凝结水处理艺的研究 10页

凝结水处理工艺的研究发电厂的凝结水包括汽轮机凝结水及各种疏水；热电厂除此以外还有从热用户返回的凝结水，凝结水汇同补给水构成锅炉给水，所以保证凝结水的质量是保证给水质量的前提。1.凝结水精处理概述1.1凝结水精处理的目的在进入高参数锅炉的水中，少量可溶解杂质有可能被浓缩，例如，在汽包锅炉中，浓度可在局部浓缩104~106倍，也就是说ug/L级的杂质浓度可浓缩到mg/L级。对于直流锅炉，在水、汽转化点盐类也可能发生浓缩。运行实践证明，有凝结水处理的机组，锅炉的腐蚀都比没有凝结水的处理的轻。另有资料报道，有凝结水处理的超临界锅炉的腐蚀率，低于无凝结水处理的亚临界锅炉的腐蚀率。1957年，某汽轮机制造厂提出报告，列举了工作压力为12.4~16.5MPa的六个电厂的运行情况：由于汽轮机上有沉淀物，这些电厂的效率降低了1％，因此他们建议对压力大于12.6MPa的机组，应考虑进行凝结水净化。随着运行经验的积累和测试水平的提高，对高参数大容量机组的给水水质提出了越来越高的要求，如；60年代要求Na+<5ug/L；70年代要求Na+<1ug/L，Cl-<1~1.5ug/L；80年代要求Na+<0.1ug/L，Cl-<10.15ug/L。对水质要求这样高，若不对凝结水进行处理是很难达到的，因此对凝结水处理设备的出水水质的要求也不断提高，特别是对核电站，提出了更严格的要求（见表1-1）开始电导率0.1μS/cm（25℃）Na+5ug/L后来电导率<0.08μS/cm（25℃）Na+2ug/LCl-2ug/LSO42-2ug/L现在电导率<0.06μS/cm（25℃）Na+<0.3ug/LCl-<0.3ug/LSO42-<0.5ug/LSiO2<4ug/LFe<4ug/LCu<4ug/L未经处理的凝结水中，一般都含有一定量的杂质，这些杂质来自凝汽器泄漏及热力设备金属的腐蚀和锅炉补给水中残留的杂质等。现分述如下：1.1.1凝汽器的泄漏\n凝汽器的泄漏可使冷却水中的悬浮物和盐类进入凝结水中。泄漏可分为大漏和轻微泄漏两种。前者多见于铜管破裂，近年来有六个电厂因为凝汽器中除盐水、疏水直接冲击凝汽器管，造成凝汽器管破裂，使大量冷却水漏入，造成凝结水质严重恶化。凝汽器的大漏还多见于铜管发生应力破裂、管子与隔板摩擦而穿孔等。轻微泄漏多因凝汽器管子腐蚀穿孔或管子与管板连接处不严密，而使冷却水渗入凝结水中。即使凝汽器的制造和安装质量较好，在机组长期运行过程中，由于负荷和工况的变动，引起凝汽器的震动，也会使管子与管板连接处不严密，造成轻微的泄漏。当用淡水做冷却水时，凝汽器的允许泄漏率一般应小于0.02%。严密性好的凝汽器，泄漏量小于此值，甚至可以达到0.005%。当用海水做冷却水时，要求泄漏率小于0.0004%。在设计凝结水处理装置时，应根据冷却水水质来考虑凝汽器的最大允许泄漏率。某电厂冷却水为海水，当凝汽器的泄漏率为0.0004%时，漏入的冷却水量为200L∕h，在凝结水处理设备处理为900L∕h时，可保证出水水质合格，此时要求8小时再生一次树脂。当泄漏率为0.002%，漏入的冷却水量为1000L∕h时，用一台刚再生好的混床和供1台混床使用的再生备用树脂，可在最大出力下工作2h,从而为按程序停机提供了有利条件。在我国，随着机组容量的增大，凝汽器的管子数量相应增多，泄漏的机率也随之增大，因凝汽器泄漏而造成炉管结垢爆破的事例时有发生。虽然在凝汽器泄漏较大时，凝结水处理设备也只能运行若干小时，但为计划停机争得了时间。1.1.2金属腐蚀产物带入火电厂水汽系统中的设备和管道，往往由于某些腐蚀性物质的作用而遭到腐蚀，致使凝结水中含有金属腐蚀产物，其中主要为鉄和铜的氧化物。进入凝结水中的金属腐蚀产物的量与很多因素有关，如：机组的运行工况；设备停用时保护的好坏；凝结水的PH值；溶解气体（氧和二氧化碳）的含量等。一般在机组启动和负荷波动时，凝结水中的铁、铜含量急剧上升。例如，某电厂机组大修后启动时，凝结水和给水中的铁、铜含量如表1-2所示。从表中可以看出，此值比机组正常运行时的铁、铜含量平均值（铁为15-30ug/L,铜为2-3ug/L）要高出十几倍。凝结水进入锅炉后，其所含的金属腐蚀产物将在水冷壁管中沉积，引起锅炉结垢和腐蚀。表1-2机组启动时凝结水和给水中的铁、铜含量(ug/L)时间凝结水给水时间凝结水给水铁铜铁铜铁铜铁铜1980.7.16最高24007020002001980.7.16最高4500130700100最低152308最低502153平均5403841146平均5003519828目前，我国大机组的给水含铁量一般较高，有的甚至超过20ug/L，因此锅炉水冷壁管的结垢速度也较快。例如：1台亚临界锅炉的双面水冷壁管，垢量最多时达到1500g/m2，已经发生过多次爆管。亚临界锅炉局部热负荷较高处的锅炉结垢量超过200-300g/m2时，便可能发生过多次管爆。为了防止管爆破，必须对锅炉频繁进行酸洗，而酸洗一次费用高达数十万元。启停频繁，或负荷波动比较大的机组，将有大量氧化铁进入锅炉，会加快炉管的结垢速度。解决上述问题的办法是设置凝结水处理设备。例如某电厂引进300mw机组，因设备问题，在五年的运行中，供启停255次。设置了凝结水处理设备，当凝结水的含铁量低于1000ug/L时，经过处理后其含铁量一般不大于30ug/L，水冷壁管每年结垢量仅为52g/m2。\n此外，设置凝结水处理设备，还可以降低机组启动时的用水量，缩短机组的启动时间。基于上述原因，凝结水处理的应用有增加的趋势。例如，1960-1970年间，发达国家的亚临界汽包锅炉很少有凝结水处理，但是近十年来，对亚临界汽包锅炉的凝结水都倾向于进行处理。1.1.3补充水带入的悬浮物和盐分锅炉补充水虽经二级除盐处理，由于种种原因（如原水中有机物含量高等），除盐水在25℃的电导率不能低于0.3μS/cm。即使电导率小于0.1μS/cm，补充水中仍含有一定量的残留盐分。此外，除盐水流过除盐水箱、除盐水泵和管道时，也会携带少量的悬浮物及溶解气体。1.1.4热电厂返回水的杂质污染在热电厂中，从热电户返回的凝结水通常含有很多杂质，由于用户不同，杂质的成分和含量各不相同，生产用气的凝结水一般含有较多的油类物质和铁的污染产物，返回热电厂后需做进一步处理。1.2凝结水处理的选用是否设置凝结水处理设备，取决于很多因素，综合起来，有以下几点：⑴热力设备的参数和容量；⑵锅炉的型式及燃料类别；⑶凝汽器管材及冷却水水质；⑷机组的运行特性；⑸锅内水处理方式；目前关于是否应设置凝结水处理设备，国内较一致的看法是：⑴由直流锅炉供气的汽轮机组，全部凝结水应进行精处理，必要时，还可设供机组启动用的除铁设施。⑵由亚临界汽包锅炉供气的汽轮机组，全容量凝结水宜进行精处理。⑶由高压汽包锅炉供气的汽轮机组，以及由超高压汽包锅炉供气的汽轮机组，冷却水为海水或苦咸水时，可设部分凝结水精处理装置。⑷由超高压汽包锅炉供气的汽轮机组，冷却水为淡水，如承担调峰负荷，可设置机组启动用的除铁设施。⑸当采用带混合式凝汽器间接空冷系统时，汽轮机组的凝结水应全容量进行精处理，还宜设置供机组启动时专用的除铁设施。⑹当汽包锅炉给水采用联合处理或中性处理时，一般要求对全部凝结水进行精处理。由亚临界汽包锅炉供气的汽轮机组，其凝结水是否应进行处理，以往争议较大，对此问题有一个逐步认识的过程。直到1994年，DL5000-94《火力发电厂设计技术规定》才明确指出“由亚临界汽包锅炉供气的汽轮机组，全容量凝结水宜进行精处理。”从目前我国火电机组的运行情况看，要完全防止凝汽器泄漏尚难做到。例如某引进机组运行初期就因铜管端部冲击腐蚀比较严重，泄漏频繁，虽然采用管端涂环氧树脂及硫酸亚铁成膜等措施后，泄漏情况大有好转，但并未根除。仅1982年1年内，两台机的凝汽器共发生泄漏14次，给水硬度达3.5umol∕L。由于这只是轻微泄漏，不易找漏，延长了水质恶化时间。再如某厂，由于凝汽器管过胀和欠胀，凝汽器经常泄漏，1987年一次泄漏，时间长达240t，凝结水硬度最高达107umol∕L。又如某厂亚临界参数机组，由于未设置凝结水处理设备，机组启动时因凝结水中铁、铜含量很高，被迫进行大量换水，有时因水供不上，延长了机组启动时间。综上所述，亚临界汽包炉因参数较高，容量较大，对给水质量要求较高，因此，即使用淡水做冷却水，仍应考虑设置凝结水处理设备。\n冷却水虽为海水，但凝汽器使用钛管时，是否对凝结水进行处理，也有不同的看法。有人认为，当凝汽器的管子和管板全使用钛材料制造时，由于钛的抗腐蚀能力强，且管子和管板的连接采用焊接，因此，可以认为凝汽器是无泄漏的，无需对凝结水进行处理。但是，即使凝汽器的管子和管板全由钛材制造，也不能保证绝对不漏。例如某电厂为全钛凝汽器，两台机各发生过一次管子与管板磨损而泄漏的事故，使给水中的二氧化硅分别达到84ug/L和184ug/L。另外，钛材凝汽器也不能解决机组启动时凝结水中铁及铜含量高的问题。当前，凝结水处理包括过滤和除盐两部分，先进行过滤除去水中悬浮态、胶态金属物质，然后再采用高速混床除去离子态杂质。1.凝结水的过滤凝结水中所含的悬浊物大多是不可溶解的，如氧化铁、氢氧化铁等腐蚀产物。它们不能通过离子交换被除去。如果不对凝结水中的腐蚀产物进行处理，它们将被送往锅炉，并在热负荷高的部位沉积，生成铁垢，这将对炉管的传热和安全运行产生影响。所谓的凝结水过滤处理就是用过滤设备对这些腐蚀产物进行过滤处理。用于凝结水过滤处理的设备有覆盖过滤器（含树脂粉末过滤器）、前置阳床、电磁过滤器、中空纤维过滤器、滤芯式过滤器等。2.1覆盖过滤器2.1.1工作原理覆盖过滤器是将粉末状滤料铺附在特制的多孔管件（称为滤元）上，形成一个薄层的滤膜。水从管外滤膜和管孔进入管内进行过滤。因覆盖在滤元上的薄膜起过滤作用，故称覆盖过滤器。覆盖过滤器所用的滤料应具备化学稳定性好、呈粉末状、多孔隙等性能。覆盖过滤器的滤料也可称为助滤剂，因铺膜时此滤料是随水流一起进入过滤器的，好像助滤剂一样。常用的滤料为棉质纤维素纸浆，它们是将纸浆板粉碎，并通过30目的筛子过筛制成的。这种助滤剂本身有孔隙，吸附能力强，能在滤元上形成滤膜。对于专用于返回凝结水除油的覆盖过滤器，可采用活性炭作为助滤剂，可将水中的含油量从10mg∕L降至0.5-1.0mg∕L。因活性炭化学稳定性好、多孔、吸附能力强，具有良好的的除油效果。一般只需将活性炭在滤元上覆盖2-3mm厚即可。有的电厂用煤粉做助滤剂，对返回水除油，也取得了良好的过滤效果。2.1.2结构覆盖过滤器的本体是钢制圆筒，底部为椎体，上部沿水平方向装有一块多孔板，孔呈菱形四角排列，用来固定滤元。滤元是不锈钢管或工程塑料管制成的。管的外侧刻有许多纵向齿槽。槽内开有许多直径为3mm的小圆孔。孔距上部大，孔数少，孔距下部小，孔数多，目的是为了各部进水均匀。齿棱上刻有螺纹，沿螺纹绕上直径为0.4-0.5mm的不锈钢丝，即组成滤元。其上端有一部分不开齿槽，称为光管。光管靠近管口处，车有螺纹，用来将滤元固定在多孔板上，滤元上部管口敞开，用作出水，滤元下端有一段不开齿槽的螺纹管，用来拧上半球形螺帽封闭下部管口。滤元直立吊装在多孔板上，上端用不锈钢螺帽锁在多孔板上，下端用钢条焊成的网固定。滤元间距离在覆盖滤料后净距不小于25mm。多孔板与滤元应连接严密、防止漏水，多孔板的上部是出水区，出水口在上封头的顶端。多孔板的下部为进水区，进水口在圆锥形的底部。进水口处装有蘑菇型水分配罩，罩上开有许多小孔。\n覆盖太过滤器投运后，在集水漏斗与上封头之间会聚集空气，此空间称为上气室。多孔板下，滤元的光管区，会形成另一个聚集空气的区域，称为下气室。在下气室的筒体上装有放气管，该管上装有快开的放气门。在覆盖过滤器中，个滤元的表面都是过滤面积，它与堆放粒状滤料的过滤器相比，具有生产率大的特点，在相同出力的情况下，其体积要小得多。2.1.2.1不同覆盖过滤器的特点如表2-1形式项目管式过滤器叶状形过滤器（横置型）线轮形多孔质炭构造简单简单稍微复杂强度强弱稍微弱过滤有效间隙小大中滤速快中稍微慢对流速的变化强强、安全弱运行压力高高稍微低压力损失小稍大小操作简单简单、安全稍微复杂爆膜难易良较好一般覆盖面积小小大设备费用中低高2.1.3运行覆盖过滤器的运行分为铺膜、过滤和去膜三步，这三个步骤构成一个运行循环。2.1.3.1铺膜铺膜是先在铺料箱中加入一定量的水，放进滤料，启动铺料泵，将铺料箱中的水和滤料循环搅拌成均匀的2%-4%的悬浊液，将此液通过满水的过滤器进行铺膜。铺膜时常用的滤料有以下几种。⑴纤维素系滤料。纤维素系滤料是把天然的木材纤维素经过化学处理变成精致的纸浆。美国产的BW-40、BW-50和BW-100的纸粉特性见表2-2。BW-40和BW-100以1：1混合后的筛分特性见表2-3.这种纸粉由于纤维素含量较高（约达90%），因此亲水性好，加入铺料后能很快分散到水中，而且不易挂丝，爆膜较干净。表2-2BW-40、BW-50、BW-100的纸粉特性项目BW-40BW-100BW-50项目BW-40BW-100BW-50色度白白白铁（%）0.0150.02光洁度8182-86铜（%）0.0060.006平均长度（um）3055150-200乙醚溶解物（%）0.20.2平均厚度（um）161910-20水质素（%）0.2-0.40.2-0.4水分（%）5-75-7<7灰分（%）<0.035表2-3BW-40和BW-100以1：1混合的筛分特性粒径范围（目）<200150-200100-15050-10030-50\n所占百分率68.8%8.0%11.8%8.8%2.2%⑵粉末状树脂滤料。粉末状树脂滤料是纯度、高剂量的再生剂进行深度再生的强酸阳树脂和强碱阴树脂，并磨碎至一定细度（<70um）混合而成的粉末树脂。磨碎的粉末树脂与未磨碎的树脂具有同样的离子交换容量。但是，由于粉末树脂用量少，几乎没有除盐能力，通常在30min内凝结水中的氨就穿透树脂，所以它的主要作用是机械过滤。2.1.3.2过滤先用大流量的水冲洗过滤器至出水不带滤料，此操作大约需5min，随后进行凝结水的过滤，滤速为6-12m∕h，滤速太大滤膜会很快压实，压降迅速上升，运行周期缩短；滤速太小可能使滤元上滤膜脱落，在铺膜后，不论是冲洗、过滤还是在转换各种操作过程中，滤速不能过慢或过快，以防止滤膜脱落。运行中因操作不当，当发生滤膜脱落时，则应先关出水门，以防止滤料进入后面的除盐设备，然后关进水门，重新进行铺膜。覆盖过滤器的运行周期、过滤效果与进水水质有很大关系，当机组启动时凝结水中的金属腐蚀产物较多，覆盖过滤器的运行周期为8-10h，机组正常运行过程中，覆盖过滤器的运行周期一般为7-10d，甚至更长些。2.1.3.3去膜当覆盖过滤器进出口压力差达0.15-0.3Mpa时，就应进行去膜。去膜采用“自压缩空气爆膜法”，利用被压缩在出水部分的突然膨胀，将滤膜击破。即先关出水门，进水门仍开着，利用进水压力压缩上下气室中的空气，3-5min后，待器内各部压力均匀时，关进水门，然后突然迅速打开放气门和排渣门，进行爆膜和排渣。此时，由于压缩在筒体内的压缩空气突然膨胀，多孔面板上面的一些水从滤元内部挤压出来，打碎滤膜并使滤膜脱落和排走。然后用反洗水将滤元冲洗干净，清除滤渣，以便重新铺膜。机组启动时，凝结水含铁量达500-3000ug∕L，经覆盖过滤器过滤后，出水含铁量一般在10-30ug∕L。机组正常运行时，进水含铁量小于50ug∕L，经过滤后出水含铁量在10ug∕L以下。2.2管式微孔过滤器2.2.1结构微孔过滤是利用过滤介质的微孔把水中悬浮物截留下来的水处理工艺。这些过滤介质常做成管状，称为滤元。在一个过滤器中通常组装有许多滤元，管式微孔过滤器的结构与覆盖过滤器的结构相似，如图2-1所示，不同的是滤元用合成纤维制成具有一定空隙的滤层，不再铺附滤料。此过滤器在除铁和除凝结水中悬浮物方面效果良好。管式微孔过滤器滤元的结构大体有两种：一种是经烧结而成的整体型微孔滤元，其材质为金属、陶瓷或塑料等；一种是在刚性多孔芯子外，再缠绕合成纤维制成具有一定孔隙的滤层，过去多用漂白棉，现在使用最多的是聚丙烯纤维。滤元数量应按其总流量的1.-2.0倍选取，以提高使用寿命，微孔过滤器有不同的使用规格，如1um、5um、10um等的过滤器就是指滤去1um、5um、10um等以上的颗粒。当微孔过滤器运行压差大于0.08MPa，或运行时间超过72h时，应停运进行清洗。操作程序如下：排水，开气门和空气擦洗排风门，水排至一定位置；空气擦洗，轮换进空气和进水，充气流量约为1600N·m3∕h,充气擦洗时间60s，进水时间45s，进水流量约为500t∕h。一般要擦洗5次；充水。由下部进水，到过滤器充满水后，投入正常运行。\n图2-1管式微孔过滤器结构图\n\n表2-4引进750t∕h管式微孔过滤器的外形数据项目技术参数直径（mm）外径1800，内径1774总高度（mm）2650工作压力（Pa）13工作温度（℃）50滤元总根数（根）245滤元内径（mm）35滤元外径（mm）61滤元长度（mm）1760滤元流速（m∕h）8.72.2.2滤元国产管式微孔过滤器中采用的滤元为蜂窝式管状滤元，其滤料为聚丙烯纤维，骨架为聚丙烯管，该滤元规格及主要技术指标见表2-5。表2-5滤元规格及主要技术指标型号孔径（um）外径∕内径长度（mm）压差为1.37×104Pa时的流量质量（g）有效过滤面积（㎡）最高使用温度（℃）最大使用压差（MPa）SS-P01P25165∕302500.402700.24600.2SS-P05P2550.75240SS-P10P25101.30230SS-P20P25201.85210SS-P30P25302.2210SS-P50P25502.5200SS-P75P2575190SS-P100P251001902.2.3运行中应注意的问题当管式微孔过滤器的运行压差大于0.08MPa或运行时间超过72h时，应停运进行清洗。若充分反洗或酸洗后，其压降仍不能降低而影响出力时，应更换滤元。2.3电磁过滤器2.3.1原理电磁过滤器是借助于励磁线圈中直流电流产生的定向磁场，磁化填充层中的导磁物质（钢丝棉、铁棒、不锈钢纤维），再通过磁化了的导磁物质对水中的磁性物质颗粒进行吸引，将杂质吸引在导磁物质表面，除去了水中的含铁物质和某些非铁磁性物质，除铁率可达90%，使水得到了净化。2.3.2结构电磁过滤器筒体是由奥氏体钢制成的，壁上有对开的两个窥视孔，筒体下部是过滤层，层内装有直径为6-6.5mm\n软磁体制成的铁球，层高1000mm。进水装置为缝隙式，并起支撑铁球的作用。出水装置为直筒插入式，直筒段开条形缝时，铁球被冲出。筒体外绕有线圈，筒体与线圈间有一薄层绝热层，防止高温凝结水传热给线圈，造成线圈温度过高。线圈外套有屏蔽罩，减少漏磁和使线圈抽风散热。2.3.3型式及主要参数电磁过滤器主要有钢球型、钢毛型和复合型，其技术参数见表2-6。表2-6电磁过滤器的技术参数型式钢球钢毛型高梯度复合高梯度型型号I型G型FG型基体钢球钢毛钢片、钢毛复合体材质DT40Cr170Cr17规格φ6.35-φ6.5mm200-300um30-200um层高（mm）1000-1200150-200800-1000充填率约65%约5%约24%磁场强度（kA∕m）100240200运行流速（m∕h）1000150-200400-800起始压差（MPa）0.150.03-0.040.04-0.05主要用途大机组凝结水净化轧钢或转炉废水处理大机组凝结水、疏水、回用水2.3.4电磁过滤器优缺点优点。可直接过滤高温水；过滤滤速可达到200-1000m∕h，小型装置处理能力大；运行操作简单；反洗水量少，而且不像覆盖过滤器那样反洗时有废弃的滤料；设备构造简单，容易维修。缺点。不能除去非磁性的固体颗粒，如铜的各种氧化物和铁的腐蚀产物；受给水处理方式的影响很大，不适用给水采用OT、AVT方式运行的机组；给水采用AVT方式运行的机组，凝结水中悬浮铁的去除率仅为60%-90%