关于火力发电厂凝结水精处理的若干问题研究

1.我国凝结水精处理技术的现状

程控系统的目的是火电机组全数字化的控制、监视、管理的自动化。凝结水精处理装置是大型机组汽包锅炉和直流锅炉的重要辅助设备。600MW及以上机组的凝结水精处理工艺是前置过滤+混床，再生技术以高塔为主。该装置的安全、稳定运行对于锅炉的给水水质起关键作用。

2.高塔分离再生工艺

所谓树脂高塔分离再生工艺，是将失效的混床树脂输送至树脂分离塔（SPT），完成水力分离后，将上层的阴离子交换树脂移送至阴树脂再生塔（ART），将下层阳离子交换树脂移送至阳树脂再生塔（CRT）。阴阳树脂分离面附近的混合树脂作为保护层树脂留在树脂分离塔内，然后分别再生阴阳树脂。

对于作为保护层留在树脂分离塔内的树脂，下一次再生时，将和新输送来的失效混床树脂一起在分离塔内进行再次分离。在这里，分离塔内将一直留有一部分混合树脂作为保护层树脂，从而在一定程度上避免分离不完全问题。

再生步骤为：将混床失效树脂送到树脂分离塔；树脂分离塔内反洗分层；树脂分离塔内上部阴树脂输送到阴树脂再生塔内；树脂分离塔下部阳树脂送到阳树脂再生塔内，中间层混杂树脂留在分离塔内；分别对阴阳树脂进行再生；将再生好的阴树脂再移送到阳树脂再生塔内，和再生好的阳树脂进行混合，列入备用。

凝结水精处理体外再生系统树脂流程：

3.精处理系统存在的问题

高塔分离再生方式的精处理装置在我国占有大部分比例。从现场的实际应用来看，在技术上存在一些不足之处。

3.1 步序繁杂

从开始调试到现场的运行效果来看，精处理的调试与调试人员的经验有很大关系，目前大多数调试很依赖设备厂方供给的运行步序，步序过于繁杂，操作复杂，增加工作量，甚至达不到预期效果。

3.2 设备质量问题和程控系统投入不好或不能投入

由于设备质量和程控系统的稳定性问题，精处理的程控系统普遍投入不好，部分程控系统甚至从未调试成功，即使调试投入，在生产过程也不能稳定运行。尤其在树脂再生时，可能造成树脂大量流失，造成不必要的经济损失。技术先进、性能可靠的程控系统成为解决这一问题的关键。

3.3 混床出水水质和制水量出现的问题

当阴阳树脂经过正确再生输送到混床内投入不久，混床即失效；周期制水量明显低于正常值，有时还伴有混床出水pH偏低和水质下降的现象。

4.原因分析

精处理系统的制水量和出水水质发生问题是由于精处理工艺中树脂不能实现完全分离和完全混合所致。而树脂的完全分离和混合是不能实现的，这一点也就成为精处理系统的主要技术不足。另外，再生树脂过程中，再生液酸碱量进入不足或者再生液浓度、温度达不到要求，树脂不能充分再生，也是造成精处理混床运行周期短，出水水质差的原因。

4.1 分离不完全产生的问题

从生产实践发现，树脂再生分层成为整个树脂再生的主要问题。树脂分离过程中必须不断的更改压送各树脂的步序时间来调节。

目前的高塔分离工艺，树脂分层效果都不错，问题主要出现在树脂的压送过程中。调试结束后，随着运行时间的增加，树脂不可避免的或多或少的流失，压送步序时间也一直更改，阴、阳树脂进行水力分层后，受到树脂转型和水流压实程度变化的影响，阴、阳树脂的中间层不能始终稳定在树脂分离器的树脂出口位置。因此，树脂压送过程，必须有巡检人员到现场观察，及时调整。不然可能导致阴阳树脂输送后，发现阳树脂内含阴树脂多或阴树脂含阳树脂多，前功尽弃。

树脂分层后，阴树脂中混有微量阳树脂或者阳树脂中混有微量阴树脂，或者由于树脂碎裂，导致阴树脂中混有微量阳树脂，这是不可避免的。从现场实践观察，对混床的周期制水量影响不大，这里不做过多说明。水力输送时，树脂分离器和混床内总有残留树脂，可使用底部锥形的再生设备和球形混床来解决这一问题。

4.2 混合不完全产生的问题

在长期的生产实践中发现，阴阳树脂经过再生后，制水量和出水水质出现问题主要是由于再生后的阴阳树脂混合不匀所致。其机理是：由于阴阳树脂密度不同，混合不好时，混床上部阴树脂明显增多，而下部阳树脂偏多。

目前，国内电厂绝大部分采用全挥发处理的碱性给水工况，凝结水pH为9.0-9.5之间，碱性凝结水直接进入混床，混床上部较少的阳树脂很快被中和失效，碱性凝结水直接和阴树脂接触，使得阴树脂不能除掉阴离子，即阴树脂的交换容量得不到发挥。这是因为碱性凝结水中OH-的浓度远大于其它阴离子浓度，而阴树脂中ROH也远大于RCl。当这种阴树脂和碱性凝结水接触时，碱性凝结水刚好和阴树脂达到平衡或接近平衡。此时阴树脂将不能吸收凝结水中的阴离子。

实际运行中还存在另外一种情况，由于阴树脂的再生用碱含有相当数量的NaCl，即阴树脂进行再生后，树脂相中除ROH外，还有相当数量的RCl，当再生用碱质量较差时（NaCl含量较大），经过再生后的阴树脂中RCl的含量较大，阴树脂直接和碱性凝结水接触，树脂相的RCl和凝结水达到平衡或接近平衡，树脂相的RCl有可能变为ROH，Cl-被释到凝结水中。

混床上部较多的阴树脂不能发挥交换容量，甚至向外释放Cl-。混床下部阴树脂较少而阳树脂较多，阴树脂将很快被消耗。由于阳树脂偏多，凝结水需除掉的阳离子中NH4＋占有很大比例。经过交换后RH变为RNH4＋，H＋被释放到出水中。当底部阴树脂消耗完后，运行中则表现为周期制水量减小，HCO3-、Cl-、HSiO3-很快漏出，同时伴有pH偏低的现象。

当混合不完全造成混床过早失效，应对其擦洗再次投运，若水质还不合格，停运再生。

4.3 树脂分离与混合间的固有矛盾是技术上的不足之处

树脂分离不完全则导致水质不良，树脂混合不好则导致制水量下降。树脂的分离和混合又同时存在于现今的精处理系统中。程控方式不适当，以时间步序为主的程控必须不断的更改步序时间，甚至更改步序来满足安全生产的需要。

表1 凝结水精处理系统进出口水质设计值

表2 7#机组精处理系统正常运行进出口水质

精处理的程控系统均设计为以固定时间步序为主。在长期的生产实践中发现：树脂的水力分离过程是不能以固定流量和固定时间来控制的。水力分离往往被设置成多步序操作，对程控稳定性要求也随之提高。水力冲洗分层的流量必须是一个从0到较大的渐变流量，否则，树脂很容易被冲洗掉。

同时，反洗时间也不固定，有时需重复水力分层操作。这一切都需要通过树脂观察窗观察树脂的分层情况而定。树脂的水力输送过程也不是一个以固定时间为参数的过程。实际运行时，常需手动进行重复操作。

诸多方面的原因造成了程控系统无法完成树脂的分离过程。树脂分离不好，将直接影响树脂的再生，从而影响混床的出水水质和制水周期。程控系统是自动化控制的前提，往往我们把注意力放到时间参数的调整上，而稳定的程控系统才是整个自动化控制的关键。

5.电站现场总线控制系统FCS165的应用

电站现场总线控制系统FCS165是西安热工研究院有限公司(中国华能集团公司技术中心)自主研发的电站自动化控制系统，其目标是实现1000MW等级火电机组全数字化的控制、监视、管理的自动化。该系统也可应用在水电、化工、造纸、水泥等过程工业控制领域中。FCS165系统不仅吸收了国际先进的DCS技术，而且融入了新型的第五代自动化控制技术－现场总线控制技术，嵌入符合国际现场总线标准IEC61158的Profibus和FF技术，构成新一代现场总线控制系统FCS(FieldbusControlSystem)，为实现真正的数字化电厂提供技术装备。

FCS165系统融入了西安热工研究院40多年的火电厂控制技术和优化经验，技术先进、性能可靠，功能上最大限度地满足电厂需要，人机界面友好，符合工程组态人员以及电厂人员使用习惯。

秦岭电厂三期工程2×660MW工程采用超临界直流炉，对锅炉给水水质要求很高。凝结水精处理系统采用中压凝结水处理，具体为前置过滤器与高速混床串联，每台机组设置2×50%管式前置过滤器和3×50%球形高速混床。再生系统采用高塔再生工艺。程控系统采用FCS165系统。

5.1 凝结水精处理系统进出水水质要求与标准

凝结水精处理系统在启动初期和正常运行时，进出水水质见表1。

5.2 凝结水精处理系统的运行与再生

凝结水精处理的运行设计，若发生凝汽器泄漏，在泄漏小时，可通过混床再生次数，保证机组在水汽品质合格下连续运行；当泄漏较大时，为了保证机组安全停机，该系统能保证机组一定的运行时间。

凝结水精处理系统运行控制：

从调试开始到168H结束后运行7个月，其精处理混床出水水质见表2。

随着运行时间的增加，运行人员积累经验，只需调整一些步序时间（如阴阳树脂分层后的压送时间），精处理系统的混床投入、停运、树脂再生等步骤操作均按程序控制实现步序内自动运行，运行人员只要到现场巡检就够了。自动步序出故障时，可以点操完成。经过一段时间的运行操作，该程控系统运行稳定，应变能力强，保证了精处理系统的安全运行。

6.结语

凝结水精处理系统经过逐步改进优化，现运行正常，出水水质良好，已能满足各种运行工况的需求。

[1]李锐,何世德,张占梅.凝结水精处理现状及新技术应用研究[J].水处理技术,2009,35(2):19-24.

[2]巩耀武,管炳军.火力发电厂化学水处理实用技术[M].北京:中国电力出版社,2011.