提高中抽法分离效果的技术研究及应用_田文华.pdf

清 洗 世 界Cleaning World试验研究试验研究试验研究试验研究第39卷第3期2023年3月0 引言凝结水精处理主要是去除热力系统中的腐蚀产物和各种溶解性离子杂质，以获得更为纯净的锅炉给水。通常精处理出水占锅炉给水量的 80%以上，因此对改善锅炉给水和热力系统的水汽质量具有决定性的意义。调研可知：我国大部分电厂凝结水精处理系统的运行效果不佳，特别是精处理系统高速混床，运行中存在问题较多，主要体现在三个方面：一是出水中存在杂质离子泄漏，二是周期制水量低，三是树脂体外分离与再生过程的自动化程度低。精处理运行的水平直接影响机组的安全运行。威海电厂二期 2320 MW 亚临界机组混床树脂采用的体外分离中抽技术是一种比较落后的分离工艺，目前在国内使用较少，基本已被高塔法和锥底法取代。中抽法由于原设计存在问题，使得阳阴树脂的分离度较低，不满足阳中阴和阴中阳 0.1%的要求，且混床运行终点易发生漏钠、漏氯等现象。此外树脂的设计比例不理想，导致周期制水量达不到设计要求，整体运行效果与高塔法等先进工艺相比有较大差。通过长期的积累研究，对现有中抽法体外分离工艺进行改造技术，可显著提高树脂分离度，优化树脂比例，不仅能大幅增加混床周期制水量，降低酸碱耗量，减少树脂损耗量，减少除盐水的消耗，还可带来近百万元的经济效益。同时，由于树脂的再生效果得到提升，确保了高速混床在整个运行周期内都有较好的出水水质，不仅降低了炉管的结垢、腐蚀速率，延长了锅炉酸洗周期，还能使热力设备始终保持较高的发电效率，间接降低了发电煤耗，产生了数百万元的间接经济效益。1 项目背景华能威海电厂二期 2320 MW 亚临界燃煤机组，每台机组凝结水精处理系统由 3 台圆柱形高速混床构成，2 用 1 备。高速混床树脂采用体外分离方式，2 台机组共用 1 套中抽法分离系统。主要设备规范见表 1。威海电厂精处理高速混床均采用的阳（LEWATIT MonoPLus S200H）、阴（LEWATIT MonoPLus M800）树脂，且每套树脂（氢型阳树脂与氢氧型阴树脂）体积为 3.8 m3，阳阴树脂配比的原设计值为 11。周期制水量只有 3 万 m3。高混运行周期短对全厂的节水减排工作均有很大的负面影响，且考虑到机组的长期安全运行问题，故决定对精处理高速混床系统进行智能化改造。高速混床主要设计参数：每台混床设计正常出基金项目：中国华能集团有限公司总部科技项目（HNKJ18-H43）。作者简介：田文华（1968-），男，博士，教授级高级工程师，主要研究方向：电厂凝结水精处理，补给水处理及节水技术。收稿日期：2022-05-07。文章编号：1671-8909（2023）3-0048-003提高中抽法分离效果的技术研究及应用田文华1，王子闯2，曹红梅3，周莉1（1.西安热工研究院有限公司，陕西 西安 710032；2.华能威海发电有限责任公司，山东 威海 264200；3.华能山东公司，山东 济南 250014）摘要：中抽法工艺在分离过程中存在阳再生塔直径偏大且高度偏低，树脂间膨胀空间较小，分离塔侧面输送阴树脂较少等问题，易造成树脂表面不平整，影响分离效果。华能威海电厂经过诊断存在高速混床运行阶段泄露离子，阳树脂实际工作交换容量低等问题。通过对已有中抽法技术改造，增设了树脂界面智能识别及控制仪，优化并了调整高速混床树脂比例及树脂分离、混合和传送工艺步序，修改了控制逻辑。改造完成后效果明显，周期制水量达到 6 万 t 以上，运行末期未发生离子泄漏。关键词：精处理系统；高速混床；运行优化；树脂分离中图分类号：TM621.8 文献标识码：A49第 39 卷田文华 等.提高中抽法分离效果的技术研究及应用力：380 m3/h；每台混床设计最大出力：450 m3/h；混床树脂层高：1 m；阳/阴树脂体积比：1 1；运行周期：56 天(氢型运行)。2 项目内容2.1 诊断结果（1）水质分析。2020 年 4 月 10 日16 日，在#4 机精处理高速混床正常运行期间及运行末期取样并测定高速混床出水中的各种阳、阴离子含量，结果见表 2 和表 3。由表 2 和表 3 可知：GB/T 121452016火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量表 6“凝结水除盐后的水质”的期望值要求：亚临界机组凝结水除盐后 Na+浓度应不大于 2 g/L，Cl-浓度应不大于 1g/L。由表可知，威海电厂 4B高混制水量为 2.5 万 m3出水 Na+、Cl-浓度远超标准要求，Na+浓度最高达 17.4 g/L，Cl-浓度最高达 19.3g/L，此时氢型混床已经失效。4B 高速混床出水 Na+、Cl-浓度均远大于标准要求，不满足标准 GB/T 121452016 的要求，甚至出现混床出水离子含量超过混床入口的情况，可能是混床的再生过程存在严重的交叉污染。说明此时高速混床已转入氨型运行阶段。（2）高混周期制水量。从表 4 可以看出，威海电厂二期精处理高混平均周期制水量仅为 35 945 m3，不满足设计要求。特别需要注意的是，通过对表 2、表 3 混床出水各离子的检测结果分析可知，4B 混床制水量超过 2.5 万 m3时钠离子和氯离子已超出氢型运行要求，混床实际已经失效。说明高混氢型运行周期制水量比现有统计的周期制水量更低。（3）阳阴树脂分离效果。在 4B 高速混床内失效树脂分离过程中取样，采用悬浮分离法检测分离度。数据显示，该套树脂分离后，阳中阴含量为7.7%，阴中阳含量为 6.7%，这两项指标均不满足标准 DL/T333.1火电厂凝结水精处理系统技术要求中的规定，阳树脂在阴树脂内的含量以及阴树脂在阳树脂中的含量均小于 0.1%。高混失效树脂现场分离效果及输送状况均不理想。树脂分离效果较差，无论是阳树脂中夹杂阴树脂，还是阴树脂中夹杂阳树脂，均会造成阳、阴树脂交叉污染。表 1 精处理设备规范序号名 称规 范数量单位1高速混床DN2200 mm、P=3.53/3.6MPa6台2树脂捕捉器DN800/DN500mm、P=3.53/3.6MPa6台3阳再生塔DN1800mm、P=0.69MPa1台4阴再生塔DN1400mm、P=0.69MPa1台5树脂处理塔DN1400mm、P=0.69MPa1台6储存塔DN1800mm、P=0.69MPa1台7碱计量箱DN1200mm、V=1.6m31台8酸计量泵型号：MBH562-8MPBMEM4SEST11NN22 流量：2080L/h2台9碱计量泵型号：MBH401-8MPBMEM4SEST11NN11 流量：1000L/h2台表 2 4B 高速混床出水阳离子含量（2020.5）取样位置取样时间阳离子含量/(g L-1)制水量/tNa+NH4+K+Mg2+Ca2+#4 机凝结水4.16 11:300.20.2L0.2L0.2L/4B 高混出水4.10 15:380.40.20.3 0.2L0.2L78004B 高混出水4.14 08:4417.45.10.2 L6.50.2L250004B 高混出水4.15 13:0110.30.90.55.70.2L306874B 高混出水4.16 15:0213.45.00.2L5.30.2L34716注：“L”表示该值在检测限以下，“L”前的数字表示该成分的检测限。表 3 4B 高速混床出水阴离子含量取样位置取样时间阴离子含量/(g L-1)F-CH3COO-Cl-SO42-NO3-PO43-制水量/t#4 机凝结水4.16 11:300.1L1.00.30.2L0.2L0.3L/4B 高混出水4.10 15:380.3 1.2 0.31.1 0.2L0.3L78004B 高混出水4.14 08:440.1L1.0 0.5 1.8 0.6 0.3L250004B 高混出水4.15 13:010.1 0.2L17.6 7.3 5.5 0.3L306874B 高混出水4.16 15:020.1L0.6 19.30.6 0.3 0.3L34716注：“L”表示该值在检测限以下，“L”前的数字表示该成分的检测限。50第 3 期清 洗 世 界2.2 优化改造结合中抽法再生工艺的缺陷及威海电厂二期精处理系统再生过程中的具体状况进行综合分析可知：分离/阳再生塔直径较大，阴树脂和混脂层均是从其侧面进行传输，因此使得树脂面出现倾斜或漏斗状，导致了阳、阴树脂分离度偏低。鉴于中抽法自身存在的设备缺陷，对分离/阳再生塔顶部进水管管路及侧面出脂管进行改造。具体改造方案 如下：（1）改造前：输送水流量偏大，为 55 m3/h，且上部进水与底部进水不匹配，底部输送水流量偏小，基本都是上部流量；改造后：增加了树脂输送上部进水门，输送树脂过程中同时开上部与底部树脂输送进水门，输送流量控制为 1015m3/h。（2）改造前：混脂层输出不彻底的原因主要是罐体直径大，阳塔内配水不理想；改造后：混脂层由侧面出脂改为底部出脂。（3）阳阴树脂分离效果。在 4B 高速混床内失效树脂分离过程中取样，采用悬浮分离法检测分离度，结果见表 5。2.3 实施效果评价（1）高混正常运行（出水比电导约 0.06 0.07 S/cm）及运行至解列时（出水比电导0.15 S/cm）表 4 高速混床周期制水量统计（2020.12020.4）序号 混床名称 运行时间/h 周期制水量/m3周期制水量平均值/m314A323313152920722093267431953529344B205309863309452382486062033175574C3563320238465836037346931144846103A248316933307611224375311219232064133B309301373503914294383981528236584163C360383643614017284248601835645196表 5 混床树脂分离度的检测结果阳中阴（%）阴中阳（%）实测值标准要求实测值标准要求7.70.16.70.1分别取样，测定了各阳、阴离子含量，结果显示混床运行末期出水中的钠离子与氯离子浓度分别由优化前的 17.4g/L 和 19.3g/L（最大值）降为1 g/L 以下，含量下降了约 94%，满足国标 GB/T 121452016火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量中的期望值要求。此外，其他各种离子浓度也无明显偏大，表明高速混床出水水质优良。（2）对项目实施后高速混床周期制水量进行统计，并根据流量校准情况对周期制水量进行校正。高混平均周期制水量在原有 4 万 m3基础上增长到9 万 m3以上，增幅达 125%。3 结论综上所述，本项目采用改造后的中抽法分离工艺，不仅改进了中抽法的分离设备，调整了输送工艺参数，使树脂界面平稳、缓慢下降，防止输送过程出现“旋转漏斗”现象，还彻底解决了分树脂离度低，阳中阴及阴中阳不达标，高混的周期制水量低的问题。本技术的成功应用为中抽法精处理系统的技术优化指明了新的方向，可推广至国内同类机组，具备良好的使用价值。参考文献：1 韩隶传，汪德良.热力发电厂凝结水处理 M.北京：中国电力出版社，2010.2 李培元，周柏青.火力发电厂水处理及水质控制M.3 版.北京：中国电力出版社，2018.3 周柏青，陈志和.热力发电厂水处理 M.4 版.北京:中国电力出版社，2009.4 DL/T333.12010，火电厂凝结水精处理系统技术要求第 1 部分湿冷机组：S.5 田文华.我国火电厂凝结水精处理存在的问题及对策 C.长沙：电厂化学学术年会论文集，2013.6 田 文 华，雷 俊 茹，祝 晓 亮，等.高 速 混 床 树脂分离与输送过程的智能监控 J.中国电力，2015,48(11):22-25+159.7 田文华，周莉.凝结水精处理系统节水减排降耗关键技术 J.热力发电，2019,48(01):84-89.8 耿卫众，郝相俊.凝结水精处理混床运行周期短的原因分析 J.华电技术，2012,34(10):52-54+79.9 慕 晓 炜，郑 敏 聪，李 建 华.凝 结 水 精 处 理