高參(cān)數機組電廠(chǎng)化學水處理技術發展探讨

       關鍵詞：高參數機組　水處理技術　水汽質量監督　

       1　高參數機組電廠化學水處理技術基礎            

       機組參數的提高使設備材料對水汽運行工況的敏感度提高，相應地對安全、可靠的化學水處理的要求也更嚴格瞭；高參數機組用水量的增大對水資源和水環境污染壓力加重，使得高參數機組電廠化學水處理無論是處理工藝、處理精度，還是監督維護都與低參數機組有很大的不同。主要表現在更注重提高安全、可靠性，走水資源持續發展的道路，避免高參數機組水汽故障、事故的發生，制訂嚴格的水處理運行、監督和維護規範、導則。　            　   

       大機組的水處理技術既包含與中小機組相似的安全運行必須的補給水處理、給水處理(及汽包爐的爐水處理)，又有大機組本身特定的、嚴格的凝結水處理、水内冷式發電機冷卻水處理，以及與環境保護規劃相協調的節水型循環冷卻水處理、廢水處理。特别是超臨界參數機組的發展，凝結水處理成爲必然，凝結水處理設備不僅成爲電廠水處理設備必設的主要組成部分，而且更重視設備運行的安全性、性能的先進性和運行的經濟性。随著水資源可持續發展戰略的深化，節水和環境保護的要求使得循環水處理日漸引人注目，尋求經濟
、可靠和少污染以至於無污染的循環冷卻水處理方法及水質穩定藥劑就成爲必然。此外，高參數機組設備材料、運行條件的改變，對給水處理和爐水處理提出瞭更高的要求；爲瞭更進一步穩定高參數機組發電機的運行效率，減少電流洩漏損失和腐蝕、沉積堵塞使水斷路、超溫等事故的發生，發電機内冷卻水的水質調整也就成爲高參數機組電廠化學水處理的常規内容。            

       2　高參數機組電廠化學水處理技術的突破            

       蒸汽參數越高，水汽品質的不良影響越明顯，水處理技術不做突破就無法使機組參數提高。

       2.1　水源的選擇              

       水源是電廠維持生産的基本保障條件。在選擇水源上應兼顧政策性、經濟性和環保要求，更應具有超前意識。在地表水污染日趨嚴重的今天，選擇水源不僅要考慮經濟因素，更要重視持續發展及水資源短缺的限制。無論是什麽樣的水源
，隻要淨化水深度處理的成本低於或相當於從廠外水源購買的新鮮水，就可以選其作爲電廠的水源。因此，從這一點來說，開發污水處理廠的中水作電廠的綜合水源是我們目前有待探索的新思路
。

       2.2  水處理技術

       （1）鍋爐補充水處理　

       高參數機組地表水的預處理通常採用混凝—澄—清—過濾處理。過濾一般採用傳統的重力式濾池，爲提高出力，可以在傳統方式的基礎上改造成雙層、三層濾料式或雙流
、變孔隙式的高速過濾。活性炭過濾器可以保證有效去除有機物、遊離氯，減輕對離子交換樹脂的污染和氧化影響，提高整體出水水質。特别是反滲透技術成爲主導的21世紀，活性炭過濾器在電廠的應用将更廣泛。但目前活性炭吸附效率偏低、再生方法不理想的問題較突出。這就需要水處理工作者進行深入研究和開發。目前，我國600MW機組澄清處理設備多爲機械加速攪拌澄清池，其優點是：反應速度快、操作控制方便、出力大。21世紀澄清池的發展思路是：要求設備處理容量大，特别是要對原水濁度變化的适應性強，處理後水質穩定。

       鍋爐補給水的預脫鹽技術在水處理工藝設置中的分量日益增加，傳統的一級複床除鹽技術已受到沖擊
。自60年代初膜技術實現工業應用後，特别是反滲透膜的不斷開發和國産化技術水平的提高，除鹽有瞭突破性進展，使與離子交換除鹽經濟性相當的原水含鹽量的指标日趨降低，原水含鹽量的限制越來越放寬(低堿度水含鹽量經濟指标由1000mg/L以上降至150～300mg/L左右)。膜法脫鹽大量減少酸、堿用量和廢液排放量，減輕中和處理酸、堿廢液的負擔，降低瞭排放廢水的含鹽量，提高瞭電廠經濟效益和環境效益。使用膜處理與離子交換配合進行聯合脫鹽處理過程是近代鍋爐補充水處理的新趨向。　

       另外，反滲透用於處理鍋爐補給水的一個明顯特點是不受原水水質變化影響，特别是因季節變化、污染情況而有較大、經常性變化的河水水源，反滲透的适應性很強。由於目前水體污染程度的增大，以及大機組對有機物和矽含量要求嚴格性的增強
，使反滲透在除有機物和除矽方面的優越性體現得更全面。　

       高參數機組對除鹽精度的要求是很嚴格的，用混床做出水保證在今後相當長的時間内是不可替代的
。混床的發展方向主要在兩個方面：緻力於開發性能優越的樹脂和設計性能優越的床型，目的都是爲瞭提高再生效率、降低比耗
，保證高出水品質。填充床電滲析器CDI(或EDI)是将電滲析和混床除鹽技術組合在一起的精脫鹽工藝，屬環保型精脫鹽産品
。樹脂的再生是由H2O電離的H+和OH-完成，再生時不消耗酸、堿，自動化程度高、出水品質高。在CDI出水滿足用水水質要求時，完全可以省略混床。CDI在水處理工藝中的應用在國外已有很好的市場和前景，設備引進、消化吸收及國産化開發是我國水處理工作者面臨的任務。

       （2）凝結水處理　      

       凝結水占給水組成的90%以上，大機組對凝汽器滲漏造成的輕微污染是不能容忍的，必須進行凝結水除鹽處理。國外從70年代起在大容量電廠採用壓力爲2～3.5MPa的中壓深層混床，爲提高再生度和符合運行安全要求，基本都爲體外式再生，不同的水處理設備制造公司都有自己的專利技術，主要區别表現在再生方式上，如氯化法、中間抽出法、濃堿法、鈣化法
、錐體分離法和綜合法等。樹脂分離技術要求将約占5%～10%的混層樹脂完全分離，這是提高水質的主要保證。目前國内發電機組，凝結水採用中壓處理方式的還不多，而且多爲國外引進的設備。凝結水處理前置過濾裝置有多種形式，其中以高梯度磁力過濾器對除去凝結水中以腐蝕産物爲主的濁度效果最好。如果在混合樹脂上部覆蓋一層陽樹脂，可以充當前置過濾器，用於截留鐵腐蝕産物，對提高出水水質意義顯著。球形結構的中壓凝結水精處理系統運行可靠性高，不用前置過濾器，使系統結構簡單化。另外，高速混床的樹脂採用均粒樹脂，可使運行流速提高到120m/h，並可以解決分層不容易的問題。　

       凝結水處理可以考慮在除鹽系統中設置一台陽床(H型或NH4型)和一台混床(NH4型)，正常運行時凝結水隻通過混床，不通過陽床；而當凝汽器嚴重洩漏、水中硬度較長時間增大或機組啓動初期時，才投運混床前的陽床，根據硬度不合格時間的長短來決定是否将NH4型陽床轉變成H型
。

       （3）循環水處理　

       600MW機組的冷卻水量達70000m3/h，補給水近20m3/h。以水管電的局面成爲我國高參數機組發展的一個主要制約因素。冷卻水的循環回用和水質穩定技術的開發是當前節水節能的必由之路，應努力把循環水的濃縮倍率提高到3.0以上，争取達到5.0，提高重複利用效率。循環水處理技術總的發展原則是：集節水、降成本於一體，有效協調各處理方法、設置配合處理系統。　

       國外大容量電廠多採用石灰處理，石灰軟化處理在技術上是穩妥可靠的，在經濟上是比較便宜的，廢渣可作沉澱劑利用。其缺點是設備龐大，占地面積大，處理工藝中環節複雜，自動化管理困難。採用此法濃縮倍率隻能達到2.0，若與加酸或加水質穩定劑配合，才有節水作用。弱酸樹脂脫堿軟化處理可使濃縮倍數≥5，在各種循環水處理方法中，此法節水效益最高，而且容易管理和便於自動控制，但設備投資大、樹脂耗用量大、再生用酸量大、環境排廢量大。這幾"大"限制瞭它的廣泛應用。國内電廠採用此法已有一定的運行經驗，但不宜推廣發展。　

       水質穩定劑處理是循環冷卻水處理最普遍使用的方法，設備費用和運行費用都較低，防垢效果好
。爲避免磷系水處理藥劑對環境水體的二次污染，今後應緻力於開發和使用低磷或非磷系配方的高效阻垢分散劑，改變品種單一的狀況，發展多元共聚物水處理藥劑。使用高效水質穩定劑可使濃縮倍率≥2.5，若配合加酸處理使濃縮倍率≥3.0，防垢和節水效果會更好。　

       國外有些冷卻水系統採用反滲透處理，可使排污水量降低90%左右，從節約用水的角度來講意義較大，實際可行與否還需綜合考慮冷卻水補給水供應情況和反滲透處理的經濟性。　　爐煙處理目前的應用效果不十分可靠，而且不适合大容量電廠，但此方法以廢治廢的社會效益顯著，並具有一定的經濟效益。由於目前和今後我國對環保工作的重視，排廢淨化和節水任務加重，爐煙處理也是有待進一步摸索的技術。

       （4）給水處理　

       給水加氧處理在國外高參數機組和直流機組上應用較廣，其優越性也已被世界水處理界認可。高參數機組目前用氨和聯氨的揮發性處理較成熟，但它比較适於新建的機組，待水質穩定後可轉爲中性處理和聯合處理。加氧處理改變瞭傳統的除氧器、除氧劑處理，創造氧化還原氣氛，在低溫狀态下即可生成保護膜，抑制腐蝕
，此法還可以降低給水系統的排污量，還能抑制爐内壓差上升、減少藥品用量、延長化學清洗間隔、降低運行成本、抑制垢的生成、減少給水和爐水腐蝕産物的排放量。

       2.3　水汽質量監測、管理和自動化

       化學監督貫穿於電力生産的整個過程，目前高參數機組化學管理強調的是：一機二器三抓。一機即微機監測診斷；二器是指凝汽器和除氧器；三抓是抓防止鍋爐酸腐蝕脆爆、抓防止油進水乳化鏽蝕、抓防止發電機内氫氣水分結露。　

       在化學監督方面，防止高參數機組爐管的氫脆爆管是目前強調監督爐水pH的一個主要因素。高參數機組用水水質極純
，緩沖性差，凝汽器洩漏的影響大。所以高參數機組應強化凝結水系統的監督和處理，重點應在總結、摸索膠球清洗、造膜、選擇管材、檢修技術等方面。

　　高參數機組均配備採樣架實現主要化學參量在線監測，使用微機巡測管理檢測的數據，並賦予越線報警、故障分析、診斷功能。水質管理工作中，水質變化趨勢的分析、監督、預測，爲診斷處理提供瞭可靠的依據，爲進行氧化條件下電化學測量法、自動化水監督的發展創造瞭必要條件。　

       水處理工藝系統的技術特點主要表現在運行操作的高度自動化上，包括對出水質量的自動監測、藥量的自動調節、閥門和各類泵、風機的自動操作。目前火電廠補給水處理系統和凝結水精處理系統的自動化技術比較完善，而由於高溫、高壓下電化學測量儀器及在評價、分析腐蝕、結垢的影響方面存在的一些問題，使汽水系統的水質監測、調節、控制的綜合自動化過程進展較慢。開發能适應運行過程中水溫、壓力、水質等多種變化的專家系統是汽水監測、管理自動化進展的方向。　

       完善的化學儀表是全自動操作的首要條件。加強在線儀表及微機自動化管理系統的維護和管理是至關重要的。另外，在線儀表和分析儀表的開發，除要求穩定性、可靠性外，更應本著适應高參數機組水汽質量指标要求的原則，逐步向微量、痕量檢測限發展，提高精確度和靈敏度。在線鐵表、銅表有待實現國産化。　

    專家診斷系統有待深化和完善，而其中很重要的一個工作就是系統、全面收集、總結經驗性、典型的水質運行狀态資料，爲專家診斷系統提供基礎。這也是完成電廠整體自動化連鎖的前提。            

       3　高參數機組電廠化學水處理技術發展方向            

    從世界性電力工業水處理技術綜合發展趨勢看，我國電力工業水處理技術應努力發展的目标是
：實現水處理技術思路的根本改變，完善現有工藝、國外先進工藝的國産化及開發新工藝，适應高參數機組用水要求和環保要求。　　

       （1）注重環境保護需要：盡量不用或少用化學藥劑，争取採用化學藥劑處理，實現無廢物排放的清潔化處理，使排水中雜質爲零(指不增加新的物質種類。　

       （2）提倡資源的可持續發展方針：向節水型技術過渡，充分實現水的再循環和再利用。　

       （3）強調水處理管理工作：200MW機組一次爆管事故的損失電量在500萬kW·h，折合經濟損失2000萬元，高參數機組的損害更嚴重。非計劃停機事故是促成腐蝕、結垢和積鹽再次發生的誘導條件，是影響設備安全、可靠運行的潛在因素。爲提高電力生産經濟效益和滿足安全生産要求，水處理管理工作的原則是消除水汽品質不良對設備材料的危害，延長設備使用壽命，降低成本，減輕維修的負擔，在使用壽命期内，避免和減少機器、配管的修補、更換。　

       （4）做好預測工作，提高運行可靠性：化學診斷技術的應用，使監督觀念更新，改變瞭以往傳統的待事故發生後的被動處置，實現在線的分析和診斷，預防事故的發展，爲清除缺陷、延緩和根除事故發生，提供瞭前期預見導向。

       （5）實現水處理技術的高度發展：探索最佳水質調整途徑，尋求實現更嚴格水汽質量标準的零化學清洗是今後發展的目标。