高参数机组凝结水精处理系统运行工况优化试验研究荣获2016年度电力行业技术市场金桥项 ...

近年来随着我国电力工业的迅猛发展，火电机组的装机容量和压力等级参数不断提高，热力系统金属材料对水汽中杂质的敏感度也不断增加，机组的安全稳定运行对热力系统的水汽品质提出了更为严格的要求。凝结水精处理系统是保证高参数大容量机组安全运行不可缺少的重要设备，凝结水精处理系统的可靠运行对于保障机组热力系统水汽品质具有重要作用，尤其是高参数机组。

2000年之后新投产的火电机组中，亚临界空冷机组80%设计了粉末树脂覆盖过滤器精处理系统，95%以上的湿冷机组及超临界以上空冷机组都设计了含有高速混床的精处理系统。

但是，目前许多电厂的凝结水精处理系统存在周期制水量低、失效终点控制不合理、出水漏氯漏钠量大、由于压差大或水温高而频繁退出运行等问题，这些问题的存在已经严重影响到高参数机组的安全经济稳定运行，直接影响是精处理运行成本居高不下、锅炉排污率偏大、启机水冲洗时间长、热力系统水汽品质差、树脂和滤元更换频繁、水冷壁及汽轮机叶片腐蚀沉积问题严重等。

电厂常规解决上述问题的手段是提高树脂的再生频率、加大锅炉排污、放宽精处理出水水质、频繁更换树脂、加大酸碱及自用水量或不投精处理，这些措施治标不治本，只能作为临时性的应对措施。

国内凝结水精处理系统型式多样：有管式过滤器+高速混床、前置阳床+高速混床、粉末树脂过滤器、粉末树脂过滤器+高速混床、阴阳分床等各种组合型式。运行方式也不尽相同：有氢型运行方式和氨化运行方式等。因此针对不同精处理系统及不同的运行方式所遇到的周期制水量偏低、树脂分离效果差、再生不彻底、精处理出水漏氯漏钠量大等问题，目前国内对此进行研究的全面性、系统性和深度均不够。

本项目对高参数机组精处理系统运行工况优化问题，在不同类型、不同容量的机组上开展了大量的试验研究，重点针对目前应用比较广泛的湿冷机组凝结水精处理高速混床系统和直接空冷机组凝结水精处理粉末树脂覆盖过滤器系统存在的上述问题。

为了优化高速混床树脂再生工艺参数，针对现场普遍存在的树脂分离效果差、再生不彻底、精处理出水漏氯、漏钠量大等问题，在开发、研制了树脂再生度测定方法、树脂分离度测试系统、罐体树脂取样器的基础上，对高速混床树脂再生工艺进行了现场调整优化试验，摸索和总结了一套树脂再生过程监控方法，获得了高速混床树脂最优再生过程控制方法和参数。

为了提高空冷机组凝结水精处理粉末树脂覆盖过滤器系统运行的经济性和可靠性，通过研究直接空冷机组汽水系统离子迁移规律，评估了凝结水系统中二氧化碳对水汽指标的影响，实施现场运行工艺的优化调整，并进行了粉末树脂国产化工艺转型试验，总结提出了一整套系统的粉末树脂覆盖过滤器存在问题分析及系统运行优化方案，使粉末树脂覆盖过滤器系统在安全、经济的方式下运行，起到了节约树脂用量和自用水量、节省运行成本、减少污染物排放等积极作用，提高了电厂精处理粉末树脂覆盖过滤器系统的运行水平和周期制水量，降低了精处理系统的运行成本。

本课题的研究成功将具有非常重要的现实意义和实用价值，通过提高凝结水精处理系统的安全经济稳定运行水平、提高精处理系统的周期制水量和出水水质质量，可以大幅节约运行成本，能在很大程度上改善机组热力系统的水汽品质和腐蚀沉积状态，对机组安全稳定经济运行有着重要的意义。

2   研究内容

2.1 湿冷机组凝结水精处理高速混床处理系统运行工况优化试验研究

1）树脂再生度测定方法的研究

2）树脂分离度测试系统的研制

3）罐体树脂取样器的研制

4）电极法测定电厂凝结水、给水中的微量氨含量的研究

5）凝结水给水微量氨在线监测装置的研制

6）精处理阴、阳树脂再生动态监测试验研究

7）高速混床运行工况调整试验及失效终点指标优化研究

2.2 空冷机组凝结水精处理粉末树脂覆盖过滤器系统运行工况优化试验研究

1）凝结水系统中二氧化碳对水汽指标的影响评估研究

2）粉末树脂过滤器铺膜工艺优化试验研究

3）粉末树脂国产化工艺试验研究

4）粉末树脂覆盖过滤器系统运行工况优化试验研究

3   技术路线

采取调研、现场试验、实际运行工况及工艺流程的调整和试验室测试相结合的研究方法开展研究工作。

（1）湿冷机组凝结水精处理高速混床处理系统运行工况优化试验研究

 先对华北地区及部分沿海电站进行凝结水精处理系统运行的专项调研，根据机组运行数据及检修情况初步分析汇总凝结水精处理系统存在的问题及形成原因。然后，以300MW和600MW凝结水精处理系统作为代表性研究系统，首先对凝结水精处理前、后水样和树脂进行定性定量分析，在此基础上进行定性分析研究，重点对精处理高速混床树脂的再生工艺参数如树脂再生度、分离度、再生过程动态监测方法等目前尚没有定量解决方案的关键指标进行深入研究，确定一套精处理树脂再生工艺最优控制方案，根据现场情况总结出能够大幅提高凝结水精处理周期制水量和出水水质质量的方案及相应措施。最后对精处理系统运行方式作出评价，总结出精处理高速混床氢型运行的失效终点控制方案。

（2）空冷机组凝结水精处理粉末树脂覆盖过滤器系统运行工况优化试验研究

以600MW空冷机组凝结水精处理系统粉末树脂覆盖过滤器系统为依托，首先进行资料收集和调研，现场跟踪过滤器运行、爆膜等过程，初步分析影响凝结水精处理粉末树脂覆盖过滤器系统周期制水量和出水水质的原因，然后，取代表性的水样和粉末树脂在实验室进行定性和定量分析，找出空冷机组精处理系统存在的问题，在此基础上提出相应的解决方案及措施，并对精处理系统运行情况进行评价和优化。最后对精处理粉末树脂过滤器系统进行了国产化工艺试验，通过现场跟踪与实验室取样测试对比分析，得出粉末树脂国产化是否可行的结论。

4   创新点

4.1 湿冷机组凝结水精处理高速混床处理系统运行工况优化试验研究

（1）   研制了一套精处理阴阳树脂分离度测定系统。

（2）   研制了一套简便实用并且能取到罐体各个部位树脂的便携式取样器。

（3）   首次通过试验建立了运行树脂再生度测定方法，成功应用于现场调整试验，并进行了验证比对。

（4）   首次采用对再生洗脱液进行动态监测的方法，研究确定了不同类型机组精处理阴、阳树脂再生的最优再生参数。

（5）   研究了电极法在电厂给水凝结水微量氨含量分析检测中的应用。

（6）   研制了一套电厂水汽中微量氨含量在线监测装置。

（7）   研究了氢型高速混床失效终点控制方案的优化。

（8）   理论推导了再生碱液中氯化钠含量对再生效果的影响程度，并通过试验验证。

4.2 空冷机组凝结水精处理粉末树脂覆盖过滤器系统运行工况优化试验研究

（1）研究了粉末树脂覆盖过滤器在设计上存在的铺膜泵、保持泵选型不匹配所造成的铺膜不均匀问题，通过对覆盖过滤器布水装置的改造，优化了过滤器的进水流场分布，使过滤器铺膜效果得到很大的改善。

（2）开展了各种国产及进口粉末树脂浸泡溶出物痕量离子色谱分析及TOC含量检测试验，通过改变阴阳树脂制造工艺及配比，找到了最适合直接空冷机组水汽指标要求的粉末树脂类型及配比，改善了600MW汽包机组氢氧化钠处理工况的水汽质量。

（3）采用了除气电导率和Godecetal二氧化碳检测技术来测量水汽系统中二氧化碳浓度，计算了二氧化碳对水汽系统氢电导率的贡献率，明确了汽水中溶解二氧化碳浓度对直接空冷机组汽水品质及系统设备的影响。

5   成果

5.1 实物成果

   （1）工业水处理离子交换树脂分离度测试系统

   （2）工业水处理罐体树脂取样器

5.2 检测方法

   （1）工业水处理离子交换树脂再生度测定方法

   （2）树脂再生动态监测方法

5.3 专利

摘要

通过此项目，开发出了凝结水给水微量氨含量在线监测装置、离子交换树脂再生度测定方法、离子交换树脂分离度测试方法及测试装置、精处理高速混床树脂再生参数优化调整系统解决方案、树脂取样器装置。这些方法及装置均填补了国内在本技术领域的技术空白，具有良好的应用前景及极大的经济效益。

目前我国粉末树脂过滤器还处于摸索阶段，2008年10月以前国内电力系统应用的粉末树脂、纤维粉以及滤元基本由国外公司垄断销售，2008年11月国内直接空冷机组电厂开始应用国产化粉末树脂及纤维粉。

因为粉末树脂和纤维粉及滤元是一次性使用的产品，不能回收再利用，所以，减少这些耗材的使用，不仅具有节材和降耗的效果，还会降低废物处理的成本，符合建设节约型社会和企业的要求，具有一定的环境效益。

国产化试验结果表明：国产粉末树脂各项性能指标、运行效果均不低于进口同类产品的处理效果。因此国产粉末树脂完全可以替代进口粉末树脂，不仅降低了成本，同时对我国来说也推动民族工业发展，也使凝结水精处理技术得到了一个上升的台阶。

同时，通过精处理系统优化调整试验改善精处理出水及整个热力系统的水汽品质，降低了热力系统的腐蚀和结垢风险，减小了运行人员的操作工作量及阀门等设备的损耗量，同时也延长了滤元的使用寿命，由此带来的间接效益也是非常显著的。

近两年成果转化后的经济效益和社会效益

本项目针对湿冷机组凝结水精处理高速混床系统和直接空冷机组凝结水精处理粉末树脂覆盖过滤器系统存在问题，采用自主研发的罐体树脂取样器，建立了树脂分离度测定的新方法，开发了分离度测定系统，解决了现场存在的高速混床树脂取样代表性和分离效果评价等难题；提出了运行离子交换树脂再生度测定方法，解决了高速混床再生工艺优化试验对树脂再生程度的定量检测技术问题；采用对再生洗脱液动态监测的方法，研究了不同类型机组精处理阴、阳树脂再生的过程，确定了最优再生参数；针对凝结水高速混床失效参数难以确定，建立了微量氨含量的检测方法和测定系统，研制了一种微量氨在线监测装置；针对直接空冷机组凝结水精处理粉末树脂覆盖过滤器系统铺膜不均匀问题，优化了进水流场和铺膜工艺，确定了粉末树脂过滤器阴阳树脂粉的最优配比。目前，该项目已用于河北某厂2×300MW和内蒙某厂4×600MW湿冷机组凝结精处理高速混床的再生工艺优化调整以及山西某厂2×600MW和内蒙某厂2×600MW直接空冷机组粉末树脂覆盖过滤器国产粉末树脂现场应用，极大地改善了高速混床出水水质及整个热力系统的水汽品质，降低了热力系统的腐蚀和结垢风险，减小了运行人员的操作工作量、树脂破碎量及阀门等设备的损耗量；粉末树脂和纤维粉的购置费用以及滤元的更换费用构成了粉末过滤器的主要运行成本，频繁爆膜会缩短滤元的使用寿命，还会使系统的自用水耗大幅度增加，同时增加工人的劳动强度。通过本项目的实施，不仅使国产树脂粉代替了进口树脂粉，而且大大延长了精处理运行周期，因此本项目的实施不仅取得了显著的直接经济效益，而且也给企业带来了不可估量的间接经济效益。

据不完全统计，目前全国火电机组中采用高速混床的机组约有800台，采用粉末树脂覆盖过滤器的机组约有100台。通过对北京、天津、河北、山西、内蒙、福建等地火电厂调研，约有30%机组凝结水精处理存在周期制水量短、出水指标不合格等问题。因此，此项目试验研究成果具有非常广阔的应用前景。

本项目于2014年6月15日，通过了中国电机工程学会的项目技术鉴定会。依托研究成果，本项目获得2项实用新型专利，申请了4项发明专利。