火力發電廠化學運行優化與節能降耗措施探討

文_陸海偉 張超 周慶巖 黃河清 長安益陽發電有限公司

化學運行作為火力發電廠電力生產重要組成部分，其主要任務是為機組安全經濟運行提供合格的水、汽、氣。除原水預處理、補給水處理、凝結水處理、鍋爐爐水處理、廢水處理、內冷水處理以及循環水處理等工作外，還涉及制、供氫和氨的供應。化學運行涉及區域廣、設備多、處理工藝關聯密切，尤其是從原水到除鹽水再到機組水汽的處理過程中，任意環節異常均會加重后續設備運行負擔，造成電力生產成本的增加。本文從以下幾個方面討論了火力發電廠化學運行中存在的常見問題和優化措施，有利于節能降耗和運行成本的控制。

1 化學運行中變頻技術的應用

水泵設計通常以高負荷時的用水量為依據，部分水泵設計出力與實際相差較大，當系統處于低負荷運行狀態時，水泵出力過剩，能耗浪費嚴重。對于原水經混凝澄清設備處理后部分進入工業消防水池，部分經過濾設備處理后進入化水池和生活水池的流程，在機組正常運行時工業水用量比較穩定，但對于公用的工業水系統則受機組運行數量變化以及生產中其它所需工業水的需求量變化而變化。化學水為補給水處理系統的供水，受除鹽水制水需求影響，化學水用量隨該系統啟停而變化。生活水各時段用水量不同，波動相對較大。工業水、化學水、生活水所供給的系統不同，各設備啟停和波動變化對原水用量的需求也相差較大，這就要求原水供給能夠靈活調整。若原水采用工頻水泵供給，則對于復雜的用水系統難以保證各水池水位穩定，難免造成水資源和電能浪費。

因此，用水量需要經常調整的系統可采用變頻水泵供水，以靈活調整水泵出力，降低水耗和電耗。較為常見的是將某臺原水泵進行變頻改造，當原水用量較大時可采用工頻水泵搭配變頻水泵的方式運行，原水用量較少時可只運行變頻水泵，以達到節水和節電的目的。工業水泵、工業水回收泵等進行變頻改造也可取得較好的節能效果。

2 原水預處理系統運行

水的預處理是采用混凝、沉降、澄清和過濾的方法去除水中的懸浮物、膠體和有機物。澄清設備是大多數火力發電廠預處理系統的第一級設備，經其處理后，水中大部分懸浮物、膠體和有機物被去除。因水中還殘留了一些懸浮物和絮凝體，其穩定的濁度在2NTU-10NTU范圍內，若需進入補給水除鹽處理系統則還須經過過濾處理，以免造成后級水處理設備污堵和污染。

澄清器穩定運行的基礎是良好的泥渣特性（如泥渣活性、泥渣濃度、泥渣層高度等），只要是影響泥渣特性的因素，都會對澄清器的運行產生影響。以機械加速澄清池為例，能否保證足夠的泥渣回流量和是否及時排泥對澄清池的正常運行有重要影響。攪拌器轉速直接影響其提升作用，過低將導致泥渣回流效果差、泥渣層高度降低，嚴重時第二反應室變清、分離室清水區泛白等；過高將導致泥渣層過高，水量波動時極易發生翻池。排泥是控制泥渣層高度和濃度的重要操作，若排泥不及時會使泥渣層過高，泥渣濃度過大，影響出水水質。另外，混凝劑投加量也是影響澄清池經濟運行的重要因素。合理的混凝劑加藥量、排污量和攪拌器轉速不僅能降低機械加速澄清池運行的加藥成本、水耗、電耗，還可避免因其出水水質不良造成的后級水處理設備污堵和污染。如超濾系統進水水質不良將加速自清洗過濾器的污堵和超濾膜的污染，使超濾產水量下降、運行壓差增大、反洗頻率增加，嚴重時將影響后續除鹽系統的運行并加速該系統中樹脂的污染。

3 離子交換樹脂再生與復蘇

離子交換水處理的兩個主要階段是運行制水和離子交換樹脂再生，運行制水為離子交換樹脂交換容量發揮的過程，再生為交換容量恢復的過程。再生效果不佳會降低離子交換器的工作交換容量，使周期制水量降低和酸、堿、水、電耗增加。離子交換器再生時，水耗主要發生在反洗、進酸堿液的稀釋、置換、樹脂清洗和正洗等步驟。反洗、樹脂清洗用水量取決于樹脂層被懸浮物污染的程度。對于一級復床除鹽系統，因陽床在運行中截留的懸浮物相對較多，因此陽床反洗用水量較大；對于未設置和設置前置過濾器的凝結水精處理高速混床，前者樹脂再生過程中所需空氣擦洗的次數也相對較多；另外，再生徹底與否對正洗用水量影響較大。

要保證樹脂再生效果除酸堿質量、離子交換器不發生偏流等因素外，還要保證樹脂中的懸浮物清洗徹底、合適的酸堿濃度和酸堿量以及充分的置換時間。無論補給水處理還是凝結水精處理系統混床，再生都要求陰陽樹脂分離徹底，而后者還需保證陰樹脂合適的再生溫度。此外，逆流再生一級復床進酸堿和置換過程中，排開度不當發生虹吸導致樹脂亂層以及補給水處理混床同步進酸堿時使再生液液面過高或過低均會造成再生不徹底，嚴重降低周期制水量甚至再生失敗。樹脂在長期運行后難免發生污染，嚴重污染會造成樹脂性能下降、工作交換容量降低、離子泄漏量增加，影響出水水質，還增加了酸堿耗及廢水處理等其它水處理運行成本。因此，要達到節能降耗目的必須保證樹脂再生效果，并及時對受污染樹脂進行復蘇。

4 凝結水精處理高速混床氫型運行

凝結水精處理的目的是去除凝結水中的金屬腐蝕產物和微量的溶解性鹽，以保證熱力系統水汽品質合格和機組安全穩定運行。凝結水精處理混床銨化運行能夠延長設備運行周期、節省運行費用、降低勞動強度并減少再生廢液的排放量。銨化混床運行可分為氫型運行階段、轉型階段和銨化運行階段。在氫型混床向銨化混床過渡期間（即轉型階段），出水中銨泄漏量逐漸上升，pH值、電導率也逐漸上升，鈉離子、氯離子或硫酸根泄漏量均增大。鈉離子會引起汽輪機高壓缸積鹽，氯離子則會導致低壓缸發生點蝕。氫電導率大于0.10μS/cm是凝結水精處理高速混床控制運行終點的重要指標之一，但混床開始漏銨或進入銨化運行階段后即使氫電導率合格，其出水中鈉離子和氯離子質量濃度也可能會超過1.0μg/L。

為有效保證高速混床氫型運行，可結合其出水電導率及鈉離子、氯離子、二氧化硅含量等判斷失效終點。根據《火力發電機組及蒸汽動力設備水汽質量》的要求，過熱蒸汽壓力大于18.3MPa的鍋爐其凝結水除鹽后氫電導率應≤0.10μS/cm，其它離子含量也有嚴格的限制。高速混床采用氫型運行方式可有效降低機組發生腐蝕、結垢和積鹽的風險，但氫型混床周期產水量少、自用除鹽水量和酸堿消耗量顯著增加，嚴重影響凝結水精處理運行的經濟性。為達到節能降耗的目的，部分電廠采用自動加氨方式精確控制給水pH值的上限、調整高速混床陰陽樹脂配比以及優化再生技術參數等措施，取得了較好的效果。

5 再生廢水處理的優化和其它措施

補給水除鹽處理和凝結水精處理的陰、陽樹脂再生過程中，因樹脂再生要求的酸堿濃度不同以及在陰陽樹脂再生階段酸堿再生過程不同步均會導致酸堿廢水的產生。不經過中和作用的酸性廢水和堿性廢水若作為工業廢水直接進行排放，不僅增加工業廢水處理系統的運行負荷，還會導致資源不能合理利用，廢水處理時間增加、效率降低以及廢水處理費用增加。因此，處理酸堿廢水時可根據廢水排放規律設置相應體積的中和設備，收集酸堿廢水進行中和處理后再由其工業廢水處理系統進行處理，以提高廢水處理效率、減少廢水處理系統的負擔和不必要的資源損耗。

除上述措施外，還應加強對化學運行設備的管理和運行人員的教育和培訓，不斷提高操作技術水平，實現規范化操作和勞動態度的積極轉變。在日常工作中必須及時總結并解決化學運行中出現的影響節能降耗效果的問題、不斷優化工藝和設備參數、根據需要采用新技術以及根據生產規律適時調整以不斷降低化學運行成本。

6 結語

在當前電力生產格局和復雜的經濟環境中，火力發電企業要在激烈競爭的市場占據一席之地就必須不斷提升自身競爭力。化學運行作為火力發電廠電力生產的重要組成部分，根據其自身特點采取各項節能降耗措施，合理優化工藝和運行參數，對控制電力生產成本提高火力發電企業競爭力具有重要意義。