,test analyzes water samples,considers that high concentration of ammonium ion of water is the main reason,advances one suggestion that vacuum pump overflow water should be recycled to reverse osmosis water system,after the cation bed, ammonium ions can be removed.

600 MW air-cooling unit;vacuum pump overflow water;sewage reuse;water samples detection

2013-11-11

劉朝輝(1982-)，男，工程師， 主要從事電廠環(huán)境工程相關(guān)工作研究。

TM621.8

B

1001-9898(2014)01-0049-03