高速精处理混床在实际运行中的优化分析

2010-06-23李长海张雅潇

电站辅机 2010年1期

李长海,张雅潇

(1.西北电力建设调试施工研究所,陕西西安 710032;2.西安有色冶金设计研究院,陕西西安 710001)

1 概述

随着国内高参数、大容量机组的相继建成,对凝结水的精处理也提出了更高的要求。水是火力发电机组机炉间能量传递的唯一介质,所以,水对机组的运行安全和经济方面的作用是很大的,特别是凝结水的质量(相对于整个汽水系统)是起决定作用的[1]。凝结水精处理装置是净化和处理凝结水的重要设备,而高速混床在凝结水精处理中应用较为广泛,其处理后水质的优劣将直接影响到凝结水的质量。现以实例就影响凝结水精处理高速混床出水水质及运行周期的因素作一初步探讨。

2 高速混床在凝结水精处理中的应用

灞桥热电厂技改工程和渭河热电厂技改工程中,有4台300MW亚临界机组凝结水精处理系统,均采用中压无前置过滤器的混床系统。高速混床串接于主凝泵与轴封加热器之间,对全容量凝结水进行除盐处理,每台机组设置3台高速混床,共处理3×50%的凝结水量。正常情况下,2台混床均属于连续运行,1台备用混床,同时设置100%旁路系统。2台机组共用一套体外再生系统(高塔分离再生系统SPT),每台高速混床的最大出力为440m3/h。

2.1 树脂选择

灞桥热电厂试运阶段,高速混床选用的树脂,分别是某厂的 D003NJ型阳树脂和 D203NJ型阴树脂,而渭河热电厂试运阶段,高速混床选用的树脂,分别是某厂的D001型阳树脂和D201型阴树脂,在试运阶段发现,灞桥热电厂所选用的树脂不论从树脂均匀度、色度和强度等都明显优于渭河热电厂所选用的树脂,在分离过程中,灞桥热电厂所选用的树脂由于阴、阳树脂色差较明显,易看清树脂的分界面,渭河热电厂选用的树脂,虽然经过反洗也能较好地分层,但树脂的分界面不容易观察,需人工多次确认。渭河热电厂的高速混床在试运阶段时,在树脂再生过程中,由于较多碎树脂被反洗出来,人工进行了添加,在试运后期建议业主更换了新的树脂。

树脂的选择直接关系到其分离和混合效果,而分离和混合效果也影响到混床的出水水质及运行周期长短,因此在选择树脂时,应充分考虑树脂分离效果的同时需兼顾其混合效果。树脂的均一性是关键,树脂粒度的分布越窄越好。阴树脂大于0.90mm和阳树脂小于0.63mm的范围,均不能超过1%,这是保证分离的基本前提条件[2]。为了避免因破碎树脂的存在而导致树脂交界处出现的混脂层,还应选择强度大的树脂,减少破碎树脂引起的混脂层。使用前,应在再生塔内采用漂洗的办法尽量除去小颗粒树脂和破损的树脂,以减小小颗粒树脂和破损的树脂引起的混杂率。

2.2 树脂分层

灞桥和渭河电厂对已失效树脂的分离,是采用水力反洗的二次分离方法。反洗进水由反洗进水阀和反洗进水流量调节阀共同控制,反洗进水阀为普通阀门,起稳流作用,用流量调节阀调节反洗水的流量。以渭河电厂的树脂分离程序为例:

(1)大流量的反洗水使阴阳树脂全部托起并持续一段时间,此时注意不要使树脂冲出。分离塔反洗进水阀和反洗流量调节阀全开,总流量为50 t/h左右。

(2)关闭反洗进水门,通过反洗流量调节门,逐步调小反洗进水流量直至达到阳树脂的终端沉降速度;继续降低反洗进水流量,直至达到阴树脂的终端沉降速度。在这过程中,依次采用不同的反洗水流量,流量分别为35 t/h、16t/h、11t/h和5 t/h。

(3)通过上部进水和下部同时进水将阴树脂传至阴罐。此时上部进水流量为30 t/h,下部进水流量为5t/h。

(4)利用合适的反洗水流量将树脂二次分离。二次分离反洗流量依次为35 t/h、16 t/h、11 t/h和5 t/h。

(5)通过上部进水和下部同时进水将阴树脂传至阴罐,将阳树脂送出。此时上部进水流量为30t/h,下部进水流量为5t/h,输送时是否已到达正确位置由光电检测信号确定。中间预留一定比例的混脂层,混脂层高1 m。反洗水流量和所需时间见表1。

表1 渭河电厂树脂分离反洗流量和时间

对树脂的分层,常采用水力反洗分层的方法,即在某段时间内用一定流速的反洗水,对树脂进行反洗,利用阴、阳树脂之间的密度差而进行分层。在实际操作中发现,分离设备的结构并无很特殊的设计。所以,只要掌握适当的反洗时间,控制好反洗流速,就能达到良好的分离效果。

2.3 树脂分离及送出

混床中的树脂失效后,就得将树脂转移出来,分层后树脂需要转移至再生罐再生,再生后的树脂还要重新传回混床,树脂作为被转移的对象,需在混床及各再生设备之间进行来回输送。如果输送得不彻底,将会造成混床间树脂量不均匀,并且会带来阳、阴树脂的体积比失调,导致混床的出水水质变差等一系列不良后果。

2.3.1 树脂由混床传至分离塔

灞桥和渭河电厂的树脂在由混床传至分离塔的过程中,前期传送均采用单独下部进气进行传送,目的是将运行失效后压实的树脂搅起松动。后期传送时,保持混床内具有一定液位,采用气、水合送的方法,即下部进气、上部进水同时进行。但发现混床液位不易控制,所以,在气、水合送前,增加了混床充水步序,使混床保持一定液位后再进行树脂传送,这样,混床内的树脂容易被传送干净。在下部进气输送过程中,要求气源压力稳定,且压力不能太低,否则传输速度慢。压力太大则管路震动较大,压力为0.3MPa左右较佳。如果单独采用上部进水方式把树脂向下压送,此法虽然能够将混床内大部分树脂送出,但是混床配水装置周边的树脂则无法带出,最后残留的树脂会堆积起来,呈空心锥状。若单独下部进气进行输送,虽然此法也能将树脂大部分传出,但在传送后期水的比例太低,传输摩擦阻力大,树脂传送也不干净[3]。

2.3.2 树脂由分离塔传至再生罐

灞桥和渭河电厂的阴、阳树脂在由分离塔传送至阴、阳塔的过程中,发现由于中间树脂层的存在,阴树脂传至阴罐后纯度可以达到近乎100%的效果。但在阳树脂转移至阳罐过程中,转移流量的大小与反洗进水托脂流量的配比,若控制不恰当,阳树脂传送至阳罐过程中就容易携带阴树脂,这种现象的发生,将直接影响树脂再生效果和高速混床的运行周期。

以渭河电厂为例,在试运过程中,首先采取的是气、水合送方法,阴树脂虽然能较好的分离和传送,但阳树脂传送过程中,由于气送速度较快,不易控制水、气流量配比及树脂的积存位置,阳树脂携带阴树脂较多。调整几次反洗进水流量后,反洗后阳罐中阴树脂高度基本为7～8cm,(上部进气压力为0.25 MPa,反洗进水流量控制在8～10 t/h),决定改用上、下同时进水的方法进行传送。

在上、下同时进水传送过程中,当上部进水流量为 45～50t/h,下部进水流量为5～10 t/h时,阳树脂携带阴树脂较多,在阳罐中反洗后阴树脂高度为6～9cm,虽然从窥视孔观察树脂层面没有乱层,但由于大水流作用于树脂层上部的力较大,导致树脂层上部树脂下移速度加快,进而破坏树脂的平衡状态,在树脂层内部,阴树脂会很快形成“漏斗”混入阳树脂而使大量阴树脂进入阳罐中,如图1所示;当上部进水流量为35～40 t/h,下部进水流量为5～10 t/h时,阳树脂携带阴树脂较少,在阳罐中反洗后阴树脂高度为3～5 cm,从窥视孔观察树脂层呈现波浪状态,如图2所示,这是因为反洗进水流量相对加强,树脂层内部的平衡也会遭到破坏。在阴、阳树脂分界面表现为:密度相对较小的阳树脂进入上部的中间阴树脂层,密度相对较大的阴树脂进入下部的阳树脂层,其它层面也会出现波动,从而使部分阴树脂随阳树脂进入阳罐中;当上部进水流量为30～35 t/h,下部进水流量为3～5 t/h时,阳树脂传至阳罐反洗后,阳罐中基本上没有阴树脂,阳树脂分离传送较好,从窥视孔观察树脂层面下降缓慢稳定,且传送位置点控制准确,如图3所示。

2.3.3 树脂由再生罐传至混床

树脂由再生罐传至混床过程中,应注意树脂传送的干净程度和防止树脂二次分离。

灞桥和渭河电厂树脂由再生罐传至混床的过程中,首先是将树脂罐内充满水,目的是保证在再生罐上部没有可进水的空间,以防向上进水时可能造成阴、阳树脂的二次分离。在传送前,将混床内的水排至低水位,目的是避免从上部进入的阴阳混合树脂,经过床体水层产生二次分离。传送前期采用气、水合送的方式,即上部进气,下部进水对树脂进行传送,在气水合送前,应注意让再生罐出脂门和下部进水门比上部进气门、混床进脂门、底部排水门晚开10～20s,目的是传脂前使再生罐上部保持一定压力,并保证传送树脂的路径畅通,气、水合送时,应注意提高再生罐上部进气压力,降低下部进水压力,使气压大于下部进水压力,避免因树脂上浮而导致的二次分离。在传送后期,保持再生罐内一定液位采用水力输送,即上部进水将附着在再生罐表面的树脂淋洗下来,同时下部进水加强底部树脂的流动性,能较好的将树脂输送干净。在树脂传送至混床后,为了保证混合效果进行了二次混合。

2.4 树脂再生

树脂再生度的高低直接关系到混床出水水质和运行周期,而对树脂再生度要求的高低又与混床运行方式有关,再生过程再生剂的用量为进出口酸碱浓度平衡,再生后,原则上正洗排水电导越小越好,但考虑到正洗过程中的水耗,一般正洗后电导小于5μ s/cm 即可[4]。

2.5 树脂混合

灞桥和渭河热电厂给水采用全挥发性处理的碱性水工况,凝结水pH值在9.1～9.4。考虑到混床在运行过程中,由于阴、阳树脂的比重差,混合后两种树脂的沉降差等原因,导致混床上部阴树脂偏多,混床下部阳树脂偏多。在这种情况下,碱性凝结水直接进入混床,上部混合树脂层中的阳树脂会很快被中和而失效。此时,上层阴树脂就直接接触碱性水,这对其交换是很不利的。为解决这一问题首先从树脂选择着手,在保证分离的前提下,提高阴,阳两种树脂的均一性,渭河电厂试运后期就更换了一批树脂。同时,在分离过程中采用变流量的方式提高树脂的分离度,在再生过程中提高树脂的再生度,在树脂输送至混床后采用了二次混合,确保树脂混合均匀。

2.6 混床投运

由于试运阶段工期紧张,而且汽水品质不稳定,不适宜采用氨化运行,灞桥热电厂和渭河热电厂试运期间,混床均采用氢型混床方式运行,以渭河2号机组为例,高速混床于2009年5月3号18:00投运,精处理混床投运后24h混床出水。凝结水、给水系统硅含量变化趋势见图4所示,由图4可知,当高速混床投运后,凝结水、给水系统的硅含量分别由158.8μg/L 和 123.4μg/L 下降至 23.6μg/L 和45.2μ g/L,给水系统的硅含量虽有波动,但下降趋势依然明显。

图4 精处理混床投运后对凝结水和给水的影响

氢型混床虽然能较好地除去给水中的各种盐类,但相对于氨化混床其运行时间短,而氨化混床对于阴,阳树脂再生度要求很高,目前,国内混床氨化运行投入不上的主要原因,是再生后阴树脂Cl型含量过高。这又与许多电厂仍在采用氯化钠含量高的30%或42%的液碱再生凝结水处理混床的阴树脂和分离后阳树脂中混有阴树脂有关。因此提高阴树脂再生度,必须提高碱再生剂的质量和提高分离度(与树脂选取和传送有关),表2列出了氨化运行时再生剂的质量要求。在试运后期建议业主在正式运行时,应考虑购买质量较好的再生剂并进行氨化运行,从而提高混床的运行周期。