空冷机组中粉末树脂覆盖过滤器的设计与调试-上海联兵环保免费电话：400-600-5030

[摘　要]　山西大同第二发电厂二期扩建工程2×600MW直接空冷机组凝结水精处理系统采用粉末树脂覆盖过滤器的设计。空冷机组设置凝结水精处理系统是必要的,它与阳阴分导系统比具有许多优点。该系统的组成为凝结水泵、粉末树脂覆盖过滤器、清洗装置、废水收集排放系统及压缩空气系统等。粉末树脂覆盖过滤器的使用结果表明,出水水质符合设计要求。

    [关键词]　直接空冷　精处理　粉末树脂　应用

　　山西大同第二发电厂二期扩建工程,建设2×600MW直接空冷机组。该机组设计凝结水量额定值为1285t/(h·台),最大值为1333t/(h·台),凝结水精处理采用粉末树脂覆盖过滤器系统。系统流程为:凝结水泵来水→粉末树脂覆盖过滤器→低压加热器。系统按中压运行方式设计,并设有100%旁路。凝结水精处理系统按单元制设置并分别布置在2台机组汽机房0m。

    1　粉末树脂覆盖过滤器系统的设计

    1.1　粉末树脂覆盖过滤器系统的组成及运行流程2台机组的凝结水全部进行处理,每台机组的精处理设备按凝结水量的3×50%设置,即每台机组设置3台直径为1700mm覆盖过滤器,2台运行,1台备用。每台机组配备1套铺膜、爆膜、清洗设施和废水收集排放及压缩空气系统。精处理控制系统按全自动、半自动和手动操作3种运行方式设计。在全自动运行方式下,系统按以下列程序执行:填充(只发生在系统首次启动或恢复时)→预涂(半自动运行)→保持→过滤运行→反洗触发条件判断→反洗/填充→预涂备用。手动方式下,系统的设备和阀门都由手动操作。每个过滤器装有345支滤芯,滤芯采用美国PALL公司HGCOLD-R聚丙烯熔喷滤芯,滤芯尺寸为57.15mm×1524mm,保证使用寿命多于6年。凝结水精处理系统工艺流程如图1所示。

   

    正常运行时,粉末离子交换树脂被预涂在过滤器内滤芯外表面,形成一层树脂滤层。当凝结水过滤时,水中固体颗粒被拦截,溶解性离子被树脂滤层交换除去,使出水达到设计要求。随过滤和离子交换的进行,滤层逐渐被堵塞、树脂层失去离子交换能力而失效。当出水电导率、二氧化硅值、过滤器进出口压差或过滤时间达到设定值时,过滤器失效退出运行,进行爆膜清洗。清洗用压缩空气加压去掉树脂膜层滤饼,通过排放阀排至废水处理系统。

    当过滤器出口流量降至96.7m3/h时,为防止滤膜脱落,程序将自动开启保持泵出口阀门,并启动保持泵,过滤器处于保持状态,预涂好的粉末离子交换树脂层被保持在滤芯外表面。

    1.2　过滤器的反洗

    当过滤器运行参数接近反洗报警设定值时,系统发出“过滤器运行指标接近反洗设定值,请提前准备备用过滤器”的报警提示。在下列情况下,过滤器发出要求反洗的报警:(1)出水的化学指标(电导率或二氧化硅)超过设定值;(2)过滤器进出口压差达到设定值;(3)过滤器运行时间达到设定值;(4)操作人员通过人机操作界面手动启动反洗程序。

    以上除第(2)种情况过滤器压差达到设定值而直接启动反洗程序外,其他参数达到设定值后,系统继续运行3h。期间需对备用过滤器进行预涂并上线投用,如果3h内备用过滤器未上线投用,系统将自动启动反洗程序。

    1.3　空冷机组设置凝结水精处理系统的必要性

    尽管该机组没有凝汽器,不存在湿冷机组中循环冷却水泄漏污染给水的问题,但该机组水汽系统表面积比湿冷机组大很多,在机组启动初期或负荷变化较大时,大量的腐蚀产物脱落,造成凝结水品质恶化。其次,由于空冷系统处于负压状态,难免有空气漏入,使空气中的CO2溶入凝结水中。由于系统的pH较高,CO2主要以碳酸氢盐的形式存在,导致整个水汽系统腐蚀。此外,锅炉补充水也会增加凝结水中盐分的含量而影响水汽品质。所以,该机组设置凝结水精处理系统是必要的。

   1.4　粉末树脂覆盖过滤器的优越性

    该机组由于凝结水运行温度较高(通常在60℃以上,最高达85℃),目前国内该系统有2种型式,一是粉末树脂覆盖过滤器系统;另一是阳阴分床系统。该机组设置凝结水精处理的作用与湿冷机组不同,是除去凝结水中的腐蚀产物和盐分。由于凝结水中的杂质主要是腐蚀产物,影响水汽品质,去除水中腐蚀产物是精处理的主要任务。为此,粉末树脂覆盖过滤器系统比阳阴分床系统具有如下优越性:

    (1)该机组在初次或停机后启动时,系统内通常含有大量的铁及腐蚀产物,为了缩短机组的启动时间,此时如果投入阳阴分床系统,树脂必然被污染而需消耗大量的酸、碱再生,造成较大的浪费。而覆盖过滤器系统,由于粉末树脂是一次性使用,不需消耗酸、碱,当腐蚀产物含量较大时,可以只铺纤维粉达到过滤的目的,且耗量少,运行费用低。

    (2)机组正常运行时,凝结水水质较好。而分床系统内树脂量较多,运行时间长,且反复再生使用。由于凝结水温度较高,树脂使用一定时间后会降解,影响水汽品质。粉末树脂覆盖过滤器系统中的树脂量少,运行时间短且一次性使用,对水汽品质影响小。

    (3)在凝结水温度较高,精处理退出运行时,粉末树脂覆盖过滤器系统是100%旁路,分床系统可只旁路阴床,阳床仍继续运行。由于只有阳床运行,系统出水为酸性,需投加大量的氨以防腐。氨的大量投加使阳床运行周期缩短,再生次数增加,如此循环,增加运行成本,同时带来大量酸、碱排放的问题。

   (4)粉末树脂覆盖过滤器系统具有较强的机械截留和吸附过滤作用,能有效去除凝结水中的腐蚀产物和固体杂质。能充分发挥离子交换树脂的交换能力,离子交换速度快。由于粉末树脂颗粒细,同样多的树脂表面积远大于常规的离子交换树脂,因此,虽然只一簿层,也能满足使用要求。由于不需设置酸、碱再生系统,废水排放量小且为中性或弱碱性。该系统单台设备出力大,占地面积小,便于布置。工艺系统简单,操作方便,便于实现无人值守。

    1.5　过滤器的出力、结构、滤芯通流量、铺膜数量、运行周期与压差的设计

    该电厂原设计600MW机组最大凝结水量为1333t/h,额定凝结水量为1285t/h。施工过程中,修改为最大凝结水量为1588.25t/h,额定凝结水量为1527.89t/h,比原设计增大约20%。显然原设计覆盖过滤器不能满足凝结水100%处理的要求,致使机组满负荷运行时旁路门始终保持10%的开度。因此,建议设计时,加强与汽轮机厂的配合,使精处理的容量满足机组运行要求。

    粉末树脂覆盖过滤器的结构,一般分大法兰环组和上、下人孔门2种型式。大法兰环组结构较严密,拆装滤芯方便,便于滤芯检修,但需留起吊大法兰环组上盖的空间。人孔门型式在检修、找漏等方面较困难,但便于布置,不需预留较高的检修空间。

    设计参数滤芯通流量关系到滤芯数量、过滤器规格和运行压差等问题。滤芯通流量小,滤芯数量就多,过滤器直径增大;滤芯通流量大,滤芯数量少,运行压差增高,不利于滤芯的使用寿命。该电厂滤芯正常通流量6.88m3/(m2·h),最大通流量7.1m3/(m2·h),为了经济、安全运行,建议滤芯设计正常通流量取7m3/(m2·h)为宜。该电厂滤芯数量为345支,按滤芯正常通流量7m3/(m2·h)、凝结水泵额定出口流量1527.89t/h计算,过滤器滤芯数量(按3×50%处理)应为404支。

    从该电厂的实践看,在带负荷调试阶段,增大阴树脂比例,未收到预期的效果,反而使过滤器起始运行压差增大。建议168h满负荷试运和试生产阶段,铺料比可仅选用阳树脂∶阴树脂=1∶1的粉末树脂;在带负荷试运阶段可适当增加纤维粉的比例。当凝结水中腐蚀产物较多时,可只铺纤维粉运行。

    正常运行周期现设定为504h,但出水水质仍很好。过滤器压差虽然超出厂家给定的正常运行压差设定值,但远未达到失效压差设定值,说明粉末树脂还有过滤交换能力。所以,建议修改运行周期设定值,将每次单位面积铺膜数量由1.06kg/m2降至0.97kg/m2,将“连续运行时间504h”仅作为一个人工判断失效的辅助条件。当运行时间达到504h时,若出水水质仍然很好,且压差不大时,可继续运行,以提高其经济性。

    根据该电厂经验,粉末树脂第1年用量可按4t/台、纤维粉按0.25t/台考虑即可。

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