火力发电厂化学运行优化与节能降耗措施探讨

文_陆海伟 张超 周庆岩 黄河清 长安益阳发电有限公司

化学运行作为火力发电厂电力生产重要组成部分，其主要任务是为机组安全经济运行提供合格的水、汽、气。除原水预处理、补给水处理、凝结水处理、锅炉炉水处理、废水处理、内冷水处理以及循环水处理等工作外，还涉及制、供氢和氨的供应。化学运行涉及区域广、设备多、处理工艺关联密切，尤其是从原水到除盐水再到机组水汽的处理过程中，任意环节异常均会加重后续设备运行负担，造成电力生产成本的增加。本文从以下几个方面讨论了火力发电厂化学运行中存在的常见问题和优化措施，有利于节能降耗和运行成本的控制。

1 化学运行中变频技术的应用

水泵设计通常以高负荷时的用水量为依据，部分水泵设计出力与实际相差较大，当系统处于低负荷运行状态时，水泵出力过剩，能耗浪费严重。对于原水经混凝澄清设备处理后部分进入工业消防水池，部分经过滤设备处理后进入化水池和生活水池的流程，在机组正常运行时工业水用量比较稳定，但对于公用的工业水系统则受机组运行数量变化以及生产中其它所需工业水的需求量变化而变化。化学水为补给水处理系统的供水，受除盐水制水需求影响，化学水用量随该系统启停而变化。生活水各时段用水量不同，波动相对较大。工业水、化学水、生活水所供给的系统不同，各设备启停和波动变化对原水用量的需求也相差较大，这就要求原水供给能够灵活调整。若原水采用工频水泵供给，则对于复杂的用水系统难以保证各水池水位稳定，难免造成水资源和电能浪费。

因此，用水量需要经常调整的系统可采用变频水泵供水，以灵活调整水泵出力，降低水耗和电耗。较为常见的是将某台原水泵进行变频改造，当原水用量较大时可采用工频水泵搭配变频水泵的方式运行，原水用量较少时可只运行变频水泵，以达到节水和节电的目的。工业水泵、工业水回收泵等进行变频改造也可取得较好的节能效果。

2 原水预处理系统运行

水的预处理是采用混凝、沉降、澄清和过滤的方法去除水中的悬浮物、胶体和有机物。澄清设备是大多数火力发电厂预处理系统的第一级设备，经其处理后，水中大部分悬浮物、胶体和有机物被去除。因水中还残留了一些悬浮物和絮凝体，其稳定的浊度在2NTU-10NTU范围内，若需进入补给水除盐处理系统则还须经过过滤处理，以免造成后级水处理设备污堵和污染。

澄清器稳定运行的基础是良好的泥渣特性（如泥渣活性、泥渣浓度、泥渣层高度等），只要是影响泥渣特性的因素，都会对澄清器的运行产生影响。以机械加速澄清池为例，能否保证足够的泥渣回流量和是否及时排泥对澄清池的正常运行有重要影响。搅拌器转速直接影响其提升作用，过低将导致泥渣回流效果差、泥渣层高度降低，严重时第二反应室变清、分离室清水区泛白等；过高将导致泥渣层过高，水量波动时极易发生翻池。排泥是控制泥渣层高度和浓度的重要操作，若排泥不及时会使泥渣层过高，泥渣浓度过大，影响出水水质。另外，混凝剂投加量也是影响澄清池经济运行的重要因素。合理的混凝剂加药量、排污量和搅拌器转速不仅能降低机械加速澄清池运行的加药成本、水耗、电耗，还可避免因其出水水质不良造成的后级水处理设备污堵和污染。如超滤系统进水水质不良将加速自清洗过滤器的污堵和超滤膜的污染，使超滤产水量下降、运行压差增大、反洗频率增加，严重时将影响后续除盐系统的运行并加速该系统中树脂的污染。

3 离子交换树脂再生与复苏

离子交换水处理的两个主要阶段是运行制水和离子交换树脂再生，运行制水为离子交换树脂交换容量发挥的过程，再生为交换容量恢复的过程。再生效果不佳会降低离子交换器的工作交换容量，使周期制水量降低和酸、碱、水、电耗增加。离子交换器再生时，水耗主要发生在反洗、进酸碱液的稀释、置换、树脂清洗和正洗等步骤。反洗、树脂清洗用水量取决于树脂层被悬浮物污染的程度。对于一级复床除盐系统，因阳床在运行中截留的悬浮物相对较多，因此阳床反洗用水量较大；对于未设置和设置前置过滤器的凝结水精处理高速混床，前者树脂再生过程中所需空气擦洗的次数也相对较多；另外，再生彻底与否对正洗用水量影响较大。

要保证树脂再生效果除酸碱质量、离子交换器不发生偏流等因素外，还要保证树脂中的悬浮物清洗彻底、合适的酸碱浓度和酸碱量以及充分的置换时间。无论补给水处理还是凝结水精处理系统混床，再生都要求阴阳树脂分离彻底，而后者还需保证阴树脂合适的再生温度。此外，逆流再生一级复床进酸碱和置换过程中，排开度不当发生虹吸导致树脂乱层以及补给水处理混床同步进酸碱时使再生液液面过高或过低均会造成再生不彻底，严重降低周期制水量甚至再生失败。树脂在长期运行后难免发生污染，严重污染会造成树脂性能下降、工作交换容量降低、离子泄漏量增加，影响出水水质，还增加了酸碱耗及废水处理等其它水处理运行成本。因此，要达到节能降耗目的必须保证树脂再生效果，并及时对受污染树脂进行复苏。

4 凝结水精处理高速混床氢型运行

凝结水精处理的目的是去除凝结水中的金属腐蚀产物和微量的溶解性盐，以保证热力系统水汽品质合格和机组安全稳定运行。凝结水精处理混床铵化运行能够延长设备运行周期、节省运行费用、降低劳动强度并减少再生废液的排放量。铵化混床运行可分为氢型运行阶段、转型阶段和铵化运行阶段。在氢型混床向铵化混床过渡期间（即转型阶段），出水中铵泄漏量逐渐上升，pH值、电导率也逐渐上升，钠离子、氯离子或硫酸根泄漏量均增大。钠离子会引起汽轮机高压缸积盐，氯离子则会导致低压缸发生点蚀。氢电导率大于0.10μS/cm是凝结水精处理高速混床控制运行终点的重要指标之一，但混床开始漏铵或进入铵化运行阶段后即使氢电导率合格，其出水中钠离子和氯离子质量浓度也可能会超过1.0μg/L。

为有效保证高速混床氢型运行，可结合其出水电导率及钠离子、氯离子、二氧化硅含量等判断失效终点。根据《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》的要求，过热蒸汽压力大于18.3MPa的锅炉其凝结水除盐后氢电导率应≤0.10μS/cm，其它离子含量也有严格的限制。高速混床采用氢型运行方式可有效降低机组发生腐蚀、结垢和积盐的风险，但氢型混床周期产水量少、自用除盐水量和酸碱消耗量显著增加，严重影响凝结水精处理运行的经济性。为达到节能降耗的目的，部分电厂采用自动加氨方式精确控制给水pH值的上限、调整高速混床阴阳树脂配比以及优化再生技术参数等措施，取得了较好的效果。

5 再生废水处理的优化和其它措施

补给水除盐处理和凝结水精处理的阴、阳树脂再生过程中，因树脂再生要求的酸碱浓度不同以及在阴阳树脂再生阶段酸碱再生过程不同步均会导致酸碱废水的产生。不经过中和作用的酸性废水和碱性废水若作为工业废水直接进行排放，不仅增加工业废水处理系统的运行负荷，还会导致资源不能合理利用，废水处理时间增加、效率降低以及废水处理费用增加。因此，处理酸碱废水时可根据废水排放规律设置相应体积的中和设备，收集酸碱废水进行中和处理后再由其工业废水处理系统进行处理，以提高废水处理效率、减少废水处理系统的负担和不必要的资源损耗。

除上述措施外，还应加强对化学运行设备的管理和运行人员的教育和培训，不断提高操作技术水平，实现规范化操作和劳动态度的积极转变。在日常工作中必须及时总结并解决化学运行中出现的影响节能降耗效果的问题、不断优化工艺和设备参数、根据需要采用新技术以及根据生产规律适时调整以不断降低化学运行成本。

6 结语

在当前电力生产格局和复杂的经济环境中，火力发电企业要在激烈竞争的市场占据一席之地就必须不断提升自身竞争力。化学运行作为火力发电厂电力生产的重要组成部分，根据其自身特点采取各项节能降耗措施，合理优化工艺和运行参数，对控制电力生产成本提高火力发电企业竞争力具有重要意义。