成紅燕

(中國華電工程(集團)有限公司，北京 100035)

0 引言

目前，我國大部分地區(qū)水資源日趨貧乏，特別是富煤貧水地區(qū)，水資源更加短缺，加之水質(zhì)污染嚴重，水已成為制約火電廠建設發(fā)展的重要因素。近10年來，在北方缺水地區(qū)建設空冷機組已經(jīng)成為一種趨勢?？绽錂C組用水量是常規(guī)濕冷機組用水量的1/4，即建設1座百萬千瓦濕冷機組的用水量相當于4座空冷百萬千瓦機組的用水量。由此可以說，在富煤貧水地區(qū)建設大型空冷機組是火電建設的必由之路［1－3］。應加快空冷機組水化學工況研究，合理選擇水處理系統(tǒng)，為機組安全、經(jīng)濟運行提供保障，顯得尤為重要。

1 空冷凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的選擇

根據(jù)DL/T 912—2005《超臨界火力發(fā)電機組水汽質(zhì)量標準》的規(guī)定，經(jīng)過超臨界機組凝結(jié)水處理裝置處理后的凝結(jié)水質(zhì)量應符合表1規(guī)定。

由于空冷機組運行的背壓較高，夏季凝結(jié)水的溫度達70～85℃。因此，在對精處理系統(tǒng)設備選擇時，不僅要考慮凝結(jié)水處理裝置后的出水水質(zhì)，還要適應耐高水溫的要求［4］。對超臨界直流鍋爐直接空冷機組而言，在選擇凝結(jié)水精處理系統(tǒng)時，必須同時滿足如下條件［5］:

(1)該機組凝結(jié)水必須全時段100%處理。

(2)須適應較高的凝結(jié)水溫的要求。

2 凝結(jié)水精處理工藝

目前國內(nèi)空冷機組常規(guī)的凝結(jié)水精處理系統(tǒng)主要特點如下:

(1)除鐵過濾器系統(tǒng)。它具有除鐵功能，但不具備除鹽功能，適用于超高壓調(diào)峰機組及高壓直接空冷機組。目前此系統(tǒng)已不常使用。

(2)粉末樹脂覆蓋過濾器系統(tǒng)。其主要功能是除鐵，同時可除去部分鹽分。它適用于亞臨界、超臨界及以上直接空冷機組。

(3)裸混床系統(tǒng)。它具有深度除鹽功能，同時也能去除部分腐蝕產(chǎn)物。該系統(tǒng)最大的缺陷是在夏季凝結(jié)水溫度很高時，由于混床內(nèi)陰樹脂的耐熱性問題還不能解決，從而使精處理系統(tǒng)無法正常投運。目前空冷機組較少單獨使用。

(4)前置過濾器(管式過濾器)－混床系統(tǒng)。它具有除鐵及深度除鹽功能，對于直接空冷機組而言，當夏季凝結(jié)水溫度高時，因陰樹脂的耐熱性問題，需要旁路混床，只能單獨運行過濾器，這樣，凝結(jié)水精處理系統(tǒng)就只具備過濾除鐵的功能而不能除鹽，不能保證給水品質(zhì)合格，因此，不適用于直接空冷機組。

(5)紙漿覆蓋過濾器－混床系統(tǒng)。它具有明顯的除鐵及除鹽功能。對于直接空冷機組而言，當夏季凝結(jié)水溫度高時，因陰樹脂的耐溫性問題，需要旁路混床而單獨投運紙漿覆蓋過濾器，此時只能起到過濾除鐵作用，不能降低水中的鹽分，從而不能保證給水品質(zhì)合格，因此，它不適用于直接空冷機組。

(6)前置陽床－混床系統(tǒng)。它具有除鐵及深度除鹽功能，適用于濕冷機組及混合式間接空冷機組。對于直接空冷機組而言，當夏季凝結(jié)水溫度高時，需要旁路混床，只能運行前置陽床，出水呈酸性，必須加堿調(diào)整pH值才能保證給水品質(zhì)合格，因而它不適用于直接空冷機組。

(7)陽－陰(陽)分床系統(tǒng)。除鹽效果很好，它適用于濕冷、間接空冷機組。對于直接空冷機組而言，當熱季凝結(jié)水溫度高時需旁路陰床，需加堿調(diào)節(jié)pH值以保證系統(tǒng)出水水質(zhì)，同樣不適用于超臨界及超(超)臨界參數(shù)直接空冷機組。

表1 經(jīng)過凝結(jié)水精處理裝置處理后的水質(zhì)標準

(8)前置過濾器－陽－陰(陽)分床系統(tǒng)。它具有良好的除鐵及除鹽功能，適用于亞臨界、超臨界及超超臨界參數(shù)濕冷機組以及混合式間接空冷機組。對于直接空冷機組而言，凝結(jié)水溫度在夏季很高時必須旁路陰床，需再加堿提高pH值，容易導致給水導電度不合格，它不適用于超臨界及超(超)臨界參數(shù)直接空冷機組。

(9)粉末樹脂覆蓋過濾器－混床系統(tǒng)。它具有較好地結(jié)合粉末樹脂過濾器和混床的優(yōu)點，運行靈活，對系統(tǒng)工況有很強的適應性。當夏季水溫超過陰樹脂受溫極限時，可以旁路混床，根據(jù)水質(zhì)情況而決定采用過濾器鋪纖維粉，或者采用纖維粉加陰、陽樹脂混合粉。同樣，在機組正常運行而凝結(jié)水水質(zhì)較好時，也可以旁路混床，只投運粉末樹脂覆蓋過濾器，從而達到機組經(jīng)濟運行之目的。該系統(tǒng)是目前國內(nèi)大型空冷機組廣泛采用的運行方式。

3 不同類型的空冷機組水化學工況特點

目前，電廠采用的空冷方式可分為3種類型:其中有2種類型被稱作間接空冷，分別為混合式間接空冷和表面式間接空冷;另外一種類型被稱作直接空冷。直接空冷投資折算到20年的總費用若為100%，那么混合式和表面式間接空冷分別約為直接空冷的124%和129%，從經(jīng)濟比較綜合分析來看，直接空冷具有一次性投資低、占地面積小及冬季防凍性能好等特點。國內(nèi)首臺百萬千瓦級空冷機組——華電寧夏靈武發(fā)電有限公司采用的就是直接空冷系統(tǒng)［6］。

空冷機組的參數(shù)不同及冷卻形式的多樣化，使得機組熱力系統(tǒng)的水汽品質(zhì)控制也各不相同，形成了空冷機組不同形式的水化學工況特點［7－8］。

3.1 表面式間接空冷機組水化學工況

表面式間接空冷機組的循環(huán)水水質(zhì)是除鹽水，即使凝汽器發(fā)生滲漏，對于凝結(jié)水的污染也非常小，熱力系統(tǒng)的水化學工況控制較為容易。

3.1.1 凝結(jié)水精處理系統(tǒng)

凝結(jié)水精處理系統(tǒng)與濕冷機組的方案基本相同，主要是考慮到凝結(jié)水溫度偏高，對陰樹脂的耐高溫性能有一定要求，超臨界、超(超)臨界機組宜采用過濾器－混床除鹽裝置，且混床應有備用設備。如果是亞臨界汽包爐機組，由于雜質(zhì)通過爐水排污去除，凝結(jié)水精處理的配置可適當簡化，僅設置混床即可，也有工程僅設置用于機組啟動除鐵的過濾器。

3.1.2 熱力系統(tǒng)

由于設有凝結(jié)水處理裝置，超臨界及以上機組可以采用加氧處理(微堿性)水汽工況，也可采用堿性水汽工況。亞臨界機組宜采用堿性水汽工況，爐水可采用加堿處理。在堿性水工況時，給水pH值為9.0～9.5，氫電導率(25 ℃)＜0.20 μS/cm，氧的質(zhì)量濃度≤7 μg/L;在加氧處理水工況時，給水pH值為8.0～9.0，氫電導率(25 ℃)＜0.15 μS/cm，期望值 ＜0.10 μS/cm，氧的質(zhì)量濃度為 30～150 μg/L。

3.2 混合式間接空冷系統(tǒng)的水化學工況

對于混合式間接空冷系統(tǒng)而言，由于冷卻水散熱器采用鋁管，而機組凝結(jié)水和給水管道采用碳鋼管，機組熱力系統(tǒng)凝結(jié)水與循環(huán)冷卻水經(jīng)凝汽器被混合，使整個水汽系統(tǒng)在鐵－鋁管道內(nèi)循環(huán)，必須要求給水純度極高，一般給水pH值為6.5～7.5，氫電導率(25℃)＜0.30 μS/cm，氧的質(zhì)量濃度為 50～200 μg/L。因此，機組熱力系統(tǒng)和冷卻水系統(tǒng)需在中性水工況下運行，才能保證管道腐蝕量最少。由于空冷器冷卻表面龐大，冷卻水系統(tǒng)中存在大量鐵、鋁腐蝕產(chǎn)物且凝結(jié)水和循環(huán)水在凝汽器混流，加之熱力系統(tǒng)要求維持中性水工況，所以，必須對凝結(jié)水進行100%的過濾和除鹽處理，以保證給水電導率在0.1 μS/cm以下?；旌鲜介g接空冷機組的另一大特點是凝結(jié)水中氧的質(zhì)量濃度較高，而凝結(jié)水中的氧主要由循環(huán)水帶入，其質(zhì)量濃度往往超過100 μg/L。

3.2.1 凝結(jié)水精處理

根據(jù)凝結(jié)水給水水質(zhì)特點及水質(zhì)要求，給水采用中性處理，亞臨界及以上參數(shù)機組，凝結(jié)水處理系統(tǒng)工藝為前置過濾器－離子交換除鹽裝置。除鹽裝置可以采用混床或者是陽、陰分床，前置過濾器可采用前置陽床、管式過濾器或樹脂粉末過濾器。過濾器和離子交換除鹽設備均設有備用。

3.2.2 熱力系統(tǒng)

給水pH 值為 6.8～8.5，氫電導率(25℃)＜0.15 μS/cm，期望值為0.10 μS/cm，氧的質(zhì)量濃度為30～150 μg/L?；旌鲜介g接空冷系統(tǒng)的運行(最重要也是較難做到的)就是要維持凝結(jié)水和給水的高品質(zhì)。在機組啟動時，保證水汽品質(zhì)難度更大，往往存在水質(zhì)差、啟動沖洗時間長及水耗量大等問題。當運行控制不好時，水汽系統(tǒng)會出現(xiàn)pH值降低、熱力系統(tǒng)金屬腐蝕等問題。在機組長時間停機期間，應定期利用凝結(jié)水精處理系統(tǒng)對機組的冷卻水進行部分處理。處理方式:啟動1臺循環(huán)水泵，用凝結(jié)水泵將水送入精處理系統(tǒng)，出水通過旁路管返回到直接接觸噴射式凝汽器，循環(huán)至冷卻水導電率降到0.15 μS/cm時停止，這樣，可保證停機時系統(tǒng)水質(zhì)處于良好狀態(tài)，以保證機組啟動后水汽品質(zhì)快速達標。

3.3 直接空冷系統(tǒng)水化學工況

直接空冷系統(tǒng)的冷卻設備與冷凝設備合為一體，一般采用全鋼制空冷散熱器，其系統(tǒng)材質(zhì)單一。機組熱力系統(tǒng)在堿性水工況下運行，易于保證汽水品質(zhì)，當汽水品質(zhì)達到要求時，也可以采用中性水工況運行。

由于超臨界及以上直接空冷機組的汽水品質(zhì)要求很高，凝結(jié)水除鹽裝置一般不退出運行，否則，無法保證汽水品質(zhì)的要求。從經(jīng)濟的角度來考慮，除鹽裝置采用混床最佳，這就對陰樹脂的熱穩(wěn)定性提出了要求。目前，一些專業(yè)的水處理機構(gòu)進行了這方面的試驗研究工作。同時，針對超臨界機組不允許凝結(jié)水精處理系統(tǒng)退出運行以保證汽水品質(zhì)的特點，將凝汽背壓適當降低，保證在正常情況下夏季凝結(jié)水溫度不高于72℃。

3.3.1 凝結(jié)水精處理

根椐直接空冷機組凝結(jié)水給水水質(zhì)特點及水質(zhì)要求，做出相應選擇。

(1)超臨界、超(超)臨界機組。粉末覆蓋過濾器－混床;前置過濾器－陽床－陰床;前置陽床－混床。

(2)亞臨界機組。陽床－陰床。

3.3.2 熱力系統(tǒng)

在堿性工況時，給水pH值為9.0～9.6、氫電導率(25℃)＜0.2μS/cm，期望值 ＜0.15μS/cm，氧的質(zhì)量濃度≤7 μg/L。中性加氧處理工況時，給水pH值為8.0～9.0，氫電導率(25 ℃)＜0.15 μS/cm，期望值＜0.10μS/cm，氧的質(zhì)量濃度為30～150μg/L。

華電寧夏靈武電廠(2×1000 MW超超臨界機組)也是直接空冷機組，凝結(jié)水精處理系統(tǒng)為粉末樹脂過濾器－混床;三用一備，夏季凝結(jié)水最高溫度72℃，凝結(jié)水精處理系統(tǒng)水質(zhì)見表2。

表2 凝結(jié)水精處理系統(tǒng)水質(zhì)

3.4 不同空冷形式水工況要求及系統(tǒng)

不同空冷形式水工況要求見表3。

表3 不同空冷形式水工況要求

4 結(jié)束語

目前，國內(nèi)越來越多的電廠建設高參數(shù)的超臨界、超(超)臨界空冷機組。其凝結(jié)水精處理系統(tǒng)普遍采用以下2個方案:粉末樹脂覆蓋過濾器－混床;前置過濾器－陽床－陰床。從目前調(diào)研的情況來看，二者出水水質(zhì)均可滿足機組水質(zhì)要求。相比之下，混床方案出水水質(zhì)較好，占地面積小，對凝結(jié)水系統(tǒng)的阻力小，應該是超臨界、超(超)臨界空冷機組凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的首選方案。

［1］江自生，韓買良.火電機組水資源利用情況及對策［J］.華電技術(shù)，2008，30(6):1 －5.

［2］張永君.凝結(jié)水精處理系統(tǒng)在空冷機組的應用［J］.黑龍江電力，2011(3):238－240.

［3］楊滿成，周金全.核電站、火電廠水工系統(tǒng)優(yōu)化設計和應用［J］.華電技術(shù)，2013，35(5):22 －24.

［4］石全成，韓小剛.北方炎熱地區(qū)火電直接空冷機組度夏能力分析［J］.華電技術(shù)，2011，33(11):28 －30.

［5］劉經(jīng)燕.超臨界空冷機組凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的選擇［C］//湖北省電機工程學會電廠化學專委會、湖北省電機工程學會電廠化學專委會2007年學術(shù)年會論文集.武漢:湖北省電機工程學會電廠化學專委會，2007:6.

［6］梁楷楹.600 MW直接空冷機組凝結(jié)水精處理分床系統(tǒng)應用實例［J］.工業(yè)水處理，2010(9):90－92.

［7］曹培剛，董暖.空冷機組凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的初步研究［J］.河北電力技術(shù)，2003(1):18 －20.

［8］田文華，李鵬，和慧勇.空冷機組凝結(jié)水精處理系統(tǒng)設備優(yōu)化配置［J］.熱力發(fā)電，2009(3):81－84.