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分析了直接空冷机组空冷塔清洗方式以及采取不同凝结水精处理装置的直接空冷机组在调试过程中化学监督问题,并针对不同精处理装置的空冷机组给出了相关清洗建议。
我国是一个干旱缺水严重的国家。我国的淡水资源总量为28000亿m3,占全球水资源的6%。但是,我国的人均水资源量只有2300m3,仅为世界平均水平的四分之一,是全球人均水资源最贫乏的国家之一。然而,中国又是世界上用水量最多的国家。仅2002年,全国淡水取用量达到5497亿m3,大约占世界年取用量的13%。
在水冷凝汽器发电机组中,耗水量的90%以上是在冷却塔中蒸发掉的。直接空冷凝汽器采用空气直接冷却,省去了作为中间冷却介质的水。因此,采用直接空冷凝汽器系统的机组比水冷凝汽器发电机组节水约90%,一台600MW机组的节水量在2000t/h以上。这是直接空冷机组的最大优势。
因为没有循环冷却塔,也就没有循环水系统的排污问题;没有冷却塔及其临近地区形成水雾和结冰问题;电厂选址非常灵活——电厂无需靠近水源建设。这给火力发电厂的建设特别是富煤而干旱缺水地区的发电厂建设开辟出了一条新路。北方因为其地理环境、水资源情况和气候原因,空冷机组因其卓越的节水性能而备受青睐,目前在北方地区建设的机组大部分为空冷机组。
笔者参加了国内首台精处理系统为粉末树脂过滤器的600MW直接空冷机组及精处理系统为阳床+阴床的系统的直接空冷机组的调试工作。针对直接空冷机组的特性,为保证机组水汽品质尽快合格提出一点笔者的看法和经验供参考。
1直接空冷凝结水的水质特点
直接空冷式凝汽器是非封闭式的。汽轮机排出的蒸汽在鳍片管束内流动,空气在鳍片管外对蒸汽直接冷却。为了提高冷却效果,管束下面装有风扇进行强制通风或将管束建在自然通风塔内。目前一般采用强制通风。
1.1凝结水含盐量低且稳定
由于采用空气冷却,不存在常规水冷式机组凝汽器泄漏污染凝结水的问题,因此其凝结水含盐量明显低于常规水冷机组,数值大小仅决定于蒸汽品质以及系统腐蚀产物。
1.2凝结水温度高
由于空冷机组的背压比水冷机组高,所以空冷机组凝结水温度比水冷机组要高,一般空冷机组凝结水温度可达60～80℃,比环境大气温度高出30～40℃。
1.3空冷系统庞大,导致铁、溶解O2等含量高
空冷机组由于冷却面积和系统庞大,又在高真空条件下工作,因此漏入空气的机会增多,凝结水中溶解O2含量增加;也正因为系统庞大,凝结水中金属腐蚀产物增高,主要是铁的氧化物。
2直接空冷机组空冷塔的清洗方式
直接空冷塔的清洗工作一般分两阶段进行。第一个阶段即手工清洗阶段,由工人用金属丝刷手动清除排汽管道和配汽管道内壁的尘垢和氧化皮;在封闭凝结水收集管的端板之前,采用水流如消防水对其进行冲洗,但是必须注意的是不要使尘垢落入换热管束内,也不要让管道内部充满水,否则系统将无法承受其重量带来的负荷。这个阶段的清洗工作不包括换热管束,一般在安装工作过程中执行。第二个阶段是蒸汽清洗阶段,将蒸汽引入凝汽器对管道和换热管束进行热态清洗,将污垢(主要是氧化铁)从系统中清除掉。
根据经验,每排凝汽器需要进行5～10次不等的间断性的冲洗,直到凝结水中的悬浮物(主要是氧化铁)含量符合要求。根据GEA资料要求悬浮物小于10mg/L。但是根据国内电力行业的有关要求和精处理装置的特点,热态清洗结果必须达到凝结水精处理系统投运标准,即铁离子小于1000μg/L。
蒸汽清洗时,从凝汽器管束来的脏污凝结水不能进入凝结水箱,必须安装清洗废水排放临时管道,配备一个能承受80℃的废水收集箱。在热清洗过程中,凝结水通过排放临时管道排放到废水收集箱内,再排放到雨水管道。由于空冷系统处于负压状态,热清洗开始之前应将废水收集箱充好水并保持一定水位,排放临时管道必须浸入到废水收集池的水面以下,防止负压系统内空气进入。
当脏污凝结水被排放之后,必须通过系统的补水泵将纯净的除盐水补充到凝结水箱以保证热清洗过程的除盐水消耗。因此,除盐水的制水、储水、补水能力必须满足空冷热态清洗的要求。一般来说系统的正式补水系统的补水能力有限,最好安装临时补水装置见图1向凝结水箱补水,保证清洗用水。
为了加强清洗作用,在联箱和管束内希望有较大的蒸汽和凝结水流量。经验表明,当采用至少70%的额定蒸汽流量时,并不能保证在同一时刻在整个凝汽器内实现良好的冲洗效果。然而如果通过使单台风机和若干风机在额定转速即全速下运行,而其它风机停运,就可以实现部分凝汽器内部蒸汽和凝结水较高的局部流速。各凝汽器依次循环进行清洗,能保证所有凝汽器的清洗效果。
3精处理系统不同的机组空冷塔的清洗的化学监督
由于直接空冷机组凝结水的水质特点,凝结水精处理系统与水冷机组不同。由于凝结水的温度高,而普通精处理高速混床阴树脂不宜长期在高于60℃水温下运行,空冷机组夏季凝结水温度基本都超过此温度,这样普通高速混床就无法投运。因此空冷机组凝结水精处理一般采用阳床+阴床系统或粉末树脂过滤器系统。
由于阳床+阴床系统和粉末树脂覆盖过滤器系统本身各自的特点及处理水质的能力不同,因此应用不同系统的空冷机组在机组试运时也要采取不同的措施才能使机组水汽指标尽快符合标准。
3.1精处理为阳床+阴床系统的空冷机组
每台机组由2(3)×50%的高速阳床和2(3)×50%的高速阴床组成,高速阳床和阴床各设0%～50%～100%的旁路系统一套。树脂再生采用体外再生。当正常运行时,阳床和阴床各2台运行,旁路全关。当1台失效时,投运备用床体或开旁路系统,失效床体解列,失效树脂自动输送到阳树脂或阴树脂再生罐中再生,然后将备用树脂输送到阳床或阴床备用或投运。该系统运行特点:
(1)系统对水温有灵活的运行方式。凝结水温度高于60℃时,开阴床旁路,阴床退出运行,阳床运行;凝结水温度高于70℃时,开阳床旁路,阳床退出运行,凝结水旁路。由于凝结水不存在凝汽器冷却水泄漏问题,阴床旁路运行不会对凝结水水质产生较大影响。阳床比较晚的退出运行,阳树脂还能很好的起到吸附和交换凝结水中铁的作用。
(2)系统除盐能力比较强。采用此种凝结水精处理装置树脂装填量比较大,以600MW机组为例,一般每台床装填树脂量3.8m3左右。能有效地去除凝结水中的悬浮物和离子状态的物质。尤其是对硅化合物的交换能力。
由于此系统的运行特点,阳床+阴床精处理系统在机组试运过程中,去除机组水汽系统的悬浮物和离子状态物质起关键性作用。采用此类型精处理装置机组空冷凝汽器热态清洗可在机组启动后带一定负荷进行,除了汽轮机正常运转所需蒸汽量外,其余的蒸汽可通过高、低压旁路进入空冷凝汽器。进行循环清洗某排空冷凝汽器时,该排空冷风机运行,其余排风机停止。清洗每排时,蒸汽流量应该达到机组额定负荷时每列凝汽器所通过的蒸汽流量,清洗有效时间应在1h以上,便于取样化验。清洗合格标准应该以精处理系统投运标准为指标,主要是铁离子含量小于1000μg/L。
达到精处理投运标准后,可以恢复正式系统,精处理设备投运。从笔者所参与的机组调试过程,空冷凝汽器清洗合格后,凝结水水质仍不是很理想,水质波动很大,铁离子最大可到3000μg/L。此时机组一般在带负荷试运过程中,精处理系统必须投运,为保证机组水汽品质,这样阴阳床的负担很大,系统压差上升很快,床体运行时间短,树脂失效以后,树脂脏污严重,在树脂再生罐中往往需要反复擦洗30次以上才能进再生剂再生。
3.2精处理为粉末树脂覆盖过滤器系统的空冷机组
粉末树脂覆盖过滤器是采用特制的(不锈钢外缠绕聚丙烯纤维绳或喷涂塑料)多孔管作为过滤元件(滤元),在滤元上覆盖由一定比例的阴阳树脂粉末混合构成的过滤层,水流由管外通过过滤层进入滤元管内,将凝结水中的悬浮物和离子态物质截留在过滤层。工作原理包括:过滤、吸附和离子交换作用。
精处理系统每台机组配备过滤器、铺膜设备、爆膜设备、保持设备和废水收集池。每台机组配备3台过滤器,正常运行时2台投运1台备用,系统设有自动旁路,系统压差高时自动打开。该系统运行特点:
(1)过滤和吸附作用明显,离子交换作用不大。一般每次铺膜所用阴阳树脂粉总量100kg左右。机组启动初期树脂粉末往往2～4h就失效,不起离子交换作用,但仍能起到截留凝结水中的胶态和固态物质的作用,此时离子态物质只能依靠机组排污来除去。
(2)对树脂粉末性能要求高,运行费用高。从再生度和树脂粉末粒径等方面都有严格的要求,目前国内还没有厂家能够生产,完全依靠进口。
(3)运行水温变化幅度大。因为树脂粉末一次使用,制造工艺特殊,可以适用于比常规树脂高的水温。但水温不宜超过75℃,温度太高容易使滤元老化。
采用粉末树脂覆盖过滤器为精处理系统的空冷机组空冷凝汽器的清洗尤为重要,不认真清洗凝汽器精处理设备就无法正常投运,机组就不能正常带负荷。如果不顾凝结水水质情况机组强行带负荷试运,势必导致整个水汽系统的水质工况恶劣,锅炉垢量沉积速率升高,严重的可能在机组正常运行不久就需要化学清洗甚至发生锅炉爆管内蒙古某电厂采用粉末树脂过滤器的直接空冷机组在调试期间,空冷凝汽器没有进行有效的热清洗,致使机组移交生产后半年汽水品质仍不合标准要求。该厂精处理过滤器滤元污堵严重,滤器运行时间短,机组消耗树脂量极大,成本贵。
笔者建议采用粉末树脂覆盖过滤器的空冷组空冷凝汽器清洗合格标准为铁小于500μg/这样就要求空冷凝汽器清洗时,通过每排凝汽的蒸汽流量要足够大,清洗有效时间充足,因此需除盐水量非常大。国内某电厂首台采用粉末脂过滤器的600MW直接空冷机组空冷凝汽器洗时平均每小时用水量大于500m3/h,用水总在5000m3以上。机组锅炉补给水系统制水能不足以支持全天侯冲洗,在清洗期间要停炉等水凝汽器金属一冷一热有利于污物的剥离,整个洗过程有效时间加上等水时间前后约10天,清后凝结水水质非常好(见表1)。即使这样该厂2机组带负荷试运仍需要40多天汽水品质才能合进入168h试运行标准。
空冷凝汽器清洗期间,机组补水采用锅炉上水泵和凝结水输送泵给除氧器补水的方式不能满足要求,可采取从除盐水箱接临时管到凝结水箱的临时措施,用凝泵直接给除氧器补水。清洗期间机组一般不带负荷,因为除盐水消耗量很大,机组需要频繁启动,蒸汽从高压旁路和低压旁路进入空冷凝汽器。清洗每排时,该排风机启动,其余排风机停止,蒸汽流量应该达到机组额定负荷时每列凝汽器所通过的蒸汽流量。每排清洗有效时间应在1h以上。临时补水管建议清洗完不拆除作为正式系统保留,机组正式运行后,机组大小修后空冷凝汽器也要进行清洗,这样既能减轻粉末树脂覆盖过滤器的负担,又能保证机组水汽品质。粉末树脂覆盖过滤器在投运初期,一定要和纤维粉混合使用,阴阳树脂粉末比例可根据实际情况调整,纤维粉铺设在粉末树脂的外层。机组在带负荷期间,连排全开,汽包锅炉严格按照洗硅曲线运行。机组尽量在低压力低负荷情况下运行,尽量开大定排阀门,以利于机组排污。
4结论
(1)采用阳床+阴床的精处理系统,能有效的去除凝结水中的杂物,适应凝结水水质条件宽松。空冷凝汽器清洗可同带负荷一起进行,清洗结束标准铁为小于1000μg/L,此时凝结水精处理可投运。凝结水精处理系统最好设计前置过滤器。
(2)采用粉末树脂覆盖过滤器的精处理系统,空冷凝汽器清洗非常重要,各方必须重视,不然水汽品质长时间难以合格,可能引起机组炉管结垢爆管。清洗合格后精处理可投运,精处理投运之前,应准备足量的树脂粉末和纤维粉,纤维粉铺设在树脂粉末的外层,阴阳树脂粉末应分开包装,便于根据现场实际情况进行阴阳树脂铺设比例的调整。
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