銨型混床用于電站凝結(jié)水處理的局限性

朱鐳

（中廣核工程有限公司設(shè)備采購(gòu)與成套中心，廣東深圳 518124）

在凝汽式電站中，鍋爐和發(fā)生器產(chǎn)生的蒸汽通過(guò)汽輪機(jī)做完功后由凝汽器冷卻為凝結(jié)水，然后將其回收作為鍋爐給水使用.為了保證鍋爐給水的質(zhì)量，一般需要對(duì)凝結(jié)水進(jìn)行處理.

對(duì)凝結(jié)水進(jìn)行處理主要可通過(guò)前置過(guò)濾器（覆蓋過(guò)濾器、電磁過(guò)濾器、管式微孔過(guò)濾器、氫型陽(yáng)床、粉末樹(shù)脂過(guò)濾器等）、混床（氫型混床、銨型混床、3層混床等）、單床串聯(lián)、3室床等設(shè)備完成.而電站的凝結(jié)水處理一般采用前置氫型陽(yáng)床加氫型混床（RH-RH/ROH）系統(tǒng).筆者介紹了凝結(jié)水處理混床的類型，通過(guò)分析氫型混床和銨型混床的優(yōu)缺點(diǎn)，得出銨型混床只適合常規(guī)電站而無(wú)法用于核電站這一結(jié)論.

1 凝結(jié)水處理的混床類型及凝結(jié)水水質(zhì)特性

1.1 凝結(jié)水處理的混床類型

凝結(jié)水處理的混床類型主要有氫型混床（RH/ROH）、銨型混床（RNH4/ROH）和前置氫型陽(yáng)床加氫型混床（RH-RH/ROH）等［1，2］.

1.2 凝結(jié)水水質(zhì)特性

為了熱力設(shè)備的防腐防垢，需要向鍋爐的給水系統(tǒng)、爐水中加入一定劑量的化學(xué)藥品，如磷酸鹽、NH3和N2H4等.在火力發(fā)電廠中，為了防止腐蝕給水系統(tǒng)，必須加入NH3使給水的pH值為8.8～9.3;采用磷酸鹽處理時(shí)，必須使?fàn)t水的pH值為9～10.壓水堆核電站2回路蒸發(fā)器排污水的pH值的期望值為9.4～9.7，限值為9.1～9.8.由于爐水、蒸發(fā)器中的水及蒸汽中均含有一定量的NH4OH，當(dāng)蒸汽凝結(jié)后，也含有一定量的NH4OH，導(dǎo)致混床樹(shù)脂要交換的陰、陽(yáng)離子濃度相差十分懸殊，因此對(duì)凝結(jié)水的處理結(jié)果有較大的影響.

根據(jù)美國(guó)U.S Filter/Permtek公司提供的凝結(jié)水混床進(jìn)水水質(zhì)統(tǒng)計(jì)，其中總陰離子約0.41 μmol/L，其具體數(shù)字見(jiàn)表1.而為了保證pH值為9.2～9.6，需加入的銨離子量為0.5～3.0 mg/L，即0.029～0.176 mol/L.可見(jiàn)在凝結(jié)水中NH4OH是其他鹽類的70～429倍［1-4］.

2 氫型混床的優(yōu)缺點(diǎn)

氫型混床的優(yōu)點(diǎn)主要有：

（1）出水水質(zhì)好由于凝結(jié)水處理的氫型混床（RH/ROH）是由具備很強(qiáng)的離子交換能力的RH型和ROH型樹(shù)脂組成，能夠去除凝結(jié)水中幾乎所有的離子型雜質(zhì)，因此其出水水質(zhì)好，在正常情況下，完全符合凝結(jié)水處理的混床出水水質(zhì)要求;

（2）能在短時(shí)間內(nèi)抵抗水質(zhì)的突然變化在熱力系統(tǒng)發(fā)生水質(zhì)惡化或凝汽器發(fā)生微量泄漏等使水質(zhì)發(fā)生突然變化的情況下，氫型混床能在短時(shí)間內(nèi)維持運(yùn)行，從而為機(jī)組的維修或停機(jī)爭(zhēng)取時(shí)間;

（3）可過(guò)濾去除腐蝕產(chǎn)物氫型混床內(nèi)的樹(shù)脂還可以發(fā)揮濾料的作用，過(guò)濾去除熱力系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的腐蝕物和凝汽器等泄漏的懸浮物.

氫型混床的缺點(diǎn)主要有：

（1）浪費(fèi)大量的氨由于凝結(jié)水處理的混床去除的主要是凝結(jié)水中用于防腐蝕的NH4OH，為防止熱力系統(tǒng)發(fā)生腐蝕，在經(jīng)混床處理后的凝結(jié)水中，需重新加入NH3，造成很大浪費(fèi);

不少院校在辦學(xué)過(guò)程中都對(duì)“工作室制”的教學(xué)和管理進(jìn)行了積極探索，對(duì)工作室的基本結(jié)構(gòu)、籌建辦法、運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制等開(kāi)展了深入研究。研究表明，基于“工作室制”的教學(xué)模式，對(duì)任課教師有較為明確的要求，能充分發(fā)揮教師的工作積極性；能根據(jù)工作室學(xué)生學(xué)習(xí)狀況及時(shí)調(diào)整教學(xué)，處理好學(xué)生個(gè)體差異與統(tǒng)一教學(xué)要求的矛盾，使教學(xué)各個(gè)環(huán)節(jié)易形成一個(gè)有機(jī)整體，把專業(yè)教學(xué)理論與具體的實(shí)踐結(jié)合起來(lái)并體現(xiàn)出專業(yè)的教學(xué)特點(diǎn)，最終提高教學(xué)質(zhì)量。

（2）運(yùn)行周期短氫型混床由于要去除大量的NH4OH，其周期制水量一般在30～150 kt，比制水量的樹(shù)脂一般為10～50 kt/m3，周期在10天左右，樹(shù)脂再生頻繁.

3 銨型混床的形成及優(yōu)缺點(diǎn)

3.1 銨型混床的形成

由于凝結(jié)水處理的氫型混床存在氨浪費(fèi)，水處理科技研究工作者為了節(jié)約成本，研究推廣了運(yùn)用銨型混床進(jìn)行凝結(jié)水處理的方法.

在氫型混床投入運(yùn)行、并運(yùn)行到混床進(jìn)水和出水的含氨量相等時(shí)，銨型混床內(nèi)的RH型樹(shù)脂已全部轉(zhuǎn)化為RNH4型樹(shù)脂，并以銨型混床繼續(xù)運(yùn)行，直到出水漏鈉超過(guò)混床出水標(biāo)準(zhǔn)為止.這個(gè)過(guò)程中，混床內(nèi)發(fā)生了如下反應(yīng)：

3.2 銨型混床的優(yōu)點(diǎn)

（1）運(yùn)行周期長(zhǎng)由于銨型混床是在氫型混床的基礎(chǔ)上運(yùn)行的，因此銨型混床的周期制水量一般為400～600 kt，比制水量樹(shù)脂一般為60～300 kt/m3，其周期在60天左右.

（2）運(yùn)行費(fèi)用少銨型混床減少了樹(shù)脂的再生次數(shù)，延長(zhǎng)了樹(shù)脂的使用壽命，而且氨在熱力系統(tǒng)里循環(huán)使用，使其被充分利用，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益.

（3）可去除鈣、鎂、銅、鐵等離子當(dāng)凝汽器管有泄漏時(shí)，對(duì)于進(jìn)入凝結(jié)水的鈣、鎂、銅、鐵等離子，銨型混床會(huì)發(fā)生如下離子交換反應(yīng)：

因此，銨型混床只有在凝汽器管有泄漏時(shí)，可以短時(shí)間內(nèi)去除凝結(jié)水中的Ca2+，Mg2+，Cu2+，F(xiàn)e3+等離子，但不能維持較好的水質(zhì).

（4）可過(guò)濾去除腐蝕產(chǎn)物銨型混床內(nèi)的樹(shù)脂還可以發(fā)揮濾料的作用，過(guò)濾去除熱力系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的腐蝕物質(zhì)和凝汽器等泄漏的懸浮物.

3.3 銨型混床的局限性

筆者將銨型混床在電站凝結(jié)水處理中的局限性分為應(yīng)用于常規(guī)電站和核電站兩種情況，并對(duì)其進(jìn)行了討論.

（1）應(yīng)用于常規(guī)電站在凝結(jié)水水質(zhì)合格的情況下，銨型混床能穩(wěn)定地運(yùn)行.但當(dāng)電站熱力系統(tǒng)水汽質(zhì)量下降時(shí)，如凝汽器發(fā)生泄漏或因其他原因?qū)е滤|(zhì)惡化時(shí)，銨型混床無(wú)法緩沖，電站機(jī)組會(huì)因水汽質(zhì)量不合格必須馬上停機(jī).

（2）應(yīng)用于核電站由于蒸汽發(fā)生器的管材需要兼顧核電站1回路冷卻水和2回路除鹽水的使用條件，只能采用價(jià)格昂貴的鎳基合金如Incone1600，Incone1800及Incone690等材料.這些材料對(duì)除鹽水中的SO42－，Na+，Cl－很敏感，因此對(duì)給水質(zhì)量和排污水質(zhì)量要求都較高［5］.

而銨型混床在處理凝結(jié)水的過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)兩種情況.一是會(huì)產(chǎn)生鈉峰，即在氫型混床向銨型混床轉(zhuǎn)型的過(guò)程中，凝結(jié)水中NH4OH很快使氫型混床中的氫型陽(yáng)樹(shù)脂（RH）交換為銨型陽(yáng)樹(shù)脂（RNH4），導(dǎo)致氨漏過(guò)，使得混床出水的電導(dǎo)率升高.而在氨漏過(guò)的同時(shí)，鈉的排代峰也開(kāi)始漏過(guò)，導(dǎo)致其峰值可高達(dá)100μg/L.二是銨型混床基本不能除鹽.由于Ca2+，Mg2+，K+，NH4+，Na+，H+在離子交換過(guò)程中的選擇性系數(shù)分別為4.1，2.6，2.3，2.0，1.6，和1.0［6］，在稀溶液中，強(qiáng)酸陽(yáng)樹(shù)脂對(duì)常見(jiàn)陽(yáng)離子的選擇順序如下：Fe3+＞Al3+＞Ca2+＞Mg2+＞K+≈NH4+＞Na+＞H+.由此可以看出，NH4+比Na+對(duì)強(qiáng)酸陽(yáng)樹(shù)脂的選擇性強(qiáng)得多.在凝汽器管不泄漏的情況下，凝結(jié)水中只含有微量的NH4+，Na+，OH－，Cl－等，使用銨型混床后，會(huì)發(fā)生如下離子交換反應(yīng)：

顯然，反應(yīng)式（1）中由于生成了強(qiáng)堿NaOH，因此反應(yīng)不容易向右進(jìn)行;而反應(yīng)式（2）和反應(yīng)式（3）中由于NH4+比Na+對(duì)強(qiáng)酸陽(yáng)樹(shù)脂的選擇性強(qiáng)得多，因此反應(yīng)也不易向右進(jìn)行.這樣，凝結(jié)水中的Na+和Cl－等都會(huì)從銨型混床以混床進(jìn)水中的同樣濃度泄漏到熱力系統(tǒng)中去.

而在飽和蒸汽壓力為17 MPa的情況下，SiO2，NaCl，Na2SO4的分配系數(shù)分別為0.1，0.003，0.000 01.可見(jiàn)，微量的Cl－和SO42－幾乎全部積聚在蒸發(fā)器中［6，7］，這很容易引起鎳基合金管材的晶間應(yīng)力腐蝕，以及管端與管板縫隙處的凹陷損壞.而蒸汽發(fā)生器一旦發(fā)生泄漏等故障，由于存在放射性，維修非常困難.

我國(guó)某核電站當(dāng)前置陽(yáng)床由RH型轉(zhuǎn)入RNH4型運(yùn)行后，混床出水的Cl－急劇升高，導(dǎo)致蒸汽發(fā)生器排污水的Cl－濃度由8～10μg/L升高到80～89μg/L，由此可知，銨型混床不能應(yīng)用于核電站的凝結(jié)水處理.

4 結(jié)論

（1）銨型混床的主要功能是過(guò)濾去除凝結(jié)水中的腐蝕產(chǎn)物，基本不能除鹽.

（2）銨型混床可用于常規(guī)熱電廠凝結(jié)水處理，但在熱力系統(tǒng)水質(zhì)惡化或凝汽器發(fā)生突然泄漏時(shí)，銨型混床只可維持在極短的時(shí)間內(nèi)改變水的離子組成作用，達(dá)不到除鹽目的.因此，一般應(yīng)將氫型混床作為備用以應(yīng)對(duì)水質(zhì)突然發(fā)生變化的情況.

（3）銨型混床不能用于核電站凝結(jié)水處理，為了保證壓水堆核電站安全可靠地運(yùn)行，核電站的凝結(jié)水處理只能采用氫型混床.

［1］韓隸傳，汪德良.熱力發(fā)電廠凝結(jié)水處理［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2010：106-107.

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［3］熊京川.核電站凝結(jié)水處理的特殊性［J］.湖北電力，2006 （2）：35-38.

［4］朱興寶.火電廠凝結(jié)水及其處理的特殊性［J］.凈水技術(shù)，2003（6）：9-11.

［5］朱鐳，梁橋洪，熊京川，等.壓水堆核電站二回路的水汽質(zhì)量［J］.上海電力學(xué)院學(xué)報(bào)，2006（2）：121-132.

［6］施燮鈞，肖作善.熱力發(fā)電廠水處理：上冊(cè)［M］.第3版.北京：中國(guó)電力出版社，1996：106-168.

［7］施燮鈞，肖作善.熱力發(fā)電廠水處理：下冊(cè)［M］.第3版.北京：中國(guó)電力出版社，1996：105-108.

（編輯蘇娟）