超臨界供熱機(jī)組熱網(wǎng)疏水回收方式及除鐵處理方案論證

佟衛(wèi)波

（東北電力設(shè)計(jì)院，長(zhǎng)春 130021）

伴隨著國(guó)內(nèi)供熱需求的不斷擴(kuò)大，超臨界供熱機(jī)組已成為電力市場(chǎng)的一種趨勢(shì)，但同時(shí)也帶來(lái)了新的問(wèn)題。由于超臨界機(jī)組對(duì)鍋爐給水品質(zhì)的要求非常高，也相應(yīng)對(duì)進(jìn)入給水系統(tǒng)中的凝結(jié)水和熱網(wǎng)疏水的水質(zhì)提出更高要求。目前凝結(jié)水精處理系統(tǒng)已經(jīng)非常成熟，出水水質(zhì)完全滿足超臨界機(jī)組汽水質(zhì)量要求；以下主要討論熱網(wǎng)疏水水質(zhì)情況及除鐵處理方法，同時(shí)對(duì)兩種除鐵處理方案進(jìn)行技術(shù)論證。

1 超臨界機(jī)組熱網(wǎng)疏水的水質(zhì)特點(diǎn)

超臨界供熱機(jī)組的熱網(wǎng)加熱器疏水水量大，溫度高，其疏水和熱量的回收對(duì)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性影響較大，以350 MW 超臨界燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組為例，熱網(wǎng)抽汽量約為550m3／h，絕對(duì)壓力為1.8 MPa，溫度為350℃左右的蒸汽，通過(guò)熱網(wǎng)換熱器凝結(jié)成水，疏水溫度約140℃，壓力0.4 MPa。一般情況下在高溫蒸汽環(huán)境下，熱交換器材質(zhì)為SS30408不銹鋼時(shí)，換熱器表面的腐蝕產(chǎn)物為磚紅色或黑褐色的Fe2O3和Fe3O4。熱交換過(guò)程中由于蒸汽急驟冷卻，溫差變化較大，蒸汽凝結(jié)成水，腐蝕產(chǎn)物多為大粒徑的Fe3O4。

具體氧化腐蝕化學(xué)反應(yīng)過(guò)程如下。

陽(yáng)極反應(yīng)：Fe→Fe2＋＋2e

陰極反應(yīng)：O2＋2H2O＋4e→4OH－

以上反應(yīng)的產(chǎn)物Fe2＋在水中會(huì)與其他相關(guān)物質(zhì)進(jìn)一步進(jìn)行反應(yīng)，其過(guò)程為：

Fe2＋＋2OH→Fe（OH）2

4Fe（OH）2＋2H2O＋O2→4Fe（OH）3

Fe（OH）2＋2Fe（OH）3→Fe3O4＋4H2O

氧腐蝕的影響因素很多，影響冷凝水氧腐蝕的因素主要有：pH 值、溶解氧濃度、水流速、溫度等，當(dāng)pH 值低時(shí)，溶解氧濃度高，水流速快和溫度越高，腐蝕速度都會(huì)加快［1］。

熱網(wǎng)疏水水質(zhì)主要以鐵的腐蝕產(chǎn)物Fe3O4、Fe2O3為主及少量的鐵離子（實(shí)測(cè)鐵離子質(zhì)量濃度不大于5μg／L，可忽略不計(jì)）。

2 熱網(wǎng)疏水回收方式

2.1 直接回收至除氧器

熱網(wǎng)加熱器疏水正常運(yùn)行回主機(jī)除氧器，水質(zhì)不合格時(shí)根據(jù)情況回凝汽器或循環(huán)水井，系統(tǒng)圖見圖1。

熱網(wǎng)疏水直接排至除氧器需要解決的問(wèn)題就是在高溫及一定壓力下，熱網(wǎng)疏水處理設(shè)備及元件耐高溫及穩(wěn)定性。

圖1 熱網(wǎng)加熱器疏水系統(tǒng)圖

2.2 回收至凝汽器熱井

熱網(wǎng)加熱器疏水不回除氧器，其疏水排至凝汽器，水質(zhì)不合格時(shí)回循環(huán)水井。其簡(jiǎn)要系統(tǒng)見圖2。

回收至凝汽器熱井，由于疏水溫度高、水量大，直接回到凝汽器熱井對(duì)凝汽器的真空影響較大，因此需在疏水進(jìn)入熱井前增加減溫設(shè)備。如圖2 所示，在加熱器疏水至凝汽器疏水管路上設(shè)置2級(jí)換熱器，用以回收熱網(wǎng)加熱器疏水熱量，經(jīng)過(guò)2級(jí)換熱后，熱網(wǎng)加熱器疏水將從約140℃降溫至約53℃后排至凝汽器，在凝汽器處被循環(huán)水降溫至33℃，但仍然存在約20℃的熱量損失，另外還要考慮到2級(jí)換熱器的換熱效率。所以，此種回收方式不僅要增加減溫設(shè)備，還造成機(jī)組熱效率降低。

2.3 直接排至循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中

在超臨界供熱機(jī)組實(shí)際運(yùn)行中，只有當(dāng)熱網(wǎng)換熱器大量泄漏，熱網(wǎng)疏水被嚴(yán)重污染的情況才會(huì)采取第3種方式，即放掉所有的熱網(wǎng)疏水，對(duì)換熱器進(jìn)行檢修。

上述3種熱網(wǎng)疏水回收方式，直接回到除氧器的回收方式系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單，熱效率高，機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性更好。

3 熱網(wǎng)疏水除鐵處理方案

3.1 高溫濾芯除鐵過(guò)濾器

圖2 熱網(wǎng)加熱器疏水回凝汽器或循環(huán)井系統(tǒng)圖

高溫濾芯除鐵過(guò)濾器為在高溫高壓條件下，利用耐高溫濾芯去除熱網(wǎng)疏水及工業(yè)蒸汽回收水中鐵及鐵的腐蝕產(chǎn)物的新型處理設(shè)備。高溫?zé)峋W(wǎng)疏水處理系統(tǒng)，包括高溫濾元式除鐵過(guò)濾器、反沖洗系統(tǒng)、升壓旁路系統(tǒng)、旁路系統(tǒng)、進(jìn)出水管道，升壓旁路系統(tǒng)接通進(jìn)水管道和高溫濾元式除鐵過(guò)濾器的進(jìn)水口，高溫濾元式除鐵過(guò)濾器的出水口與出水管相接通，反沖洗系統(tǒng)與所述高溫濾元式除鐵過(guò)濾器接通；高溫濾元式除鐵過(guò)濾器的進(jìn)水口和出水口均設(shè)置在該高溫濾元式除鐵過(guò)濾器的底部；進(jìn)水管道上設(shè)置有熱電阻。

熱網(wǎng)疏水通過(guò)進(jìn)水管道進(jìn)入罐體的進(jìn)液區(qū)內(nèi)，再經(jīng)過(guò)濾芯空心結(jié)構(gòu)的纏繞纖維后從濾芯底部的出液口進(jìn)入罐體的排液區(qū)，鐵腐蝕物受到濾芯濾網(wǎng)的過(guò)濾作用，被吸附在濾芯上，去除鐵腐蝕物的熱網(wǎng)疏水由排液區(qū)從出水裝置通過(guò)出水管道流出；可以在線反沖洗。該設(shè)備在保證處理精度高的基礎(chǔ)上，最大限度地節(jié)約熱能和最大程度地延長(zhǎng)了濾元的使用壽命，并能夠?qū)崿F(xiàn)全自動(dòng)控制。

3.2 新型高梯度磁過(guò)濾器

高梯度磁過(guò)濾器是借助于勵(lì)磁線圈中直流電流產(chǎn)生的定向磁場(chǎng)，磁化充填層中的專用高聚磁不銹鋼軟磁基體，再通過(guò)磁化基體對(duì)水中磁性物質(zhì)顆粒的磁力吸引，將雜質(zhì)吸著在基體表面，達(dá)到水凈化的目的。

在磁過(guò)濾器中，基體作用于懸浮粒子的磁力可用下列方程式來(lái)表示：

Fx＝V·X·H·d H／dX

式中：Fx為基體作用于粒子的磁力；V為懸浮顆粒的體積；X為顆粒的磁化率；H為背景磁場(chǎng)強(qiáng)度；d H／dX為磁場(chǎng)梯度。

當(dāng)基體吸引粒子的磁力遠(yuǎn)超過(guò)阻礙粒子運(yùn)動(dòng)的反力（即顆粒的重力、流體的粘滯阻力、摩擦力和慣性力）時(shí)，磁分離作用才能得到有效利用。

高梯度磁過(guò)濾器系統(tǒng)配置過(guò)濾器、反沖洗系統(tǒng)、空氣擦洗功能等設(shè)備，配有電控柜、壓力表，在線進(jìn)出口壓力表等配套設(shè)施。

高梯度磁過(guò)濾器作為熱網(wǎng)疏水除鐵設(shè)備，具有適應(yīng)性強(qiáng)，耐高溫、結(jié)構(gòu)緊湊、系統(tǒng)簡(jiǎn)單、操作方便和效果顯著的特點(diǎn)，對(duì)環(huán)境也無(wú)污染。隨著進(jìn)水含鐵量的增高，去除率相應(yīng)升高。對(duì)各種鐵腐蝕產(chǎn)物（Fe3O4、Fe2O3及抗磁性鐵氧化物FeO（OH））都有很好的去除效果［2］。

3.3 兩種方案比較

3.3.1 濾元式過(guò)濾器

a.濾芯式過(guò)濾器處理精度高，出水穩(wěn)定。

b.濾芯應(yīng)用受溫度限制，溫度過(guò)高，過(guò)濾材質(zhì)可能會(huì)有離子析出。

c.濾芯式過(guò)濾器需要定期的更換濾芯，每次更換都會(huì)花費(fèi)大量的人力物力，運(yùn)行費(fèi)用較高。且對(duì)濾芯的安裝要求較高，如果上百個(gè)濾芯中有一只濾芯質(zhì)量有問(wèn)題或在安裝過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題，將會(huì)導(dǎo)致整個(gè)過(guò)濾器失效。

d.濾芯式過(guò)濾器對(duì)凝結(jié)水的進(jìn)水鐵含量有嚴(yán)格的要求，凝結(jié)水中如有大顆粒的金屬雜質(zhì)存在，就有可能擊穿濾芯，造成濾芯穿孔使過(guò)濾器喪失除鐵能力。

3.3.2 高梯度磁過(guò)濾器

a.濾芯無(wú)須更換，高梯度磁過(guò)濾器內(nèi)部填充的是高聚磁不銹鋼介質(zhì)，耐腐蝕、耐磨損；高梯度磁過(guò)濾器采用氣－水結(jié)合脈沖式擦洗方式，加之濾芯的特殊排布方式，反洗效果好，使用壽命比較長(zhǎng)。

b.耐高溫，高梯度磁過(guò)濾器濾芯采用的是居里溫度為618℃的不銹鋼軟磁材料，濾芯強(qiáng)度大、韌性高、耐高溫，進(jìn)水鐵質(zhì)量濃度低于5mg／L、溫度低于180℃即可投入運(yùn)行，可縮短機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間。

c.運(yùn)行費(fèi)用低，高梯度磁過(guò)濾器的運(yùn)行費(fèi)用僅為設(shè)備自身的用電費(fèi)用。

d.過(guò)濾精度會(huì)受磁場(chǎng)強(qiáng)度變化的影響，不穩(wěn)定。

4 結(jié)論

國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)于熱網(wǎng)疏水除鐵處理多以高溫濾芯和高梯度磁過(guò)濾的方式。高溫濾芯過(guò)濾方式過(guò)濾器處理精度高，出水穩(wěn)定，缺點(diǎn)是對(duì)濾芯耐高溫性能要求較高，而且運(yùn)行成本高，維護(hù)復(fù)雜，需要定期更換濾芯；高梯度磁過(guò)濾器適應(yīng)性強(qiáng)，耐高溫、運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是過(guò)濾精度不穩(wěn)定。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者應(yīng)根據(jù)工程中的熱網(wǎng)疏水水質(zhì)和處理要求進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較來(lái)選擇合適的熱網(wǎng)疏水處理方式。

［1］趙小恰.蒸汽供暖凝結(jié)水的回收利用［J］.工業(yè)技術(shù)，2009，（29）：34.

［2］周建偉.新型高梯度磁過(guò)濾器在熱網(wǎng)疏水回收中的應(yīng)用［C］.出版者不詳：電廠化學(xué)學(xué)術(shù)議論文集，2010.