空冷机组水化学工况研究

成红燕

(中国华电工程(集团)有限公司，北京 100035)

0 引言

目前，我国大部分地区水资源日趋贫乏，特别是富煤贫水地区，水资源更加短缺，加之水质污染严重，水已成为制约火电厂建设发展的重要因素。近10年来，在北方缺水地区建设空冷机组已经成为一种趋势。空冷机组用水量是常规湿冷机组用水量的1/4，即建设1座百万千瓦湿冷机组的用水量相当于4座空冷百万千瓦机组的用水量。由此可以说，在富煤贫水地区建设大型空冷机组是火电建设的必由之路［1－3］。应加快空冷机组水化学工况研究，合理选择水处理系统，为机组安全、经济运行提供保障，显得尤为重要。

1 空冷凝结水精处理系统的选择

根据DL/T 912—2005《超临界火力发电机组水汽质量标准》的规定，经过超临界机组凝结水处理装置处理后的凝结水质量应符合表1规定。

由于空冷机组运行的背压较高，夏季凝结水的温度达70～85℃。因此，在对精处理系统设备选择时，不仅要考虑凝结水处理装置后的出水水质，还要适应耐高水温的要求［4］。对超临界直流锅炉直接空冷机组而言，在选择凝结水精处理系统时，必须同时满足如下条件［5］:

(1)该机组凝结水必须全时段100%处理。

(2)须适应较高的凝结水温的要求。

2 凝结水精处理工艺

目前国内空冷机组常规的凝结水精处理系统主要特点如下:

(1)除铁过滤器系统。它具有除铁功能，但不具备除盐功能，适用于超高压调峰机组及高压直接空冷机组。目前此系统已不常使用。

(2)粉末树脂覆盖过滤器系统。其主要功能是除铁，同时可除去部分盐分。它适用于亚临界、超临界及以上直接空冷机组。

(3)裸混床系统。它具有深度除盐功能，同时也能去除部分腐蚀产物。该系统最大的缺陷是在夏季凝结水温度很高时，由于混床内阴树脂的耐热性问题还不能解决，从而使精处理系统无法正常投运。目前空冷机组较少单独使用。

(4)前置过滤器(管式过滤器)－混床系统。它具有除铁及深度除盐功能，对于直接空冷机组而言，当夏季凝结水温度高时，因阴树脂的耐热性问题，需要旁路混床，只能单独运行过滤器，这样，凝结水精处理系统就只具备过滤除铁的功能而不能除盐，不能保证给水品质合格，因此，不适用于直接空冷机组。

(5)纸浆覆盖过滤器－混床系统。它具有明显的除铁及除盐功能。对于直接空冷机组而言，当夏季凝结水温度高时，因阴树脂的耐温性问题，需要旁路混床而单独投运纸浆覆盖过滤器，此时只能起到过滤除铁作用，不能降低水中的盐分，从而不能保证给水品质合格，因此，它不适用于直接空冷机组。

(6)前置阳床－混床系统。它具有除铁及深度除盐功能，适用于湿冷机组及混合式间接空冷机组。对于直接空冷机组而言，当夏季凝结水温度高时，需要旁路混床，只能运行前置阳床，出水呈酸性，必须加碱调整pH值才能保证给水品质合格，因而它不适用于直接空冷机组。

(7)阳－阴(阳)分床系统。除盐效果很好，它适用于湿冷、间接空冷机组。对于直接空冷机组而言，当热季凝结水温度高时需旁路阴床，需加碱调节pH值以保证系统出水水质，同样不适用于超临界及超(超)临界参数直接空冷机组。

表1 经过凝结水精处理装置处理后的水质标准

(8)前置过滤器－阳－阴(阳)分床系统。它具有良好的除铁及除盐功能，适用于亚临界、超临界及超超临界参数湿冷机组以及混合式间接空冷机组。对于直接空冷机组而言，凝结水温度在夏季很高时必须旁路阴床，需再加碱提高pH值，容易导致给水导电度不合格，它不适用于超临界及超(超)临界参数直接空冷机组。

(9)粉末树脂覆盖过滤器－混床系统。它具有较好地结合粉末树脂过滤器和混床的优点，运行灵活，对系统工况有很强的适应性。当夏季水温超过阴树脂受温极限时，可以旁路混床，根据水质情况而决定采用过滤器铺纤维粉，或者采用纤维粉加阴、阳树脂混合粉。同样，在机组正常运行而凝结水水质较好时，也可以旁路混床，只投运粉末树脂覆盖过滤器，从而达到机组经济运行之目的。该系统是目前国内大型空冷机组广泛采用的运行方式。

3 不同类型的空冷机组水化学工况特点

目前，电厂采用的空冷方式可分为3种类型:其中有2种类型被称作间接空冷，分别为混合式间接空冷和表面式间接空冷;另外一种类型被称作直接空冷。直接空冷投资折算到20年的总费用若为100%，那么混合式和表面式间接空冷分别约为直接空冷的124%和129%，从经济比较综合分析来看，直接空冷具有一次性投资低、占地面积小及冬季防冻性能好等特点。国内首台百万千瓦级空冷机组——华电宁夏灵武发电有限公司采用的就是直接空冷系统［6］。

空冷机组的参数不同及冷却形式的多样化，使得机组热力系统的水汽品质控制也各不相同，形成了空冷机组不同形式的水化学工况特点［7－8］。

3.1 表面式间接空冷机组水化学工况

表面式间接空冷机组的循环水水质是除盐水，即使凝汽器发生渗漏，对于凝结水的污染也非常小，热力系统的水化学工况控制较为容易。

3.1.1 凝结水精处理系统

凝结水精处理系统与湿冷机组的方案基本相同，主要是考虑到凝结水温度偏高，对阴树脂的耐高温性能有一定要求，超临界、超(超)临界机组宜采用过滤器－混床除盐装置，且混床应有备用设备。如果是亚临界汽包炉机组，由于杂质通过炉水排污去除，凝结水精处理的配置可适当简化，仅设置混床即可，也有工程仅设置用于机组启动除铁的过滤器。

3.1.2 热力系统

由于设有凝结水处理装置，超临界及以上机组可以采用加氧处理(微碱性)水汽工况，也可采用碱性水汽工况。亚临界机组宜采用碱性水汽工况，炉水可采用加碱处理。在碱性水工况时，给水pH值为9.0～9.5，氢电导率(25 ℃)＜0.20 μS/cm，氧的质量浓度≤7 μg/L;在加氧处理水工况时，给水pH值为8.0～9.0，氢电导率(25 ℃)＜0.15 μS/cm，期望值 ＜0.10 μS/cm，氧的质量浓度为 30～150 μg/L。

3.2 混合式间接空冷系统的水化学工况

对于混合式间接空冷系统而言，由于冷却水散热器采用铝管，而机组凝结水和给水管道采用碳钢管，机组热力系统凝结水与循环冷却水经凝汽器被混合，使整个水汽系统在铁－铝管道内循环，必须要求给水纯度极高，一般给水pH值为6.5～7.5，氢电导率(25℃)＜0.30 μS/cm，氧的质量浓度为 50～200 μg/L。因此，机组热力系统和冷却水系统需在中性水工况下运行，才能保证管道腐蚀量最少。由于空冷器冷却表面庞大，冷却水系统中存在大量铁、铝腐蚀产物且凝结水和循环水在凝汽器混流，加之热力系统要求维持中性水工况，所以，必须对凝结水进行100%的过滤和除盐处理，以保证给水电导率在0.1 μS/cm以下。混合式间接空冷机组的另一大特点是凝结水中氧的质量浓度较高，而凝结水中的氧主要由循环水带入，其质量浓度往往超过100 μg/L。

3.2.1 凝结水精处理

根据凝结水给水水质特点及水质要求，给水采用中性处理，亚临界及以上参数机组，凝结水处理系统工艺为前置过滤器－离子交换除盐装置。除盐装置可以采用混床或者是阳、阴分床，前置过滤器可采用前置阳床、管式过滤器或树脂粉末过滤器。过滤器和离子交换除盐设备均设有备用。

3.2.2 热力系统

给水pH 值为 6.8～8.5，氢电导率(25℃)＜0.15 μS/cm，期望值为0.10 μS/cm，氧的质量浓度为30～150 μg/L。混合式间接空冷系统的运行(最重要也是较难做到的)就是要维持凝结水和给水的高品质。在机组启动时，保证水汽品质难度更大，往往存在水质差、启动冲洗时间长及水耗量大等问题。当运行控制不好时，水汽系统会出现pH值降低、热力系统金属腐蚀等问题。在机组长时间停机期间，应定期利用凝结水精处理系统对机组的冷却水进行部分处理。处理方式:启动1台循环水泵，用凝结水泵将水送入精处理系统，出水通过旁路管返回到直接接触喷射式凝汽器，循环至冷却水导电率降到0.15 μS/cm时停止，这样，可保证停机时系统水质处于良好状态，以保证机组启动后水汽品质快速达标。

3.3 直接空冷系统水化学工况

直接空冷系统的冷却设备与冷凝设备合为一体，一般采用全钢制空冷散热器，其系统材质单一。机组热力系统在碱性水工况下运行，易于保证汽水品质，当汽水品质达到要求时，也可以采用中性水工况运行。

由于超临界及以上直接空冷机组的汽水品质要求很高，凝结水除盐装置一般不退出运行，否则，无法保证汽水品质的要求。从经济的角度来考虑，除盐装置采用混床最佳，这就对阴树脂的热稳定性提出了要求。目前，一些专业的水处理机构进行了这方面的试验研究工作。同时，针对超临界机组不允许凝结水精处理系统退出运行以保证汽水品质的特点，将凝汽背压适当降低，保证在正常情况下夏季凝结水温度不高于72℃。

3.3.1 凝结水精处理

根椐直接空冷机组凝结水给水水质特点及水质要求，做出相应选择。

(1)超临界、超(超)临界机组。粉末覆盖过滤器－混床;前置过滤器－阳床－阴床;前置阳床－混床。

(2)亚临界机组。阳床－阴床。

3.3.2 热力系统

在碱性工况时，给水pH值为9.0～9.6、氢电导率(25℃)＜0.2μS/cm，期望值 ＜0.15μS/cm，氧的质量浓度≤7 μg/L。中性加氧处理工况时，给水pH值为8.0～9.0，氢电导率(25 ℃)＜0.15 μS/cm，期望值＜0.10μS/cm，氧的质量浓度为30～150μg/L。

华电宁夏灵武电厂(2×1000 MW超超临界机组)也是直接空冷机组，凝结水精处理系统为粉末树脂过滤器－混床;三用一备，夏季凝结水最高温度72℃，凝结水精处理系统水质见表2。

表2 凝结水精处理系统水质

3.4 不同空冷形式水工况要求及系统

不同空冷形式水工况要求见表3。

表3 不同空冷形式水工况要求

4 结束语

目前，国内越来越多的电厂建设高参数的超临界、超(超)临界空冷机组。其凝结水精处理系统普遍采用以下2个方案:粉末树脂覆盖过滤器－混床;前置过滤器－阳床－阴床。从目前调研的情况来看，二者出水水质均可满足机组水质要求。相比之下，混床方案出水水质较好，占地面积小，对凝结水系统的阻力小，应该是超临界、超(超)临界空冷机组凝结水精处理系统的首选方案。

［1］江自生，韩买良.火电机组水资源利用情况及对策［J］.华电技术，2008，30(6):1 －5.

［2］张永君.凝结水精处理系统在空冷机组的应用［J］.黑龙江电力，2011(3):238－240.

［3］杨满成，周金全.核电站、火电厂水工系统优化设计和应用［J］.华电技术，2013，35(5):22 －24.

［4］石全成，韩小刚.北方炎热地区火电直接空冷机组度夏能力分析［J］.华电技术，2011，33(11):28 －30.

［5］刘经燕.超临界空冷机组凝结水精处理系统的选择［C］//湖北省电机工程学会电厂化学专委会、湖北省电机工程学会电厂化学专委会2007年学术年会论文集.武汉:湖北省电机工程学会电厂化学专委会，2007:6.

［6］梁楷楹.600 MW直接空冷机组凝结水精处理分床系统应用实例［J］.工业水处理，2010(9):90－92.

［7］曹培刚，董暖.空冷机组凝结水精处理系统的初步研究［J］.河北电力技术，2003(1):18 －20.

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