精处理技术介绍

凝结水精处理混床技术介绍

─苏州东方水处理有限责任公司对300MW及以上大型发电厂来说，设置汽轮机凝结水精处理系统，可以极大地缩短新机组启动时间，减少机组排污，使电厂可以立刻投入满负荷运行，根据我公司经验，设置凝结水精处理的电厂，启动时间约一星期左右就可以投入满负荷运行，同时可以抵挡凝汽器微小泄漏造成的运行问题，当凝汽器有大量泄漏时，可以争取机组充分的停机时间。

发电厂的凝结水精处理系统根据不同的机组有各种不同的系统。例如对于水冷机组，凝结水精处理设计成体外再生高速混床处理；有时设计成在混床前加除铁精密过滤器，这种系统可以保护混床树脂特别是阴树脂免收铁污染，但投资较高，所以目前主要用于600MW以上电厂。也可以采用投资较省的无前置除铁过滤器的所谓裸露混床系统，受到铁污染的阴阳树脂需要在再生时进行特殊的空气擦洗工艺将铁杂质洗掉。因为凝结水精处理高速混床的运行截面流速达到100-120米/小时，不仅要驱除凝结水中的离子，并且要考虑铁污染，因此一般采用耐污染强的大孔树脂，也有用超凝胶的凝结水处理树脂。对空冷机组而言，因为凝结水温度高达85°C，普通树脂承受不了高温，一般采用粉末树脂覆盖过滤器或阳阴分床系统处理凝结水，因为粉末树脂是一次性使用后就扔掉，可以短时间抵挡高温凝结水，阳阴分床系统在凝结水温度高于60°C时，切换到单独阳床运行，因为阳树脂可以承受高于85°C的凝结水温度，而阴树脂只能承受60°C 以下的温度。目前，高温凝结水处理还有较多课题需要研究。

水冷机组的汽轮机凝结水精处理系统有中压和低压之分，而中压凝结水精处理是近几年在我国迅速发展的一项电厂凝结水处理新技术。目前在我国新建电厂中，绝大部分都采用该系统。主要是因为它使热力系统简化。但从凝结水精处理本身来说，其实与以前的低压系统区别并不大，最主要的区别在混床系统：因为混床是中压系统，而再生系统是低压系统，因此在中压和低压系统之间应该有安全保护装置，以及混床的升压和卸压操作必须正确。另外，混床系统的设计必须充分考虑中压的要求，如：中压混床视镜不能用只能耐0.6MPa有机玻璃，而应该用绝对安全的中压钢化玻璃；阀门必需耐中压，且体积小，开关易，因此对混床系统来说，一般都采用蝶阀；等等。

电厂凝结水精处理混床简单地说，其主要技术关键有二点：一是如何保证混床失效树脂能够100%地输送到再生系统中去，以避免因树脂输送不干净而引起的混床氨化运行时泄漏杂质；二是如何使体外再生能够保证失效树脂能够几乎100%地得到再生，为混床的氨化运行创造条件。这二点关键技术其实是针对混床氨化运行而提出的要求。

所谓混床的氨化运行，简单地说：因凝结水中含有保护热力系统免遭腐蚀的NH4+，一般情况下PH达到9-9.5，这样高的含NH4+量，进入混床后就被混床内的阳树脂吸附了，换句话说，混床的离子交换容量大都消耗在除NH4+上，这样一来，在混床出口还得加氨，不仅浪费药剂，还增加了混床的再生频率，浪费大量酸碱和增加工人的操作强度。最先由美国发现：当混床运行到出水口漏氨时，钠离子也开始泄漏，当树脂得到彻底再生，特别是阳树脂99.9%得到再生，此时混床的钠离子泄漏量可控制在较低水平（小于1ppb），这样一来，混床可以继续运行下去，此时混床的运行方式就叫做氨化运行，直到混床压差升高，或凝汽器泄漏使凝结水入口水质变差，氨化混床才停止运行。因此，氨化混床的运行时间明显高于氢型混床的运行时间：氢型混床一般运行7-9天，而氨化混床可以运行30-80天，可见氨化运行是有很大优点的。

尽管氨化运行有这么多优点，但目前国内各大电厂还是主要采取氢型运行，究其原因，主要有以下几点：

?氨化混床内氨型阳树脂对钠离子的吸附能力较弱，造成运行时对凝结水入口的水质变化特别敏感，当凝结水入口钠离子有较大变化时，会立刻使氨化混床出水漏钠量增加，所以，氨化混床对运行操作人员有严格的水质监视要求，必需严密监视混床入口水质的变化。而氢型混床对钠离子的吸附能力较强，即：混床入口水质的变化对混床出口水质变化的影响不大，因此，当电厂方面决定采用氨化运行方式时，建议备用混床处于氢型状态，当发现凝汽器泄漏造成凝结水入口水质变化时，及时转成氢型运行。因此严格说，正式的氨化运行凝结水精处理系统必需设置3×50%的混床，正常运行时，二台运行，一台备用，二台运行混床中有一台处于氨化运行，一台处于氢型运行，而备用混床处于氢型状态，当需要切换成氢型方式时，可以立刻投入备用混床，解列一台氨化混床，保证氨化混床的安全运行。

?氨化混床要求再生酸碱纯度较高，特别是碱，要求杂质NaCl含量小于

0.005%，但国内绝大部分电厂满足不了这个要求，因此阴树脂的再生度不高。

体外再生系统本身的设计问题和混床卸树脂不完全引起的再生不彻底，因此不能实现氨化运行。

尽管如此，目前在电厂凝结水精处理设计中，仍然按照氨化运行可能的要求设计，主要原因是：有一个再生完全彻底的先进的体外再生系统，例如国内目前流行的“高塔分离”和“锥型分离”再生技术，加上混床卸树脂彻底的技术，可以使氢型混床的运行周期达到15天。这和原来的分离再生效果不好的“中抽法”再生技术只能达到7-9天的运行周期相比，具有明显的技术优势。

下面介绍一下凝结水精处理二个关键技术：再生技术和树脂完全卸出技术。

一、关于凝结水精处理再生技术：

（1）“锥型分离”再生技术：

“锥型分离”再生技术是目前国内电厂比较流行的凝结水精处理再生技术之一，它有几种界面树脂检测的变形设计。它主要在阴阳树脂界面检测技术上有其独到之处。其原理是：将混床阴阳树脂输送到阴再生分离罐，反洗分层后，在将沉于底部的阳树脂水力输送到阳再生罐时，用各种有效的方法检测界面树脂，使之极易实现自动化控制，同时给实际运行带来许多独特的优点。关于界面树脂的信号检测方法，目前有以下几种：

1）用电导率直接测量法：将电导率探头安装在阳树脂输送管道上，在树脂输送水中加入CO2，使输送水成为酸性水。当管道中全部是阳树脂时，酸性水与阳树脂不起反应，此时电导率显示是高值，当管道中为阴树脂时，酸性水与碱性的阴树脂起中和反应，使电导立刻下降。利用此电导变化，取出信号控制阳树脂输送阀门关闭。该方法需要CO2钢瓶，要定期更换，同时需要检测钢瓶压力；

2）用PH表测量：同样采用上述方法，往输送水中加酸，利用阳树脂和阴树脂对酸性水不同PH值取出信号，控制阳树脂输送阀门关闭；这种方法同样需要加酸；

3）用光电仪器测量：利用阴阳树脂色差，采用光电管对不同颜色的树脂

产生的光电信号差异，取出信号；

4）用电导差测量：详见下述。

我公司拥有“锥型分离”再生技术。其再生工艺流程图见附页。再生系统由一台阴再生兼树脂分离罐、一台混脂隔离罐、一台阳再生兼储存罐组成。混床失效树脂用水气输送到阴罐，树脂在阴罐内空气擦洗，反洗分层，阳树脂比重较重，沉降于底部，阴树脂较轻，在上部，此时用一股水流从设备底部进入，将阳树脂从底部卸至阳再生罐。随着阳树脂的输送，阴阳树脂界面慢慢下降，当接近锥底下部时，为防止界面下降太快造成界面不平稳，在阴罐顶部开一个输送水分流口，使阳树脂输送水流量在此时变小，起到稳定阴阳树脂界面、防止界面形状成为抛物面而造成阴阳混脂量的增加。我公司采用电导率差和光电检测二种方法同时测量阳树脂输送终点。控制是这样的：在阳树脂输送管道上，设置二个电导率探头，一个安装在靠近阴罐阳树脂卸出阀门后，另一个安装在靠近阳罐进树脂阀门前。当管道中全部是阳树脂时，这二个探头测出的水电导值是一样的，当阴树脂从阴罐抽出时，靠近阴罐阳树脂卸出阀门的第一个电导率探头首先接触到这部分阴树脂，而靠近阳罐进树脂口阀门的另一个电导率探头接触到的仍然是阳树脂，这样一来，二个探头测出的电导率值不一样，把它送进一个专门的电导差分析仪，就可以取出电信号，使阳罐进树脂阀门关闭，而阴罐卸阳树脂阀门仍开着，同时打开进入混脂隔离罐的树脂阀门，把管道中的混脂送进混脂隔离罐，一定时间以后，关闭阴罐卸阳树脂阀门，再用水把残留在管道中的混脂送入混脂隔离罐，而阴树脂则留在阴再生罐中。为了保证界面树脂输送的可靠性，我公司另外设计了“光电树脂界面检测仪”，与“电导差树脂界面检测仪”同时使用，谁先送出信号，就按该信号控制阀门的关闭动作。“光电树脂界面检测仪”具有非常灵敏的阴阳树脂色差识别能力，在管道上安装一根透明的有机玻璃管，把光电探头安装此处。当阴树脂出现在该有机玻璃管时，光电探头马上就可以发出信号，使树脂输送阀门关闭。有机玻璃管安装在树脂输送管的中部。

有了上述可靠的阳树脂输送终点检测技术保证，阴阳树脂得到了很好的分离，保证了阴阳树脂再生彻底。接着分别再生阴阳树脂，然后把阴树脂送到阳罐，与阳树脂空气混合，然后正洗合格，再生结束。

综上所述，我公司的“锥型分离”再生技术有如下一些特别的优点：?由于采用独特的“电导率差树脂界面监测仪”和“光电树脂界面监测仪”，再生效率与混床阴阳树脂比例变化无关。这是一个很特别的优点：因为对每台混床来说，一般不能保证每一次送入再生分离罐的阴阳树脂量都一样，造成在树脂分离罐内反洗分层后，阴阳树脂界面位置每次再生也不一样。如果抽送阴树脂的出口在罐体侧面固定，则会造成抽送阴树脂时不小心把阳树脂也送出去，或者不能把所有的阴树脂都送出去，造成阳树脂表面始终留有一层阴树脂，影响了阴阳树脂的分离效率，从而直接影响了再生度，这个缺点在老式的“中抽法”再生技术中尤其明显。所以在老的凝结水处理系统中，由于再生度不高，混床运行周期一般只能保持7天左右。所以，“锥型分离”再生技术克服了上述缺点，因而有一个高的再生效率，混床的氢周期运行一般可达到15天，足足比前者高出一倍的制水量。这是实际工程所证明的。

?我公司的电导差检测树脂界面不需要在输送水中加CO2放大电导信号，所以不存在更换CO2钢瓶或要求人工在再生时控制钢瓶内是否有CO2气体压力等等繁琐的监控要求，很容易实现全自动再生。但考虑到现场情况复杂，加CO2的接口仍然设置。

?我公司在设计“光电树脂界面监测仪”时，考虑到用户选择阴阳树脂时，不同的树脂制造商所提供的阴阳树脂色差是不一样的，故该仪器可以根据树脂实际的色差要求方便地进行调整，因而可以适应各种不同色差的树脂界面检测要求。而由英国提供的光电检测仪表往往不能进行这样的调整，造成再生系统只能适应某一种特定的树脂，这一点是我公司针对国内的实际情况而专门设计的，深受用户欢迎。

?由于采用“锥型分离”，混脂的数量很少。在阴罐底部，配水装置设计成表面光滑、无任何死角的锥体。反洗分层后，阴阳树脂界面随着阳树脂的抽送越来越小，最后小到大约只有一根树脂输送管直径的长度，使阴阳混脂数量极大地减小。所以，“锥型分离”再生系统中的混脂隔离罐很小，简化了系统设备，也不用装很多“混脂”。

?阴再生罐下部设计成变径形状，即：阴罐下部的直径小于上部的直径，这种形状有利于提高阴阳树脂的分离效率：因为底部直径较小，无形中增加了此段的反洗流速，阴阳树脂在此处高速反洗膨胀，到上端时，设备截面变大，反洗流速

相对变小，使阴阳树脂在上端在反洗过程中就可以进行初步的分层，无形中多提供了分层时间。这和老的上下同一直径的分离罐相比，明显具有分层效率高的优点，因为同一直径的分离罐主要靠阴阳树脂比重差获得沉降速度差获得分层效果，而变径分离设备不仅提供沉降速度差，还提供了反洗过程中阴阳树脂初步分离的有效手段。因此分离效率高。径检测，“锥型分离”技术可以保证反洗分离后，阳树脂中的阴树脂小于0.4%，阴树脂中的阳树脂小于0.1%，这是一个很高的分离效率。

（2）“高塔分离”再生技术：

“高塔分离”再生技术也是目前国内采用的受欢迎的先进的再生方法之一。系统由三个罐组成：一台专用的树脂分离罐、一台阴树脂再生罐、一台阳树脂再生兼树脂储存罐。

树脂分离罐被设计成一种特别的上大下小的形状，这是专门为树脂分离而设计的。因为：阳阴树脂有不同的比重，在水中表现为不同的沉降速度。“高塔分离”的初次反洗分层流速高达50m/h，在这么高的流速下，阴阳树脂得到超速膨胀，阳树脂颗粒间的距离空间变大，使夹杂在其中的阴树脂可以比较容易地反洗出来。由于树脂分离罐上大下小，在反洗时，阴阳树脂在小端加速膨胀，膨胀到大端时，流速下降，阴阳树脂在此处得到初步分离，然后通过反洗阀前的调节阀逐级降低反洗流速，使阳树脂往下沉，利用阴阳树脂比重差得到彻底分层。所以说，“高塔分离”最大的特点是在反洗分离罐上，由于罐体的特别设计，阴阳树脂的分离效率很高。

由于反洗流速很高，树脂分离罐设计得很高，一般在8.5-9.5m，这对系统厂房提出了较高的要求。另外，反洗分层后，首先将阴树脂从设备侧面水力抽送到阴再生罐，然后从底部将阳树脂抽送到阳罐，分别再生阴阳树脂，而混脂留在分离罐中，参与下一次的再生分离。考虑到阴树脂抽送口是固定的，而阳树脂是从设备底部抽送，为防止在抽送阳树脂时阴阳树脂界面形成凹面，需要把混脂层加高到近1米，将阴阳树脂界面位置的变化控制在加高的混脂范围内，采用模糊方法防止阳阴树脂体积的变化引起的缺点。所以，“高塔分离”的树脂数量比“锥型分离”要高。

“高塔分离”抽送阳树脂前必需放水至树脂表面以上100-200mm，然后用送终点采用一种叫做“超声波物位开关”来控制。随着阳树脂的输送，混脂表面

随水位一起下降，将物位探头安装在径过计算的合适的设备侧面位置（即安装在一份混脂体积表面以上100-200mm处），当测出水位时，也即表明阳树脂输送终点。可以看出：这是用树脂表面水位间接检测阳树脂输送终点的方法。一定要控制水位和树脂表面同时下降，否则将有假信号。

我公司目前对“高塔分离”树脂界面检测的改进采用“光电检测”，安装在树脂分离罐侧面适当位置。这种检测方法比“超声波物位开关”直接。

为了提高再生度，在阳阴树脂再生时，阴阳罐底部卸树脂阀门做脉动开启动作，即5分钟开3秒，引一股水流反冲，使积存在底部卸出管中的树脂有机会和再生液接触，以提高再生度。

二、混床树脂输送技术：

如上所述，凝结水精处理技术另一个关键是：如何保证混床内100%的失效树脂输送出去。

目前，混床树脂输送有二个技术在国内用的较多：一是混床底部孔板是平板，上面安装不锈钢水帽，为了保证树脂输送彻底，在孔板上还安装了几个旋流喷嘴，在卸树脂时，引一股水流通过喷嘴出来，形成旋转水流，将残留在孔板上的树脂旋转送出去。这种方法根据调查结果来看，还不能保证把全部树脂送出去，多孔板上仍然残留失效树脂，这对混床运行是不利的。

另一种树脂输送技术叫做“气水输送”技术。混床多孔板设计成锅底型，用不锈钢制成，以利于孔板表面光滑，较易卸树脂。在弧形孔板上安装有“双速水帽”。这种水帽有个特点：在水帽内部有一个活塞，混床排水时，活塞下移，排水可以通过水帽的绝大部分流通截面。当混床反洗卸树脂时，因输送水流量远小于混床正常运行时的排水流量，为了保证布水的均匀性，小流量反洗时，活塞上移，把绝大部分流通截面堵住，迫使反洗水流通过水帽底部一个极小的缝隙流出，不仅均布水流，而且使输送树脂水流高速喷出，把残留在弧型形孔板上的树脂搅动起来送出去。

“气水输送”技术见附图所示。混床树脂失效时处于压实状态，此时从混床底部引一路水流（同时起松动树脂的作用），把绝大部分树脂水力输送到再生系统内的阴再生罐内。阴再生罐在接受树脂前应该放水至一定水位，同时打开阴罐排气阀，使混床卸树脂时的背压为大气压。在绝大部分树脂水力卸出后，一般在孔板上还会残留一些树脂，此时混床放水至孔板上约200-300mm的水位，目的

是使随后的空气输送残留树脂的时间减少，并且减少压缩空气消耗量。然后从混床底部引入0.15-0.3Mpa压缩空气，此时混床排气阀门处于关闭状态。这样一来，在混床顶部形成压缩空气气垫，由于压缩空气的进入，使残留树脂和水处于沸腾状态，利用压缩空气垫的动力，把残留树脂送到阴再生罐。由于输送背压为大气压，很容易把残留树脂送出。一直到混床多孔板上的水全部排光为止（在孔板卸树脂口安装有专用的液位开关，以取出信号控制树脂输送终点），也就表明残留树脂全部送出，混床然后充满水，接着进行树脂输送管道冲洗，把管道中的残留树脂送到阴罐。

“气水输送”技术可以保证把混床内100%的树脂输送出去。

关于对锥型分离技术的一些改进建议

我公司针对目前国内运行的电厂使用“锥形分离”技术的情况，发现有如下问题需要解决：

1. 阴再生分离罐底部排水装置原设计是烧结锥斗，这种布水器在卸阳树脂时干

扰少，故而混脂量少。但缺点是易碎堵，不耐冲击。特别是无前置精密过滤器的系统，这种缺点很明显。目前改进的方法是：人为增加混脂树脂体积，采用弧形不锈钢装水帽结构，可以消除此缺点。因为不锈钢水帽可以把空气擦洗正洗水排放出来而不用担心堵塞和碎裂问题。

2. 当电厂采购的阴阳树脂色差不明显时，光电检测就无法投入使用。因此采购

树脂时特别注意要求树脂供货商的阴阳树脂必须要有明显的色差。推荐阳树脂颜色为深褐色，阴树脂颜色为白色或淡黄色。当发现阴阳树脂色差无法明显区别时，可以把光电探头放在阴再生罐抽走阳树脂后的阴树脂和水的界面窥视镜处间接地检测阳树脂抽送终点。

苏州东方水处理有限责任公司