600 MW直接空冷机组真空泵溢流水回用试验分析

刘朝辉，龙 潇

(1.华北电力大学，河北 保定 071000；2.国网河北省电力公司电力科学研究院，石家庄 050021)

600 MW直接空冷机组真空泵溢流水回用试验分析

刘朝辉1，2，龙 潇2

(1.华北电力大学，河北 保定 071000；2.国网河北省电力公司电力科学研究院，石家庄 050021)

针对真空泵溢流水回收至热力系统凝补水箱导致给水电导率升高的问题，对水样进行试验分析，认为铵离子质量浓度较高是导致给水电导率升高的主要原因，提出将真空泵溢流水回收到反渗透产水系统，经过阳床除去铵离子再回收利用的方案及建议。

600 MW直接空冷机组； 真空泵溢流水； 污水回用；水样检测

火力发电厂是消耗水资源的大户，目前，我国电力工业技术发展很快，火电厂的用水水质要求越来越高，废水排放的限制也越来越多，对环境的保护要求日趋严苛。空冷机组技术也应运而生，而且发展迅速。直接空冷机组没有使用中间冷却介质，直接用空气对汽轮机排汽冷却，不消耗水，较湿式冷却系统节约用水大约70% ，且选址不受水源的制约，适于我国北方缺水地区推广，在投资、运行、维护等各个方面均优于间接空冷系统[1]。直接空冷机组以其独有的节水优势越来越受到人们的青睐。但是，直接空冷机组在其运行过程中会产生大量的真空泵溢流水，这部分水也非常可贵。为了节约用水，保护资源，以下对这部分水回用到锅炉系统的可行性进行分析。

1 存在的问题

某电厂运行2台600 MW直接空冷机组，锅炉为B&WB-2070/17.5-M型亚临界、自然循环、前后墙对冲燃烧、一次中间再热、单炉膛平衡通风、固态排渣方式、半露天布置、全钢构架的∏型汽包炉。汽轮机为ZK600-16.7/538/538型亚临界、单轴、一次中间再热、四缸四排汽直接空冷凝汽式汽轮机，额定工况出力600 MW，TMCR工况出力645 MW。发电机为50WT23E-138型，发电机额定功率为600 MW，额定容量为667 MVA。化学补给水系统为2台80 t/h反渗透系统加二级除盐系统，补水量约为80 t/h；凝结水精处理采用3台50%粉末树脂覆盖过滤器，两用一备。

该厂真空系统设置2台真空泵，在运行期间，将收集大量的抽汽，抽汽冷却凝结成水，这部分水习惯上叫做真空泵溢流水。为了降低热耗、节约水资源，该电厂决定对真空泵溢流水进行回收利用。该电厂2次将真空泵凝结溢流水回收至热力系统的凝补水箱，2次引起给水电导率升高，高达60～80 μS/cm，威胁机组安全，无法满足回用要求。

2 试验分析

2.1 参照标准

2011年9月1日该厂采集1号、2号真空泵溢流水水样，并对其进行离子色谱痕量分析。水样处理和分析参照DL/T 954-2005《火力发电厂水汽实验方法痕量氟离子、乙酸根离子、甲酸根离子、氯离子、亚硝酸根离子、硝酸根离子、磷酸根离子和硫酸根离子的测定-离子色谱法》和GB/T 15454-2009《工业循环冷却水中钠、铵、钾、镁和钙离子的测定-离子色谱法》进行。

2.2 检测设备及方法

试验采用ICS-2500型离子色谱仪，恒流处理，自动进样。离子色谱仪以淋洗液为流动相，将样品带入离子分析柱，分析柱中的树脂层对样品进行分离后采取电导检测，通过与标准溶液比对得出溶液离子质量浓度。

2.3 水样检测

2.3.1 第1次水样检测

1号、2号真空泵溢流水第1次水样检测结果见表1，该电厂炉内系统水汽检测结果见表2。

表1 第1次水样检测结果 μg/L

表2 该电厂炉内系统水汽检测结果 μg/L

通过表1可以看出，1号、2号真空泵溢流水中的铵离子、钙离子质量浓度较大，而其他离子质量浓度较低。对比表1和表2数据，可以发现该电厂凝结水铵离子质量浓度在500～600 μg/L之间，而真空泵溢流水的铵离子质量浓度在其20倍左右，其钙离子质量浓度相对也很高，由此可以初步判断质量浓度较大的铵离子和钙离子是影响给水水质电导率指标的关键因素。而该电厂的凝结水没有精处理，只有粉末树脂覆盖过滤器，所以初步确定真空泵溢流水直接补入凝补水箱提高了铵离子等溶质的质量浓度，导致该厂给水电导率升高。

2.3.2 第2次水样检测

水质为痕量分析，样品易于污染，为了排除样品污染造成的系统误差，对溢流水进行二次检测,同时对水箱水进行检测，检测结果见表3。

表3 第2次水样检测结果 μg/L

由表1、表3数据可以看出，2次送样铵离子质量浓度检测数据基本一致，第2次检查真空泵溢流水铵离子质量浓度依旧接近凝结水中铵离子质量浓度的20倍，表3中真空泵溢流水的钙离子质量浓度为零，与表1不一致，说明第1次样品的取样环节存在硬度污染问题。

2.3.3 铵离子对电导率的影响分析

配置10 mg/L标准铵离子溶液1 L，对这部分铵离子进行电导率检测，电导率检测结果见表4。

表4 电导率检测结果 μS/cm

表4分析可见，铵离子质量浓度贡献的电导率和该厂溢流水直接回用到凝补水箱时产生的给水电导率数据异常值相近。由表4可知，配置的质量浓度为10 mg/L 的铵离子溶液检测电导率值为89.0 μS/cm，可见真空泵溢流水内检测出的铵离子质量浓度过高是该部分溢流水电导率升高的主要原因。因此可以再次验证之前认为的铵离子质量浓度过高不宜直接回用的判断。

2.4 试验结果及分析

表1、表3检测结果表明，该真空泵溢流水基本没有镁离子、钙离子、钾离子、氟离子、硝酸根离子、磷酸根离子，结合现场具体情况初步判断该部分水不存在其它水流入造成的污染问题。1号、2号真空泵溢流水水样铵离子质量浓度检测结果分别为9.734 mg/L、10.144 mg/L。参照GB 12145-2008《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》中亚临界机组的水汽质量要求，为了防止水汽系统的腐蚀，压力大于18.3 MPa的机组给水电导率应该控制在0.15 μS/cm以下，所以当高铵离子质量浓度的真空泵溢流水直接进入给水时，这部分离子可能产生很高的电导率值，而且在一定程度上会对系统造成腐蚀。

由表4送样检测结果分析可见，真空泵溢流水再次送样检测得铵离子质量浓度依旧很高，约为9.441 mg/L。这样就排除了样品采集污染因素；水箱水铵离子质量浓度检测为5.789 mg/L，说明真空泵溢流水中铵离子已经进入到了水箱水中，会造成给水电导率升高很多，达到严重超标的程度。由此可见，较高的铵离子质量浓度就是导致系统电导率值升高的主要原因。

根据现场调研情况来看，该部分真空泵溢流水有和空气接触的问题存在，空气中的二氧化碳易溶于水中，碱性环境的铵离子也对二氧化碳的溶入起了促进作用，这些因素都可能导致给水系统电导率的升高。

3 除盐后再回收的方案分析

该电厂为亚临界直接空冷机组，采用覆盖过滤器而非高速混床作为精处理系统，而覆盖过滤器除盐效果不佳，因此真空泵溢流水直接进入凝结水经覆盖过滤器处理后，铵根离子含量较高导致电导率超标不能满足机组运行要求。要想回用真空泵溢流水就必须先经过除铵离子等盐分才可行。

该电厂制水系统主要由多介质过滤器、反渗透预脱盐装置、一级除盐加混床及附属系统组成。具体流程如下：自来水管网来水→清水池→清水泵→多介质过滤器→反渗透保安过滤器→高压泵→反渗透组件→除碳器→淡水箱→淡水泵→阳离子交换器→阴离子交换器→混合离子交换器→除盐水箱。

如果将真空泵溢流水增加到除盐设备之前的预处理系统，将该水体与该电厂水处理系统中反渗透进水水质进行比较，发现真空泵溢流水的电导率虽略高于反渗透产水，但除铵离子外，其他离子含量较低，因此与反渗透产水混合直接进入水处理一级除盐，即阳床进行处理完全可行。考虑到水处理系统中反渗透回收率为75%，如果回到反渗透进水，会有超过25%的水浪费掉，回用至反渗透产水为最经济运行方式。依照上述方式回收真空泵溢流水，经过现场检测，给水电导率保持在0.15 μS/cm以下，符合安全运行要求，所以这种回用方式是可行的。

4 结论及建议

a. 真空泵溢流水中铵离子质量浓度较高，是系统给水电导率升高的主要因素，二氧化碳的溶入也是系统电导率升高的主要原因之一。

b. 研究表明，真空泵溢流水不能直接引入给水系统。如果直接引入，将导致给水电导率值升高至89.0 μS/cm，这和现场检测电导率值60～80 μS/cm相一致，这样将无法满足机组安全运行的水质要求，这种水长时间引入会给系统造成腐蚀，危害系统安全。

c. 建议将真空泵溢流水回收到反渗透产水系统，经过阳床除去铵离子再回收利用，是相对经济有效和可行的处理方式。

[1] 杨东方．凝结水处理[M]．北京：水利电力出版社，1989．

[2] 张爱敏．电厂化学设备运行[M]．北京：中国电力出版社，2005．

[3] 庄秀梅．电厂水处理技术[M]．北京：中国电力出版社，2005.

本文责任编辑：杨秀敏

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Analysis on Runback Water Experiment from Vacuum Pump of 600 MW Sub-critical Direct Air-cooling Units

Aiming at the increased conductivity of feed water by vacuum condensate water recycled to condensate makeup tank of thermal system,test analyzes water samples,considers that high concentration of ammonium ion of water is the main reason,advances one suggestion that vacuum pump overflow water should be recycled to reverse osmosis water system,after the cation bed, ammonium ions can be removed.

600 MW air-cooling unit;vacuum pump overflow water;sewage reuse;water samples detection

2013-11-11

刘朝辉(1982-)，男，工程师， 主要从事电厂环境工程相关工作研究。

TM621.8

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1001-9898(2014)01-0049-03