CN105883971A - 一种发电机组凝结水处理***的改造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发电机组凝结水处理***的改造方法，包括以下步骤：（1）将前置过滤器替换为前置氢床，所述前置氢床内的阳树脂与高速混床中的阳树脂相同；（2）将阳再生塔/贮存塔中的一套备用的阴阳混脂撤除，使阳再生塔/贮存塔保持空塔备用状态；（3）在前置氢床上安装树脂输送管道，所述树脂输送管道与树脂再生***的树脂输送管道连接；（4）保留前置过滤器旁的旁路***，作为前置氢床的旁路***。该改造方法简单，成本较低，大大提高了***的周期制水量和水质。

Description

一种发电机组凝结水处理***的改造方法

技术领域

本发明属于电站凝结水处理领域，尤其是涉及一种发电机组凝结水处理***的改造方法。

背景技术

目前超临界发电机组的凝结水处理大多采用“前置过滤+高速混床”技术工艺，如图1所示，其中前置过滤采用的是前置过滤器，前置过滤器负责去除凝结水中的悬浮物和腐蚀产物（以铁氧化物为主），高速混床负责去除凝结水中的盐类离子。混床采用体外再生***，以“高塔法”为主，包括分离塔、阴再生塔、阳再生塔/储存塔，其中阳再生塔/储存塔中会放置一套阴阳混脂，作为备用。

由于目前超临界及以上参数发电机组采用的给水处理工艺一般为氧化性全挥发处理和还原性全挥发处理，给水pH值一般控制在9.2～9.6范围，凝结水含氨量较大，造成混床周期制水量一般不超过100000m³，运行周期一般在5～7天。在两台600MW机组双机运行（7套树脂）的情况下，混床树脂再生频率约为每周两到三次；而在两台1000MW机组双机运行（9套树脂）的情况下，混床树脂再生频率约为每周四到五次。树脂再生频繁、工作量大，若遇到***故障，往往导致失效的混床树脂排队等候再生，甚至因无法及时再生树脂而造成无备用混床可用。鉴于以上情况，一些电厂不得不延长已失效混床的运行时间、放任混床由氢型运行状态转入铵型运行状态，此时树脂层中水的pH值上升，OH^－离子增多，使树脂的交换反应逆向进行，不仅不吸收氯离子等杂质阴离子，而且原来吸收的部分杂质氯离子，也将被水中的OH^－离子所排代，重新回到水中，从而形成氯离子排代峰，与此同时，NH₄ ⁺离子开始排代钠离子，使水中出现钠离子排代峰。

以上反应可以看成是利用水中NH₄OH溶液对混床树脂层中的钠型、氯型失效树脂（RNa、RCl）进行再生的过程，再生反应如下：

RNa+RCl+NH₄OH = RNH₄+ROH+Na⁺+ Cl^－

综上所述，氢型混床失效后，如不及时退出，而是继续运行，并向铵型混床转型，将出现氯离子和钠离子的排代峰，向后释放出大量氯离子和钠离子，会造成热力设备积盐以及腐蚀，而且会降低出水水质。

汤舟虹在《企业技术开发》上公开了600MW机组凝结水精处理***改造，通过更换前置过滤器启动滤元，更换前置过滤器和高混阀门垫子，更换精处理再生***阀门，对再生工艺及工艺程序进行优化以及修复及校正进水装置挡板等方法对凝结水精处理***进行改造，改造后，精处理装置超压、泄漏、出水品质不合格、制水量低问题都得到解决，而且高混出水氢电导明显下降。该改造方法对凝结水精处理***的水质以及周期制水量的改善不大。

对于早期建成的发电厂来说，发电机组凝结水处理***已建造完成并投入使用，现在若重新设计建设新的发电机组凝结水处理***成本高，工期长。因此在发电机组凝结水处理***的基础上进行改造，使其符合现有的工艺条件是十分必要的。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种发电机组凝结水处理***的改造方法，该改造方法简单，成本较低，大大提高了***的周期制水量和水质。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种发电机组凝结水处理***的改造方法，包括以下步骤：

（1）将前置过滤器替换为前置氢床，所述前置氢床内的阳树脂与高速混床中的阳树脂相同；

（2）将阳再生塔/贮存塔中的一套备用的阴阳混脂撤除，使阳再生塔/贮存塔保持空塔备用状态；

（3）在前置氢床上安装树脂输送管道，所述树脂输送管道与树脂再生***的树脂输送管道连接；

（4）保留前置过滤器旁的旁路***，作为前置氢床的旁路***。

优选的，将2台前置过滤器替换为2-3台前置氢床。

优选的，将2台前置过滤器替换为2台各1/2凝结水流量的前置氢床；

或将2台前置过滤器替换为3台各1/3凝结水流量的前置氢床；

或将2台前置过滤器替换为2台各1/2凝结水流量的前置氢床，留1台备用。

优选的，所述前置氢床运行的流速满足空塔流速为100～120m/h。

优选的，所述前置氢床和高速混床中的阳树脂在阳再生塔/贮存塔再生之前，进行空气擦洗，直至阳再生塔/贮存塔排水清澈为止。

优选的，所述旁路***上设置流量调节阀以调节旁路凝结水流量。

优选的，所述前置氢床为圆柱形离子交换器或球形离子交换器。

本发明的有益效果是：

1、本发明对发电机组凝结水处理***的改造是在原有的“前置过滤+高速混床”技术工艺基础上进行改造，将前置过滤器撤掉后，替换为前置氢床，并重新布置树脂输送管道和凝结水主管道与前置氢床对接，整体改动小，成本较低，便于施工。

2、将前置过滤器改为前置氢床，不仅保留了除铁功能，更重要的是新增了除氨能力，而且替换为前置氢床后，可保证混床运行在最佳的进水pH值之下，在实际生产中，能够提高混床的制水量4倍以上，且大大降低混床树脂的再生频率，而前置氢床只需要再生阳树脂，操作步骤简单；而且避免了混床出水中产生氯离子、钠离子“排代峰”的风险，提高了混床的除盐能力，切实保证了混床的出水水质，降低了汽轮机等热力设备的腐蚀、积盐、结垢风险。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为改造前的发电机组凝结水处理***的结构简图；

图2为改造后的发电机组凝结水处理***的结构简图；

图3为模拟实验的试验装置图；

图4为模拟实验中比电导率与周期制水量的关系图；

图5为模拟实验中裸混床出口氯离子含量与比电导率的关系曲线；

图6为模拟实验中后置混床出口氯离子含量与比电导率的关系曲线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

对比例

图1为改造前的发电机组凝结水处理***，采用“前置过滤+高速混床”工艺，包括前置过滤器和高速混床，树脂再生***包括分离塔、阴再生塔和阳再生塔/储存塔，其中阳再生塔同时是树脂储存塔，会放置一套备用的阴阳混脂；前置过滤器旁边会设置旁路***，即设置旁路阀，当前置过滤器出现问题无法使用时，凝结水直接从旁路***流过，凝结水泵来水经过前置过滤器后进入高速混床，高速混床中的阴阳树脂经过树脂输送管道输送入树脂再生***再生。

实施例1

图2为改造后的发电机组凝结水处理***的结构简图，图2相对于图1中的改造方法为：

（1）将前置过滤器撤掉后，替换为前置氢床，前置氢床运行的流速需要满足空塔流速为100～120m/h，其中前置氢床内的阳树脂与高速混床中的阳树脂完全相同，这是因为前置氢床与高速混床共用一套树脂再生***，前置氢床可以采用圆柱形离子交换器或球形离子交换器；

另外视现场空间条件，可以将2台前置过滤器替换为2-3台前置氢床，其中可以将2台前置过滤器替换为2台各1/2凝结水流量的前置氢床；或将2台前置过滤器替换为3台各1/3凝结水流量的前置氢床；或将2台前置过滤器替换为2台各1/2凝结水流量的前置氢床，留1台备用，本实施例中是将2台前置过滤器替换为2台各1/2凝结水流量的前置氢床。

（2）将阳再生塔/贮存塔中的一套备用的阴阳混脂撤除，使阳再生塔/贮存塔保持空塔备用状态，既可以用于再生前置氢床的阳树脂，也可以用于再生从分离塔底部输送过来的混床阳树脂；

（3）在前置氢床上安装树脂输送管道，如图2所示，在高速混床至树脂再生***的树脂输送管道靠近前置氢床的位置开三通，接不锈钢管道与前置氢床的树脂输送管道对接，使前置氢床上的树脂输送管道与树脂再生***的树脂输送管道连接，并安装控制阀门；

（4）保留前置过滤器旁的旁路***，作为前置氢床的旁路***，而且还可以在旁路***上设置流量调节阀以调节旁路凝结水流量；

（5）其中前置氢床和高速混床中的阳树脂在阳再生塔/贮存塔再生之前，可以采用罗茨风机进行空气擦洗，直至阳再生塔/贮存塔排水清澈为止。

模拟实验

以单机600MW机组的凝结水处理***为模板，模拟高速混床的树脂装填量和高速混床的流量，设计试验装置如图3所示，图3中包括改造前的发电机组凝结水处理***即“前置过滤器+裸混床”，与图1的结构类似，也包括改造后的发电机组凝结水处理***即“前置氢床+后置混床”，与图2中的结构类似。其中树脂的装填量为前置氢床装阳树脂4L，裸混床和后置混床分别装填已再生并混合好的阴阳混脂7.5L（阳、阴树脂比例为1:1）。

试验装置安装在某电厂的汽机厂房内，“前置过滤器+裸混床”***及“前置氢床+后置混床”***均通过不锈钢内波纹软管及减压阀与凝结水管道上的压力表取样管实现软连接，以凝结水泵来水为进水；试验装置中的所有阀门均使用TP304不锈钢材质，管材、取样阀、流量计等采用无污染的ABS及PVC材质。

试验装置中的离子交换柱的材质为有机玻璃，顶部设排气门，用于离子交换柱满水排气；离子交换柱上部进水、下部出水，设有集水器，通流面积不小于进水管的通流面积。

模拟试验开始后，调节裸混床和前置氢床的进口流量相同，均为0.8m³/h。通过取样门取样检测并记录凝结水入口、裸混床出口、前置氢床出口、后置混床出口的比电导率、累计流量以及Cl^－含量等参数；分析混床累计制水量、出水pH、比电导率、Cl^－含量变化的相互关系，具体见图4、图5和图6所示。

图4为比电导率与周期制水量的关系图，由图4所示，对于“前置过滤器+裸混床”以及“前置氢床+后置混床”******：试验装置入口处即凝结水入口处的比电导率在3.72～6.07μs/cm之间波动，计算pH值在9.08～9.35之间。裸混床出口的比电导率在制水量达到164.4m³时为0.09μs/cm，当制水量达到172m³时，比电导率达到0.26μs/cm，表面此时裸混床已开始漏氨，进入氢型向铵型的转型阶段。此后，裸混床出口的比电导率快速升高，在制水量达到223m³时，其出口和入口的比电导率基本相等，混床进入铵型运行阶段。

对于模拟试验装置中的“前置氢床+后置混床”***，由于其前置氢床的阳树脂装填量比裸混床的阳树脂装填量多出约6%，因此，其制水量也应略多于裸混床。由图4所示，前置氢床出口比电导率在制水量达到172m³时为0.10μs/cm，当制水量达到183m³时，比电导率达到了0.26μs/cm，此时前置氢床也开始向铵型转型，相比裸混床，其制水量也相对多了约6%（10m³），这与阳树脂的装填量成正比关系。这表明凝结水在混床运行中，由于水汽***中加了大量氨，占用了阳树脂的大部分交换容量，使得阳树脂过早失效，降低了树脂的利用率。因此决定混床氢型运行的周期长短在于混床阳树脂量的多少。但由于运行机组的凝结水混床及再生设备已经定型，这提示我们采用新的设计思路来提高阳树脂的比例。

前置氢床和后置混床串联运行，在前置氢床运行前期，其树脂吸收了凝结水中包括NH₄ ⁺离子在内的大部分阳离子，出水只含有少量阴离子杂质，相比裸混床进口，后置混床的进水pH值接近中性，这对混床的除盐反应极为有利：

RH+ROH+NaCl = RNa+RCl+H₂O

由于混床中阳、阴树脂充分混合，离子交换反应生成的H⁺和OH^－马上结合成离解度极小的H₂O分子，消除了反离子作用，离子交换反应进行的十分彻底，出水水质得到良好保障。

由图4可知，由于前置氢床的存在，使得后置混床在出口比电导率为0.10μs/cm时，其制水量达到了336m³，制水量达到裸混床的2倍以上。

由此可见前置氢床的阳树脂量越多，后置混床的制水量越大。如果失效的前置氢床有备用床可随时替换，则后置混床的周期制水量可以得到极大提高；即使没有备用的前置氢床，只要失效的前置氢床阳树脂能得到便捷快速的再生，后置混床的周期制水量也可以大大提高。而前置氢床失效阳树脂的体外再生过程十分简单，在阳再生塔中可快速完成，无需如混床失效树脂那样必须经过阴阳树脂高塔分离、再生、混脂等复杂操作。这就为大幅提高凝结水混床的周期制水量创造了极为有利的条件。

图5为裸混床出口氯离子含量与比电导率的关系曲线，图6为后置混床出口氯离子含量与比电导率的关系曲线。图5、图6表明：当混床出口比电导率在0.10μs/cm之下时，混床出口的氯离子含量基本在1μg/L以下波动；当混床出口比电导率超过0.10μs/cm并开始快速升高后，氯离子含量也急剧上升，最后稳定到约5.5μg/L，表明随着混床开始由氢型向铵型转化（出水漏氨），出现了氯离子的“排代峰”，混床在氢型运行阶段吸收的氯离子被大量释放到出水中；这是因为当混床中的阳树脂开始失效后，逐渐失去除氨能力，混床出水开始漏氨，出水pH值和比电导率也逐渐上升。树脂层中水的pH值上升，OH^－离子含量增多，使阴树脂的交换反应逆向进行，不仅不再吸收（或吸收不完全），而且原来吸收的氯离子等部分杂质阴离子，也可能被水中的OH^－离子所排代，重新回到水中：

ROH+Cl^－= RCl+OH^－（逆向进行）

以上过程，也可以看做是凝结水中所含NH₄OH对树脂层进行再生的过程：对阴树脂，是利用NH₄OH离解产生的OH^－离子再生阴树脂，使阴树脂已吸收的Cl^－被排代出来；对阳树脂，则是NH₄ ⁺离子排代Na⁺，使水中出现Na⁺排代峰：

RNH₄+Na⁺ = RNa+NH₄ ⁺（逆向进行）

从离子交换反应来看，上述反应的逆向进行实际是凝结水中的NH₄OH对阴、阳树脂进行再生，而被排代出来的Na⁺、Cl^－等离子杂质就是再生过程中产生的废液。排代量的多少，与树脂相中杂质离子的含量和氢型运行阶段树脂吸收的杂质离子量有直接关系。经过转型阶段后，混床将彻底进入铵型运行阶段，床层内树脂的离子形态与进水中杂质离子的含量和比例都已达到平衡，表现为出水水质等于进水水质。

上述模拟试验完全证实了混床在从氢型向铵型转型阶段，不仅存在钠离子的排代，而且也存在氯离子的排代。氯离子为腐蚀性阴离子，能够破坏金属表面的保护膜，在发电机组水汽***中易引发金属点状腐蚀。特别是机组热力***中的奥氏体钢，更是对氯离子高度敏感，极易在氯离子和应力的共同作用下，发生应力腐蚀开裂。

本发明的改造方法将前置过滤器替换为前置氢床，提前消除了混床的除氨负荷，可保证后置混床运行在最佳的进水pH值之下，大幅提高了***的周期制水量，使混床树脂的再生频率显著下降，彻底消除了混床因树脂来不及再生而被迫转入铵型运行的可能，避免了混床出水中出现氯离子、钠离子“排代峰”的风险，提高了混床的除盐能力，切实保证了混床的出水水质，降低了汽轮机等热力设备的腐蚀、积盐、结垢风险，有利于发电机组的安全、经济、环保、低碳运行。

生产试验

将本发明的发电机组凝结水处理***改造方法应用于某电厂的2台600MW机组中，在未改造前即采用图1中发电机组凝结水处理***时，即每台机组配置2台前置过滤器和3台高速混床，总共采用7套树脂，每台混床内有一套，再生间还有一套备用树脂，单台机组运行时，每台混床周期制水量约为10万吨，可运行约7天，再生***平均每3天再生一套失效树脂；两台机组同时运行时，再生***平均每1.5天再生一套失效树脂。

而将图1中的发电机组凝结水处理***改造成如图2所示，将2台前置过滤器替换为2台前置氢床，即采用2台前置氢床和3台高速混床，将阳再生塔/贮存塔中的备用的阴阳混脂撤除，并在前置氢床上安装树脂输送管道，其中树脂输送管道与树脂再生***的树脂输送管道连接。改造后，由于前置氢床在运行中已将凝结水中的大部分氨除去，高速混床基本不再承担除氨的任务。每台前置氢床的运行周期约为7天，仅当一台前置氢床失效并退出树脂进行再生时（再生时间不超过6h），需开启旁路***使含氨的凝结水直接进入高速混床。由此，每台高速混床的周期制水量在理论上可提高约28倍，达到约280万吨；运行周期可长达约196天。但是，为了避免高速混床运行时间过长对树脂产生压实作用，一般控制每台高速混床的运行周期为一个月左右，周期制水量约43万吨，比改造前提高4倍以上。单台机组运行时，再生***平均每16天再生一套高速混床失效树脂；两台机组同时运行时，再生***平均每8天再生一套高速混床失效树脂，高速混床树脂的再生频率相当于改造前的约1/5。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种发电机组凝结水处理***的改造方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）将前置过滤器替换为前置氢床，所述前置氢床内的阳树脂与高速混床中的阳树脂相同；

（2）将阳再生塔/贮存塔中的一套备用的阴阳混脂撤除，使阳再生塔/贮存塔保持空塔备用状态；

（3）在前置氢床上安装树脂输送管道，所述树脂输送管道与树脂再生***的树脂输送管道连接；

（4）保留前置过滤器旁的旁路***，作为前置氢床的旁路***。

2.根据权利要求1所述的一种发电机组凝结水处理***的改造方法，其特征在于：将2台前置过滤器替换为2-3台前置氢床。

3.根据权利要求2所述的一种发电机组凝结水处理***的改造方法，其特征在于：将2台前置过滤器替换为2台各1/2凝结水流量的前置氢床；

或将2台前置过滤器替换为3台各1/3凝结水流量的前置氢床；

或将2台前置过滤器替换为2台各1/2凝结水流量的前置氢床，留1台备用。

4.根据权利要求1所述的一种发电机组凝结水处理***的改造方法，其特征在于：所述前置氢床运行的流速满足空塔流速为100～120m/h。

5.根据权利要求1所述的一种发电机组凝结水处理***的改造方法，其特征在于：所述前置氢床和高速混床中的阳树脂在阳再生塔/贮存塔再生之前，进行空气擦洗，直至阳再生塔/贮存塔排水清澈为止。

6.根据权利要求1所述的一种发电机组凝结水处理***的改造方法，其特征在于：所述旁路***上设置流量调节阀以调节旁路凝结水流量。

7.根据权利要求1所述的一种发电机组凝结水处理***的改造方法，其特征在于：所述前置氢床为圆柱形离子交换器或球形离子交换器。