超臨界空冷機(jī)組凝結(jié)水溫度優(yōu)化分析

吳海峰

（華能國(guó)際電力股份有限公司上安電廠，石家莊 050310）

1 凝結(jié)水精處理系統(tǒng)概況

華能國(guó)際電力股份有限公司上安電廠（簡(jiǎn)稱“華能上安電廠”）三期工程5號(hào)、6號(hào)機(jī)組的凝結(jié)水精處理系統(tǒng)由2臺(tái)前置過濾器并聯(lián)連接、3臺(tái)高速陽(yáng)床、3臺(tái)高速陰床以及1套2臺(tái)機(jī)組公用的體外再生單元構(gòu)成，前置過濾器和高速陽(yáng)床、高速陰床按中壓設(shè)計(jì)，每臺(tái)機(jī)組配置2臺(tái)800t/h前置過濾器和3臺(tái)800t/h套陽(yáng)陰分床，兩用一備。

1.1 系統(tǒng)特點(diǎn)

凝結(jié)水精處理系統(tǒng)直接串聯(lián)在凝結(jié)水水泵與軸封加熱器之間，為中壓運(yùn)行，系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力4.6 MPa。由于石家莊地區(qū)夏季氣溫較高，機(jī)組將會(huì)在很高的背壓下運(yùn)行，會(huì)產(chǎn)生凝結(jié)水溫度偏高的問題。當(dāng)溫度達(dá)到或超過陰樹脂所能承受的溫度限制時(shí)，陰樹脂必須退出運(yùn)行，設(shè)定當(dāng)溫度大于60℃時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)旁路陰床。凝結(jié)水精處理采用體外再生方式。體外再生設(shè)備全部為低壓設(shè)備，2臺(tái)機(jī)組共用1套體外再生裝置。再生系統(tǒng)設(shè)有陽(yáng)樹脂再生罐、陰樹脂再生罐、陽(yáng)樹脂貯存罐、陰樹脂貯存罐、電熱水箱、沖洗水泵等，以及壓縮空氣存儲(chǔ)罐和酸堿計(jì)量設(shè)備，廢液收集和排放系統(tǒng)等。

1.2 樹脂型號(hào)

精處理高速陰床樹脂選用大孔均粒強(qiáng)堿性苯乙烯系陰離子交換樹脂，于精處理中壓高速陰床，樹脂數(shù)量≥56m3；型式為氫氧型。

精處理高速陽(yáng)床樹脂選用大孔均粒強(qiáng)酸性苯乙烯系陽(yáng)離子交換樹脂，用于精處理中壓高速陽(yáng)床，樹脂數(shù)量為56m3，型式為氫型。

1.3 系統(tǒng)工藝

凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的工藝流程為：直接空冷器→凝結(jié)水熱井→ 凝結(jié)水泵 → 前置過濾器 → 陽(yáng)床→陰床→軸封加熱器。

精處理運(yùn)行工藝為：精處理設(shè)前置過濾器，減小了陽(yáng)床壓力，減輕了陽(yáng)樹脂污染，降低了系統(tǒng)鐵離子濃度。精處理系統(tǒng)的旁路電動(dòng)門為0～100%可調(diào)，再生所用堿全部選用離子膜堿，降低了運(yùn)行中陰樹脂的氯離子殘留。從2008年6月運(yùn)行至今系統(tǒng)運(yùn)行基本穩(wěn)定，周期累計(jì)制水量可達(dá)48萬(wàn)t。

經(jīng)過比較前置過濾器＋陽(yáng)、陰床系統(tǒng)的交換容量要大得多，樹脂層也要厚得多，在凝結(jié)水溫度過高時(shí)，陰床解列，短時(shí)間內(nèi)不會(huì)對(duì)水質(zhì)產(chǎn)生大的影響。溫度降低后，陰床投入運(yùn)行可除去凝結(jié)水中的陰離子，對(duì)弱堿性陰離子的去除效果很好。

2 精處理系統(tǒng)溫度優(yōu)化試驗(yàn)分析

2.1 試驗(yàn)前運(yùn)行狀況

空冷機(jī)組汽輪機(jī)背壓高，凝結(jié)水溫度高，夏季一般運(yùn)行在60～80℃，這些情況直接影響凝結(jié)水精處理的運(yùn)行。目前國(guó)內(nèi)外一般采用降負(fù)荷或解列陰床的方法來解決，但這2種方法均不適合華能上安電廠實(shí)際情況。降負(fù)荷減少發(fā)電量直接影響經(jīng)濟(jì)效益；解列陰床會(huì)使整個(gè)熱力系統(tǒng)汽水品質(zhì)惡化，嚴(yán)重時(shí)水質(zhì)會(huì)超標(biāo)，超臨界鍋爐沒有鍋爐排污設(shè)施，這種方法會(huì)影響熱力設(shè)備安全運(yùn)行。因此將凝結(jié)水精處理陰床運(yùn)行溫度由目前的68℃提高至72℃（汽輪機(jī)背壓38.595kPa），在不降負(fù)荷的情況下盡量保證汽水品質(zhì)優(yōu)良。

2.2 試驗(yàn)過程

2.2.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

為了保證在試驗(yàn)階段不出現(xiàn)因?yàn)闇囟壬?，造成的樹脂或水質(zhì)異常惡化，采取以下措施。

a.汽水品質(zhì)監(jiān)督，保證水質(zhì)在合格范圍。

b.高溫運(yùn)行情況下，取機(jī)組部分水樣2～3次進(jìn)行TOC分析，以掌握樹脂降解的情況及水質(zhì)變化情況。

c.根據(jù)樹脂的性能指標(biāo)調(diào)整再生工藝，達(dá)到節(jié)約再生液的目的。

d.如溫度超過75℃，陽(yáng)陰床同時(shí)退出（預(yù)計(jì)此種情況應(yīng)較少）。

2.2.2 試驗(yàn)分析

夏季精處理運(yùn)行時(shí)凝結(jié)水溫度最高可以達(dá)到70～80℃，所以溫度對(duì)精處理的影響比較明顯，采集夏季運(yùn)行數(shù)據(jù)可知，當(dāng)水的溫度在40～70℃變化時(shí)，出水電導(dǎo)率成拋物線形式變化，這是因?yàn)樗疁馗呖杉铀匐x子交換擴(kuò)散，但各種離子交換樹脂都有一定的允許使用溫度范圍。水溫超過允許溫度時(shí)，會(huì)使樹脂交換基團(tuán)被分解破壞，從而降低樹脂的交換能力，從圖中可以清楚地看出當(dāng)溫度在55℃左右時(shí)出水電導(dǎo)率最低。因此可以看出溫度對(duì)出水電導(dǎo)率的影響比較明顯，為了確定在溫度提升至72℃時(shí)能否滿足超臨界機(jī)組水質(zhì)要求，需要進(jìn)一步驗(yàn)證。

由于系統(tǒng)運(yùn)行溫度較高，夏季運(yùn)行溫度經(jīng)?？梢赃_(dá)到70℃以上，最初設(shè)計(jì)系統(tǒng)運(yùn)行極限溫度68℃，設(shè)備經(jīng)常因?yàn)闇囟冗^高而自動(dòng)退出運(yùn)行，影響了設(shè)備的正常運(yùn)行。

考慮到該系統(tǒng)選用的樹脂均為耐高溫樹脂，經(jīng)過試驗(yàn)將系統(tǒng)的極限運(yùn)行溫度提高，使系統(tǒng)運(yùn)行更加經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定。當(dāng)系統(tǒng)溫度低于68℃時(shí)出水電導(dǎo)率變化見圖1。

圖1 初始設(shè)定運(yùn)行溫度對(duì)應(yīng)出水電導(dǎo)率關(guān)系

由圖1可以看出當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行溫度在68℃左右變化時(shí)，出水電導(dǎo)率穩(wěn)定在0.066～0.067μS/cm。

將系統(tǒng)運(yùn)行最高溫度提升至72℃，其出水電導(dǎo)率與溫度的關(guān)系見圖2。

圖2 溫度提高后對(duì)應(yīng)出水電導(dǎo)率變化

由圖2可以看出系統(tǒng)運(yùn)行溫度提高到72℃左右時(shí)，出水電導(dǎo)率穩(wěn)定在0.07～0.09μS/cm，仍然符合出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

由此可見溫度在達(dá)到72℃左右時(shí)，精處理出水水質(zhì)仍能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，因此可以適當(dāng)提高陰床退出溫度，達(dá)到增大精處理利用率的目的。

3 優(yōu)化效果

目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)使用的凝結(jié)水精處理陰樹脂大部分為進(jìn)口樹脂，長(zhǎng)期最高運(yùn)行溫度為60～66℃，根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示及咨詢相關(guān)專家，陰樹脂在超過允許使用溫度的情況下，會(huì)發(fā)生化學(xué)降解，分解產(chǎn)物為堿性物質(zhì)，一般對(duì)熱力系統(tǒng)無(wú)害。

陰樹脂在70℃時(shí)連續(xù)運(yùn)行168h，其交換容量下降5%。目前華能上安電廠還沒有凝結(jié)水溫度超出70℃的時(shí)間統(tǒng)計(jì)，因此按7、8月每天8h在70℃以上，6、9月按每天4h在70℃以上計(jì)算，共計(jì)736h超70℃，即每年陰樹脂因超溫交換容量下降20%左右?？绽錂C(jī)組中汽水系統(tǒng)中主要以Fe2＋/Fe3＋污染為主，陽(yáng)樹脂為主力交換樹脂，陰樹脂的交換容量下降對(duì)整個(gè)精處理運(yùn)行影響不大，使用壽命可以在3～4年，離子交換樹脂正常使用壽命也就在5～8年，因此在保證汽水品質(zhì)的同時(shí)，陰樹脂部分使用壽命受一定影響。

提升溫度影響陰樹脂壽命，意味著增加樹脂的使用費(fèi)用，以下是使用費(fèi)用增加的簡(jiǎn)單計(jì)算：

陰樹脂使用費(fèi)用＝（pvnδ）/T式中：p為每立方米氯型陰樹脂的單價(jià)，現(xiàn)市場(chǎng)價(jià)；v為每個(gè)陰床添裝的樹脂量，m3；n為陰床的數(shù)量，2臺(tái)機(jī)；δ為陰樹脂氯型與氫氧型轉(zhuǎn)型膨脹率；T為樹脂的使用壽命，a。

代入數(shù)值，陰樹脂正常使用費(fèi)用＝（6萬(wàn)元/m3×8m3×6個(gè)×0.88）/8a＝31.68萬(wàn)元/年，陰樹脂高溫運(yùn)行費(fèi)用＝（6萬(wàn)元/m3×8m3×6個(gè)×0.88）/4a＝63.36萬(wàn)元/年，增加費(fèi)用31.68萬(wàn)元/年。

從以上數(shù)據(jù)可以看出，提高陰床的使用溫度，會(huì)使樹脂的材料費(fèi)用每年增加31.68萬(wàn)元。如按每kWh盈利0.1元計(jì)算，每年只需多發(fā)316.8萬(wàn)kWh電即可收回成本，并且保證機(jī)組的汽水品質(zhì)，使得鍋爐酸洗可以延遲，也可以節(jié)約相當(dāng)可觀的費(fèi)用，樹脂的材料費(fèi)用每年增加31.68萬(wàn)元，與機(jī)組在凝結(jié)水溫68～72℃多發(fā)的電量所帶來的收益相比要少得多，因此將陰床的運(yùn)行溫度提高至72℃的優(yōu)化措施是可行的。

經(jīng)過近2年的運(yùn)行，陽(yáng)、陰床運(yùn)行穩(wěn)定，周期制水量可達(dá)到50萬(wàn)t左右，除鐵過濾器除鐵效果明顯。

4 結(jié)論

經(jīng)過以上分析可知：溫度對(duì)精處理水質(zhì)影響較明顯，在55℃左右時(shí)精處理出水電導(dǎo)率最低。提高系統(tǒng)運(yùn)行溫度會(huì)導(dǎo)致精處理出水電導(dǎo)率升高，但將溫度提升至72℃時(shí)出水電導(dǎo)率仍能夠滿足超臨界機(jī)組水質(zhì)要求。提升溫度雖影響陰樹脂的壽命，增加樹脂的使用費(fèi)用，但是通過計(jì)算得出由溫度升高導(dǎo)致的樹脂使用費(fèi)用增加問題，與提高溫度后，保證負(fù)荷不受限制，所帶來的經(jīng)濟(jì)效益相比較小，并且能夠提高精處理系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)機(jī)組酸洗間隔。