直接空冷机组的水化学工况及凝结水精处理系统选择

直接空冷机组的水化学工况及凝结水精处理系统选择

袁辉

（中国能源建设集团新疆电力设计院有限公司乌鲁木齐830000）

摘要：本文介绍了空冷机组水汽系统和冷却系统的特点，重点论述了直接空冷系统的水化学工况和给水、凝结水精处理系统的选择、设计及运行中应注意的事项。

关键词：直接空冷机组；凝结水精处理

1概述

空冷机组节水效果显著，但为保证机组安全经济运行，需结合其汽水系统特点，选择合理的水化学工况及凝结水精处理系统。这是不同于湿冷机组并需要重点研究的课题。

目前全世界已有很多个空冷电站在运行中，其中至少有几十个已有20年以上的运行经验。现有发电厂的空冷系统主要有三种型式：

(1)带喷射式凝汽器的间冷系统。

(2)带表面式凝汽器的间冷系统。

(3)直接空冷系统。

与间冷系统相比，直冷系统具有系统简单、设备数量少、调节灵活、能适应变工况运行和单位造价低等优点。因此，如果气象条件合适，目前大多数工程推荐采用直接空冷系统。

2空冷机组的水化学特点和水质控制

2.1空冷系统水化学特点

空冷机组的水工况主要有以下特点：

(1)空冷系统不存在冷却水污染凝结水的问题。

(2)由于空冷系统比常规湿冷机组水汽接触的金属换热面积大，因此腐蚀产物多，水系统带铁严重。

(3)空冷机组年平均背压高于湿冷系统，造成凝结水水温较高，而且工况受外界气象影响变化较大。

(4)直冷系统由于系统容积大，启动时维持排气管真空所需时间长，启动时冲洗用水量较多。

2.2空冷机组的水质控制

空冷系统的上述特点决定了空冷机组的水质控制有如下特点：

(1)空冷机组锅炉补给水及循环冷却水均为除盐水，没有冷却水的泄漏污染，系统中不存在钙镁离子，因此在锅炉正常运行时，炉水可不进行磷酸盐处理。

(2)空冷机组具有比常规湿冷机组大得多的水汽接触表面积，因此防止水汽系统的腐蚀及减少系统腐蚀产物的携带就显得更为必要。

2.3机组水化学处理工况

国内外常用的水化学处理方式可分为如下三类：

(1)中性水处理工况(NWT)

一般维持给水pH为6.5～7.5，氢电导率（25℃时）为＜0.3S/cm，氧含量为50～200g/L。当系统中材质含有铝、铜和钢时，适宜采用此工况。但由于中性处理时pH低，对汽包炉不推荐采用这种方式。

(2)碱性水处理工况

维持给水pH8.8～9.3(有铜系统)，9.0～9.5(无铜系统)，氢电导率（25℃时）≤0.3S/cm,氧含量为≤7g/L。

(3)联合水处理工况(CWT)

维持给水pH为8～9，氢电导率（25℃时）≤0.3S/cm,氧含量为50～200g/L(或100～400ｇ/L)。本工况适宜于系统材质为铜、钢或全钢。对汽包炉也推荐采用这种方式。

2.4直接空冷机组的给水处理工况

直接空冷系统的介质是饱和蒸汽，冷却设备与冷凝设备合为一体，并采用全钢制空冷散热器。其系统庞大，但系统材质单一，所以需考虑适应碳钢材料的最佳水工况和水质指标，把腐蚀速率控制在允许的范围内，从而保证机组长期安全运行。根据国内有关试验研究和国外等电厂直冷机组的运行经验，直冷机组的给水处理宜采用微碱性工况。

3空冷机组的凝结水精处理

3.1空冷机组凝结水精处理的必要性

尽管空冷机组不存在湿冷机组中循环冷却水污染给水的问题，但仍应设置凝结水精处理系统，理由如下：

(1)混合式间冷机组的凝结水和冷却水混合在一起，形成一个系统。在此系统中，大量钢铝金属表面与水汽接触，尤其在冷却水中，铁、铝氧化物的总量是很可观的，如不及时除去，就会在锅炉水管内沉积，造成危害。

(2)表面式间冷系统虽然不存在冷却水泄露污染凝结水的问题，但热力系统中的腐蚀产物及随锅炉补给水而带入的杂质、盐份等都会污染凝结水，因此，一般需设置凝结水除铁装置。

(3)直接空冷机组水汽系统的容积很大，难免有不严密之处而漏入空气。由于空气的漏入，使CO2进入凝结水系统。在高pH值工况下，CO2主要以碳酸氢盐的形式存在，这将导致整个系统的腐蚀。

因此，空冷机组设置凝结水精处理系统是必要的。

3.2直冷空冷机组凝结水精处理系统

3.2.1系统选择

直接空冷机组运行的背压较高，因此凝结水的温度高。根据直接空冷机组凝结水除铁、除二氧化碳的要求，以及凝结水水温高的工况，应设置全容量的凝结水精处理系统。凝结水处理系统宜采用以下两种方案：

方案一：粉末树脂覆盖过滤器系统

方案二：阳阴分床离子交换除盐系统

（1）粉末树脂覆盖过滤器系统

每台机组设置全部凝结水量的处理设备，并设置一套铺料及清洗设施。对于300MW机组，可不设备用设备；对于600MW及以上机组，设备用。系统按中压系统设计。处理系统工艺流程如下：

凝结水泵出口凝结水粉末树脂覆盖过滤器低压加热器

本方案的优点是系统简单，无须酸碱再生，有除铁和一定除盐功能。根据直接空冷机组凝结水受污染的特点和腐蚀产物的特性，粉末树脂覆盖过滤器在阴树脂允许水温情况下，其处理效果可以满足凝结水水质要求，而且该方案取消了酸碱再生系统和酸碱再生废水中和排放系统，从而使系统运行简单，占地面积小。但是夏季凝结水温度过高时，而且周期较长，粉末阴树脂的分解问题不好解决，若夏季粉末覆盖过滤器只铺阳树脂，易结团，会导致运行阻力过大，而且爆膜较困难；若夏季粉末覆盖过滤器不铺树脂只铺纤维，凝结水只作过滤处理，容易造成过滤器滤元铁污染，一但滤元被铁污染，则很难冲洗掉，而且滤元截污容量低，使更换滤元变的频繁，特别是在机组启动或事故时较难满足机组对凝结水水质的要求。

（2）阳阴分床离子交换除盐系统

每台机组各设阳、阴床2台，每台出力50％凝结水量，并公用一套体外再生设备。本方案的系统流程为：

凝结水泵出口凝结水高速阳床→树脂捕捉器高速阴床树脂捕捉器低压加热器

该方案技术成熟，但设备多，系统流程较长。和过滤器方案相比，其除盐容量较大，并选用交换容量大、强度高、抗污染和耐温性好的大孔树脂或凝胶树脂，阳床可适应凝结水温度较高的工况，凝结水温过高时可旁路阴床运行。由于使用分床离子交换除盐系统，再生周期长，出水水质好。

阴阳分床制可避免树脂交叉污染，提高凝结水精处理出水质量。而且阴阳床即可起到离子交换作用，又可起到深层过滤的作用，特别是在机组启动或事故时可以发挥很好的作用。该方案的初始投资费用比覆盖过滤器方案高。

3.2.2凝结水精处理系统的控制

为了监测水质和控制运行，系统中设有必要的在线仪表，如压力表，温度计，流量表，导电率表，硅表，钠表等。采用可编程序控制器(PLC)对工艺系统设备实现程序控制，以CRT和键盘为监视和控制手段，完成对水处理系统信息的采集、处理和记录，对异常工况进行报警和自动打印。就地控制设备与全厂辅控网进行通讯联系，运行人员可在单元控制室操作员站对凝结水精处理系统进行监视和程序启停。

4结论

通过上述分析比较，综合考虑水质适应性、系统的技术先进性、技术经济性、环境影响等诸多因素，凝结水精处理系统推荐采用粉末树脂覆盖过滤器方案。

为保证系统洁净，减少系统腐蚀，保证机组安全经济运行，建议在工程中特别要注意以下几方面的工作：

(1)空冷机组的水化学处理方式应根据锅炉型式、机组参数、机组冷却方式、系统材质和电厂条件来确定。对于直接空冷机组，建议采用微碱性工况，以提高运行的经济性。

(2)为减少系统中腐蚀产物的沉积和CO2进入热力系统，直接空冷系统应设全流量凝结水精处理。

(3)空冷机组凝结水精处理系统选择应充分考虑温度的影响因素。其主要材质、滤料和树脂等应考虑耐温。

(4)为减少系统腐蚀，防止水质污染，应提高系统严密性。

(5)根据国内空冷机组运行经验应选择质量好的阀门，确保系统不漏泄，以减少系统补水量。

参考文献：

[1]中华人民共和国电力行业标准《发电厂化学设计规范》DL5068-2014