直接空冷机组凝结水精处理系统适用技术

任学婷 李利东

摘要：基于直接空冷机组的运行工况及其特点，文章通过对直接空冷机组的水质特点及亚临界发电机组对水质的要求，阐述了电厂汽轮机凝结水精处理的必要性，并且详细论述了凝结水精处理系统的适用技术。

关键词：空冷机组 凝结水 精处理系统

1 概述

火电厂是工业行业中对天然水消耗最大的行业，根据国家目前现行的限制使用地下水和地表水的用水政策，尤其对于北方地区的新建电厂，空冷机组以其优越的节水性能受到广泛的应用。内蒙古兴安热电2×340MW亚临界发电机组，首选空冷机组作为凝汽方案。现将亚临界参数以上汽包炉及直流炉的给水水质标准列于表1与表2。在机组的长期运行中，要想稳定的达到这些要求，不对汽轮机凝结水做进一步处理是很难实现的。

1.1 空冷系统简介。直接空冷系统主要由换热管束和风机组成，风机向管束供风，管束提供换热表面积，换热管束分为顺流冷凝器和逆流冷凝器。经主蒸汽排管道后从汽轮机低压缸发出的蒸汽直接进入空冷系统，在蒸汽分配管箱的作用下，流入顺流冷凝器管束，蒸汽在这里被部分冷凝。凝结水的流动方向在顺流冷凝器管内与蒸汽相同。通过冷凝器下部的凝结水连箱，没有经过冷凝处理的蒸汽进入逆流冷凝器管束，同时在这里被凝结。在逆流冷凝器管内，凝结水的流动方向与蒸汽相反。在启动抽真空系统后，在逆流冷凝器管束的上部抽出未凝结的气体，经抽真空系统中的压缩处理后直接放入大气。产生出的凝结水由于重力作用通过凝结水疏水管道流入热井。收集下来的凝结水再由泵通过排液管道排入凝结水箱。冷凝所需的冷空气由轴流风机从周围环境中抽取，并吹到翅片管束的冷却表面。冷却空气流量由电机的频率改变来调节。

1.2 空冷机组的特点。为满足与环境空气对流换热的需要，散热器具有相当大的表面积。而且，散热器相对远离汽机尾部，因而需要一个较大的排汽通道，尽管采用机力通风的空冷散热器尽量靠近汽机房布置，但排汽通道的截面仍然相当大，无疑会大大增加热力系统的腐蚀产物，危害热力设备。

1.3 空冷系统水质特点

1.3.1 含盐量低：直接空冷系统的汽机尾汽直接进入

空冷换热器冷凝成水，属一次性表面换热，在启动机组或者机组出现故障时，影响蒸汽的质量，进而升高了凝结水的含盐量，但是却达不到泄漏凝汽器的程度。

1.3.2 SiO2比例高：与天然水相比，在蒸汽携带和混床出水中，由于SiO2所占比例比较大，且水泄漏或渗漏没有经空冷系统的冷却，所以，在水质指标中，SiO2在凝结水中所占比例也较大。

1.3.3 凝结水中CO2、金属的腐蚀产物含量较高：在接触面积

方面，由于空冷系统水汽接触的换热表面积比较大，蒸汽经汽轮机做功后，经大型管道及散热片的处理被强制冷却为凝结水，在一定程度上有更多的机会与漏入的空气接触，导致水中CO2的含量比较高。在水汽循环过程中，在运行过程中由于负荷发生变动，金属氧化物的含量因汽水管道中腐蚀产物脱落而增大。

上述情况也是影响凝结水水质的主要原因。

1.4 水工况

1.4.1 受外界气象的影响，空冷机组汽轮机的尾部参数发生很大的变化，凝结水温度受年平均背压高的影响变得较高。与大气环境温度相比，直接空冷机组凝结水温度要高出36℃。

1.4.2 在启动时，维持排气管真空所需时间受到系统容积大的影响，因而变得较长。

2 处理凝结水的必要性

2.1 处理凝结水的目的。处理凝结水的任务就是对金属的腐蚀产物、胶硅、悬浮杂质以及可溶盐类进行清除。

但主要目的有两个：去除凝结水中的金属腐蚀产物及微量的溶解盐类。

2.2 凝结水精处理的适用范围。凝结水处理适用于汽轮机凝结水、生产返回水及各种疏水处理，但目前主要是针对汽轮机凝结水。由于凝结水本身比原水纯净，因此又称为凝结水精处理。它是大容量、高参数发电机组中一种特有的水处理方式。

适用范围：

①直流炉机组；

②亚临界参数以上的汽包锅炉机组；

③用海水或苦咸水做冷却水的高压机组及超高压机组；

④带有间接空冷凝汽器的超高压机组。

3 凝结水精处理系统

3.1 低压凝结水处理与中压凝结水处理系统。凝结水处理系统在热力系统中位置一般都处于凝结水泵和低压加热器之间，这里水温不超过60℃，能满足精处理设备及材料正常工作的基本要求。

这种系统由于凝结水泵运行压力较低（1～1.3MPa），水经凝结水处理装置，再经低压加热器送入高压除氧器时，就显得压力不够，为解决这个问题，就设置了凝结水箱及凝结水升压泵，将水升压。这种运行压力小于1～1.3Mpa的凝结水处理系统称为低压凝结水处理系统。

低压凝结水系统的最大问题就是凝结水箱的密封性。由于凝结水含氧量很低，要防止空气中氧进入凝结水，必须对凝结水箱进行严格密封，其次的问题是凝结水箱容积较大（比如30万机组需500立方米的水箱），在汽机房中占地面积较大。

为了解决上述问题，有设计将凝结水泵和凝结水升压泵同轴运行，从而省去了凝结水箱，但需设置密封式补给水箱，以便于凝汽器热井以至除氧器的水位调节。为了解决凝结水压力较低而出现的问题，可以将凝結水压力升至4Mpa，此即中压凝结水处理系统。

我厂凝结水精处理系统即采用了中压凝结水处理系统。它取消了凝结水升压泵和凝结水箱，通过有压放水调节。凝结水泵直接将凝结水送入凝结水处理装置、低压加热器直至除氧器，因此简化了热力系统。

3.2 凝结水处理系统目前常用的设备。粉末树脂覆盖过滤器、电磁过滤器、阳离子交换器、微孔管式过滤器等。以下具体介绍前2种：

3.2.1 粉末树脂覆盖过滤器。覆盖过滤器是将不同材质的助滤剂铺覆在滤元的外表面，助滤剂包括粉末树脂、纤维粉、活性碳粉等。粉末树脂覆盖过滤器是把过滤器与离子交换器结合在一起进行精处理，在正常运行过程中，通过铺纤维粉作为除铁过滤器，通过铺活性碳粉进行除油。在发生事故、启动期间或水质不好时，通过将铺树脂粉或树脂粉与纤维粉进行混合，将水汽系统中的杂质、污染物、盐类等进行清除。

该设备单台出力大，占地小，容易布置主厂房，系统简单，投资费用低，精处理前后凝结水的压力损失小。运行时的起始压差为0.02～0.34MPa，最大压差为0.175MPa。因凝结水水质好，周期长，粉末树脂用量不大，与薄层分床相比，运行费用差不多，甚至还要小。

3.2.2 电磁除铁过滤器。将不锈钢球作为电磁除铁过滤器的填料，在线圈方面，其磁场强度为1.5×105A/m，磁通密度0.2T，过滤速度1500m/h。根据滤床压力损失或预先选定的时间间隔判断其是否失效。失效后进行冲洗，冲洗时间1～2min，在冲洗的过程中必须对电气进行退磁处理，在水量方面通常为过滤器体积的12倍。

3.3 设备比较。通过对上述进行分析，在基建投资、占地面积、操作管理、系统运行安全性等方面，粉末树脂覆盖过滤器系统具有一定的优势。

3.3.1 我厂采用的是粉末树脂覆盖过滤器。粉末树脂覆盖过滤器用于除盐时，阴阳树脂比例1：（2～9），树脂用量为0.8～1千克/平方米。

机组启动阶段：受悬浮固体与溶解固形物高的影响，

通过选择阳（氨型）阴（OH-）比例2：1混合树脂和纤维进行一起使用，控制树脂与纤维的比率为2：1，铺膜剂量为0.74～1.20kg/m2。

正常运行阶段：选择阳（氨型）阴（OH-）比例为2：1混合树脂和纤维一起使用，树脂与纤维的比率在1：1之间，铺膜剂量为0.8～1.20kg/m2。通常情况下，每台过滤器的铺膜量每次为0.98kg/m2。每台粉末树脂过滤器运行周期：20～30天。

3.3.2 覆盖过滤系统工艺。按照2×100%设置每台机组的精处理设备按凝结水量，按中压系统设计系统，同时为每台机组设置一套铺膜及清洗设施。

工艺流程：凝结水泵来水→粉末树脂覆盖过滤器→低压加热器。

在系统中设置旁路，系统在温度超出设定值时，自动切换到旁路。

4 总结

4.1 基于亞临界机组对汽水品质的要求，直接空冷系统应设凝结水精处理装置，进而减少系统中腐蚀产物的沉积，同时避免CO2进入热力系统。需要对凝结水进行100%处理。

4.2 处理水质温度是选择空冷机组凝结水精处理

系统的主要因素，其材质、滤料和树脂等符合耐高温的要求。

4.3 在选择凝结水精处理系统设备的过程中，需要对水质适应性进行综合考虑，特别是系统的先进性、经济性、环境影响以及机组炉内的水化学工况等诸多因素，从而合理选择应用精处理设备。

参考文献：

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