提高大容量火电机组补给水水质的工艺研究.pdf

上 海 电力 2 0 1 0 年第2 期 提高大容量火电机组补给水水质的工艺研究 陈 震 ， 陆培平 ， 张 秭 ， 张 红。 ， 高佩 琴 ， 施依娜 1 ． 华东电力试验研究院有限公司 ， 上海2 0 0 4 3 7 ； 2 ． 吴泾发 电有 限责任公 司 ， 上海2 0 0 2 4 1 ； 3 ．上海漕 泾热电有限责任公司 ， 上海2 0 1 5 0 7 ； 4 ． 闵行发 电厂 ， 上海2 0 0 2 4 5 摘要 文章针对多种火 电机组水处理工艺在较高含盐量 、 有 机物的原水下 ， 其 出水水质能否满足大容量机组 的水 质要 求 ， 提 出了可供采用 的新制水处理工艺 以及水处理工艺 中主要运行 的常见 问题与预防措施 。 关键词 水处理工艺 ； 水 质指 标 ； 火 电机组 中图分类号 T K2 2 3 ． 5 文献标识 码 B 1 引 言 随着 主蒸汽 压力 大于 或等 于 1 8 ． 3 MP a的火 电机组 的广 泛使 用 ， 对 补 给 水 水 质特 别 是 水 中有 机物 的含量 提 出了更 高 的要 求 。不 同 的补给水 处 理 工艺 直接 影 响到 补 给 水 的水 质 ， 目前 上 海 超 临 界 、 超 超临界 燃煤 机组 ， 已开始 采用超 滤 UF 、 反 渗 透 R O 加 二 级 除 盐 离 子 交 换 技 术 RO H／ oH 。 了解大 容量 火 电 机 组 的最 新 水 处 理 工 艺 ， 对 水 中含 盐 量 、 总 有 机碳 TOC 处 理 的影 响 ， 可 降 低机组 热力 设备 的腐 蚀速 率 ， 保 证机 组经 济 、 安 全 运行 ， 为 以后 这些 新制 水 工艺 的大量 使用 ， 进行 技 术 积 累与铺 垫 。 随着微 滤 、 超滤 、 反 渗透 和 连 续 电除 盐 E l e c t r o d e i o n i z a t i o n ， E D I 膜 分 离技 术 在 电 厂水 处 理 中的推广应 用 ， 这 4 种 膜技 术 的联合 使用 ， 使 现在 的膜 处理工 艺更 加简 单 ， 运行维 护更 加方 便 ， 环境 更加 友好 ， 产水 质量更 加 可靠 ， 极大 地提 高 了电厂 供水 的安全 性 和经济 性 。 2 水处理工艺特点 2 ． 1经 典水 处理 工艺 2 O世 纪 8 0 ～ 9 O年 代 设 计 的水 处 理 工 艺 ， 其 特点 为复 床加 混 床 的 除盐 工 艺 ， 其 经 典 工 艺流 程 为 澄清池一 滤池一 活性 炭 床 一 强 酸 阳 离 子交 换 器一 脱碳 器一 弱碱 阴离 子交换 器一 强碱 阴离 子交 换器 一混 床 。其 中 ， 阴 阳床采 用逆 流再 生 ， 混 床为 体 内再生 。 该水 处理 工艺 的特 点是 去除水 中有 机物 能力 有 限 ， 在原 水 的 含盐 量 、 有 机 物较 高 时 ， 会 造成 除 一 1 22一 盐水 中 ToC超 标 ， 电 导 率 在 0 ． 1 5 ～ 0 ． 2 u S ／ c m 控制 指标 上 限 运行 。造 成 蒸 汽 、 凝 结 水 氢导 电率 偏 高甚 至超标 。 该水 处理 工艺 具 有 酸 碱 排放 量 较 大 、 运 行 费 用低 廉 、 劳动 强度较 大 的特点 。 2 ． 2大 型火 电机 组的 水处理 工 艺 由于现代 工业 的发 展 ， 膜 处 理技 术 已渐 趋 成 熟 ， 处理 成本 不再 高 昂 ， 因此采 用 了较新 的超 滤加 反渗 透 等膜处 理技 术工 艺 ， 其 工艺 流程 为 澄 清池 一 滤池一 加热 器一 UF R O R O 水 箱一 逆 流 再 生 强酸 阳离子 交换 器一 脱碳器 一逆 流再 生强 碱 阴 离 子交换 器一 混床 。 目前 采取 的这种 处 理 工 艺 ， 对 有 机 物有 非 常 高 的处 理能力 ， 其处 理 能力 如表 1所示 。 表 1 R On／ o n T艺去 除有机物情况 1号处 理 流程 T OC ／ u gL 一 2号 处 理 流 程 TOC ／ u gL 工业水箱 7 2 4 0 工业水箱 7 2 4 0 1号 UF产水 6 4 4 O 2号 UF产水 6 5 4 0 UF水箱 6 5 1 O UF水箱 6 5 l O Ro进 水 6 6 8 O Ro进 水 6 6 8 O 1号 R 0 浓 水 2 O 4 0 0 2号 R o 浓 水 2 O 5 0 O 1号 R O 产 水 5 6 9 2号 R o 产 水 4 9 l l 号阴床 出水 6 8 ． 5 3号阴床 出水 7 6 ． 2 2号混床 出水 5 8 ． 6 4号混床 出水 5 6 ． 4 作 为本 次 数据 采 集 的 漕 泾 电 厂 ， 以 UF作 为 预处 理 ， 该 厂采 用 UF作 为预 处 理 的 目 的是保 证 RO进水 的 F I 值 达标 ， 并 且 能够 去 除 大部 分 有 机 物 ， 实 际 运行 情 况 是 F I 值 能 够 保持 合 格 ， 但 大量 去除 有机物 的设 备是 RO装置 。 要 保持 UF稳定 运 行 ， 必 须 防 止 污染 ， UF膜 受 到 污染后 压 差 上 升 ， 产水 下 降 。通 常 设 计 为运 行 2 O ～ 6 0 mi n ， 反 洗 一次 ， 反 洗 4 O次 后 就进 行一 次化 学清洗 。 2 0 1 0 年第2 期 上 海 电力 漕泾 厂 UF的运 行 周 期设 置 为运 行 2 4 mi n ， 反洗 6 0 S ， 基本 在底 限运行 ， 说 明原水 水 质较 为恶 劣 。 这种 运行 方式 大 约运行 1 5天 ， 膜 压 差就 达到 报警 高 限 0 ． 0 8 MP a 。1 、 2号 系列 出水水 质 接 近 。 R OH／ OH 工 艺去 除率 如 图 1 所 示 。 图 1 RO十 H／ OH 工 艺 TOC去 除 翠 从 图 1与表 1可 以看 出 ， 去 除 有机 物 效 果 是 R OUF 阴 床 混 床 ， 且 R O 对 有 机 物 的去 除 能力远 大 于其 它工 艺 。过去认 为 UF能 够大 量 地 去除 有 机 物 ， 但 从 以 上 的 数 据 可 以 看 出 ， UF 对 T OC的 去 除 率 大 约 在 1 O ， 实 际上 就是 去 除 了 悬 浮 和胶体 态 的有 机 物 ， 而对 溶 解 态 有 机 物 几 乎 没有去 除 能力 。而 RO极 好 地 弥 补 了这 一 缺 陷 ， 8 O 以上 的去 除率 基本 上能 将绝 大部 分溶 解态 的 有 机物 去 除 ， 从 而保证 出水 水 质 。 这 种处 理工 艺较 为完 善 ， 能 除去 9 O 以上 的 有 机物 ， 使 生产 出来 的 除盐 水 所 含 的 电导 率 和 有 机 物都处 于较低 的水 平 ， 同 时这 套 水 处 理 系 统 具 有 酸碱 排放 少 ， 运行 费用 较 节 省 和 劳 动 强 度低 等 优 点 ， 能保证 在 凝 汽 器无 泄 漏 时 不 投 运 精 处 理 系 统 而仅靠 除盐 水质 也 能维 持凝 结水 的氢 导 电率 在 合格 范 围 中 。 目前 ， 这 种 处 理 工 艺 在 上 海超 临 界 和超超 临界燃 煤 机组 上得 到 大量应 用 。 2 ． 3超 大型 火 电机组 的水 处理 工 艺 伴随现代工业 的迅猛发展 ， 为了保证给热力 系统 提供 优质 的补 给水 ， 已采用 以下 处 理工 艺 澄 清池一 滤 池一 加热 器一 盘式 过 滤器一 超 滤一 一级 反渗 透一 二级 反渗 透一 反渗 透水 箱一 连续 电除盐 一 除盐水 箱 。 工 业 水从 清 水 水 箱 由 水 泵 送 到 板 壳 式 换 热 器， 将原水水温加热至 2 0 C后进入盘式过 滤器 ， 除去 大颗 粒 1 0 0 m 悬 浮 物 后 进 入超 滤 装 置 。 超 滤 装 置 可 去 除 水 中大 部 分 的悬 浮 物 、 胶 体 、 病 毒 、 细 菌 、 有机 物 。超滤 系统 还包 括超 滤 常规反 洗 及化 学反 洗装 置 。 超 滤产 水进 入 超 滤 产 水 箱 内 ， 由反 渗 透 低 压 泵 送 到保 安 过滤 器 ， 将 反 渗 透进 水 再 次过 滤 ，确 保去 除超 滤 水 箱 或 管 道 内大 于 5 m 的 污 染 物 ， 然后 加入 还原 剂 去 除 游 离 氯 ， 加 入 阻垢 剂 降低 反 渗透膜堵塞概率 ， 通过反渗透高压泵增压后进入 一 级 反渗 透装 置 。一 级反 渗透 产水 作 为二 级反渗 透的进水 ，而将一级反渗透浓水排掉 ； 二级反渗 透产水送到反渗透产水箱 内。二级反渗透浓水回 收 到超 滤产水 箱 内。 从反 渗透 产 水箱 中 ，反渗 透水 通过 E DI 进水 泵送 到 E D I 组件 ，经 过处 理 后 ，进 入 除盐 水箱 _ 1 ] 后 ， 通 过除 盐水 泵将 水送 到机 组 用水处 。 这种 处理 工 艺能适 合 高含盐 量 和 高有 机物 的 原 水 ， 出水 水 质 品 质 优 良且 稳 定 。可 以 大 幅度 地 减 少 酸碱 排放 ， 符合 现 代 的环保 理念 ， 而且 占地面 积少 ， 运行成本不高， 但投资费用较高。目前 已在 多个 国产超 临 界及 超超 临界 火 电机组 中应 用 。 3除盐水质与控 制指标 目前 ， 大机 组火 电机组 补给 水 的控制 指标 ， 较 以前 的标 准 更 趋 严 格 ， 除 盐 水 的 电导 率 由 0 ． 2 0 S ／ c m 提 高至 0 ． 1 5 S ／ c m。大 机 组 的运 行 蒸 汽 压 力非 常 高 ， 而补 给水 中有机 物 含量越 高 ， 低分 子 有 机 酸在 大机 组 热力 系统 中极 易 高 倍 率 浓 缩 ， 会 在汽轮机低压缸和锅炉炉管 中发生酸性腐蚀。为 了解决 有 机 物 污 染 问 题 ， 引 入 了 补 给 水 TO C 的 控 制标 准值 ， 如 表 2所示 。 表 2主 蒸 汽 压 力大 于 1 8 ． 3 MP a火 电 机 组 补 给 水 控 制 标 准 控制标准值 监测位置 控制项 目 期望控制 GB ／ T 1 2 1 4 5 2 0 0 8 硬 度 ／ g mmo l L _ 1 O 二氧化 硅／ gL 一 ≤l O 补给水 电导率 S C m- 1 ≤0 ． 1 5 0 ． 1 0 TOC／ gL一 ≤ 2 0 0 研究 不 同制 水 工 艺 的 出水水 质 ， 必 须 选取 较 高含 盐量 、 有 机 物 的原 水 水 质 。 由于 上 海 地 区 电 厂 的水 源为 长江 和黄 浦 江 ， 与 长江 水相 比， 黄浦 江 水 有 机物 含 量是 长江水 的 2 ～3倍 ， 且有 机物 和氯 离子 含量 呈逐 年上 升 趋势 。 如在 高含 盐量 、 有 机物 的原 水水 质下 ， 其 出水 也 能满足 要求 ， 对 于相 对 较 好 的长 江 水 就更 能符 合 新 标准 的要 求 。表 3所 列 的原水 分别 取 自污染 较严 重 的 Ⅳ～ V类 黄浦 江水 源 、 V～ 劣 V类 龙 泉 港水 黄浦 江 支流 。 由表 3可 以看出 ， 在较恶劣的进水水质下 ， 采 一 】 2 3 上 海 电力 2 0 1 0 年第 2 期 表 3不 同处理工 艺下的出水水质 工业水 除盐补给水 处理工艺及机组容量 电导率 T 0C 化学需氧量 C OD 电导率 二氧化硅 ToC ／ “ Sc m一 ／ mg L 一 ／ mg L一 ／ e sc m一 ／ mgL 一 1 ／ mgL 一 吴泾电厂 6 0 0 MW H／ OH工艺 6 8 O 5 ． 4 3 ． 7 0 ． 0 8 3 ． 5 6 1 O 闵行电厂 1 2 5 MW H／ OH工艺 8 0 0 7 ． 2 3 ． 8 0 ． 1 8 4 ． 0 8 2 0 漕泾电厂 1 GW RoH／ OH 工艺 8 7 7 7 ． 0 4 ． 5 0 ． O 9 7 ． 0 4 1 奉贤燃机电厂 ED I R O工艺 8 0 9 5 ． 2 2 ． 7 0 ． 0 6 3 ． 5 1 3 4 表 4常 见 问 题 及 预 防 措 施 工艺特点 常见问题 预防措施 运行设 备特点 1 离子交换树脂破碎。 处理 设 备 无 需 更 换 ， 2 阴树脂极易受有机物污染 ， 水质、 制 1 树脂破碎更换新树脂或选用强度高的树脂。 H／ 0H 工艺 2 有机物污 染可采取 树脂复苏 或采用抗 污染 但 交换 树脂 有使 用寿 水量会下降 。 能力高的树脂 。 命 。 每 年 约损 耗 5 ％。 3 运行压差高使排水装置易损 坏。 投 资成本较低 。 1 必须有较好 的预处理设施 。 2 UF系统运行 中， 操作人员 应密切注 意产水 1 膜组件易污染 。 量和跨膜压差等指标 ， 如发现污堵需及时清洗 ， 2 UF ／ RO运行 压差逐渐升高 。 避免将可逆污染变成不可逆污染 。 离子交 换树 脂处理 压 R o H／ OH 3 设计 出力会逐年下降 。 3 需设计清洗 系统 ， 可采用不同的清洗工艺加 力较轻 。使用 寿命 远 工艺 4 有运行水温要求 ， 加热设备易故 障。 以降低或由专业公 司清洗 。 高于 H／ OH工艺 。膜 5 设备如长 时间停运 ， 微生 物滋生 的 4 设计 中需考 虑 3 O 以上余 量 ， 定 期更 换 出 组 件的 寿命 一 般在 5 力下降的膜组件 。 ～8年左 右 。投 资 成 速度非常快 。 本较高 5 需 添加加热 设备 ，否则 会影 响冬季 出力 ， 考 虑备用加热设备或采用易维护的加热装置。 6 制定不同的投运周期或加药来防止。 1 E DI 膜 组件设计 寿命仅 5年 。主要 是其 中的树脂易污染 、 交变应力下树脂 破碎 ， 交换基 团氧化脱落 ， 造成产水 量、 1 对 E D I膜组 件进行 更换 ，费用 较高 。受供 水质下降 。 货商的牵 制 ， 无法单纯更换阴 阳树脂 。 无 酸 碱 再 生 系 统 。 投 E D I R O 2 必须 采用二 级 R o处 理工 艺 ，二级 2 在二级反 渗透设备 进 口处加装 氢氧 化钠装 资成本较高 。 RO易沉 积硅 盐 ， 运 行 时 间 长会 造 成 E DI 产水 电导率下降 。 置 ， 以提高二级进水 p H值在 8 ． 0以上 。 3 其 他 膜 情 况 与 R 0 H／ 0H 工 艺 情 况 相 同 。 用常 规 的离子 交 换技 术 ， 除盐 水 的二 氧 化 硅 能满 足要 求 ， 但 出水 电导率 往往 超 过 0 ． 1 5 S ／ c m 的控 制标 准值 。TOC则 远 大 于 2 0 0 g ／ L的控 制 标 准 值 。 采用 UF 、 R O 加 离 子 交 换 除 盐 工 艺 ， 在 高含 盐量 、 有 机物原 水下 ， 能 全部 满足 高参数 机组 补 给 水水 质标 准 二 氧化 硅 小 于 1 0 g ／ L， 电导 率 小 于 0 ． 1 5 S ／ c m， TO C小于 2 0 0 g ／ L 。但 电导率有 时 高于期 望值 0 ． 1 g S ／ c m。采用 UF 、 二 级 R O加 连续 电除 盐 E D I 工 艺 ， 能满 足全 部 水 质 要 求 ， 并 达 到期 望值指 标 。 采用 早期 的 常 规 离 子交 换 工艺 H／ 0H ， 已 不 能满 足 当前 超 临 界 、 超 超 临 界 大容 量 机 组 的 补 给水 水 质 要 求 ， 必 须 采 用 UF 、 R O 加 离 子 交 换 除 盐工艺或连续 电除盐 E D I 工艺 。 4 运行 中的常见 问题 及预 防措施 一 1 24一 运 行 中 的常见 问题及 预 防措 施参 见表 4。 5 结 语 1 采 用离 子 交换 的常 规 水 处 理工 艺 已不 能 满足 上海 地 区 目前 主蒸 汽 压 力 大 于 或 等 于 1 8 ． 3 MP a 燃煤 机 组 的补 给水 水质要 求 ， 必 须采 用 UF 、 R O加 离子 交换 除盐 工艺 或 E DI 等 新 型水处 理 工 艺 。 2 从 水处 理工 艺流程 看 ， 目前 主蒸 汽压力 大 于或 等 于 1 8 ． 3 MP a 燃 煤 机组 采 用 RO作 为 E DI 的预脱盐 工序 。 用 R O 除去 9 5 以上 的盐 分 ， 用 E D I 进行 深 度脱 盐 ， 实现水 的 高纯度 化 ， 出水水 质最 佳 。运行 劳动 强度 低 ， 设 备容 易 操 作 ， 一 般 只需 1 ～ 2位 运 行值 班员 。 3 在 膜 处 理 工 艺 流 程 中， R 0 装 置 去 除 了 8 0 ～9 O 的有机 物 。 2 0 1 0 年第2 期 上 海 电力 低压段汽轮机叶片振动调频特性判定及评价 苏 勇令 ， 陈 1 ． 上 海 明华 电 力 技 术 工 程 有 限公 司 ， 上 海2 0 0 4 3 7 ； 2 ． 昱 上海漕泾热 电有 限责任公 司 ， 上海 2 0 1 5 0 7 摘要 国内燃机联合循 环汽轮机 ， 普遍存 在叶片原始数 据不全 ， 振动特性 不明 ， 给汽轮机技术 监督带来许 多 困难 。文章介绍 了一种在 无叶片原始强度计算数据 的前提下 ， 利用 叶片振动理论基本原理进行 汽轮机叶片振 动调频特性 判定 和调频 叶片及叶 片一叶轮 轮系振 动评 价方 法及在现 场实践 中的运用 ， 为进 口汽轮 机叶片 的 技术监督工作提供 了有效 的技 术手段 。 关 键 词 汽 轮机 ； 叶片 ； 调 频 ； 不 调频 ； 轮 系 振 动 ； 频 率 中 图 分 类 号 TK2 6 3 ． 3 文 献 标 识码 B 1 引 言 目前 ， 国内燃气 轮机 联 合循 环机 组 的汽轮 机 ， 大多存 在 叶片强 度计 算数 据 缺乏 ， 振 动特 性不 明 ， 给汽轮 机 叶片监 督工 作带 来 许多 困难 。为 了加 强 对 此类 汽轮 机 叶 片振 动 特 性 的 技 术 监 督 工 作 ， 尝 试 用叶 片振 动理 论 的基本 原理 对 汽轮 机 叶片进 行 振 动调 频特性 判 定 ， 并 对 判 定 为 调 频 叶 片 的 振 动 特性 ， 用 工程 经验 公式 给 出叶 片频 率合 格范 围 ， 同 时介 绍 了叶 片 一叶轮 轮系 振动 特性 评价 方法 。采 用这 种方 法对 某进 口汽轮 机 的低 压 段 叶片进 行 了 评估 ， 且得 到 了满 意 的结 果 。 2叶片振动理论评价 方法 2 ． 1 叶片 振动 调频 特性 判 据 1 不 调频 叶 片 由于 叶 片设 计 强 度 高 ， 即使 叶片在 运行 时处 于共 振 状 态 ， 叶 片强 度 也 足 于 抵 御共 振产 生 的应 力 。对 此 类 叶片 的 技 术 监 督 ， 只 需进 行宏 观检 查 ， 不必 对 叶片进 行 振动 特性 测量 。 2 调 频 叶 片 由于 叶 片 高度 较 高 ， 振 动 频 率 低 ， 难 以实现 叶 片 高 强 度 设 计 不 调 频 叶 片 ， 因 此 ， 不 允许 叶 片 处 于共 振 状 态运 行 。对 此类 叶 片 的技 术监 督 ， 包 括进 行宏 观检 查 和振 动特性 监测 ， 必要 时还 应 进行 金属 无损 探伤 检查 。 汽轮 机 叶片 在 运 行 时 是 否需 要 调 频 ， 由叶 片 设计 强度 决 定 ， 应 由制 造 厂 提 供 。 由于 进 口汽 轮 机 叶片缺 乏制 造 厂 提 供 的原 始 数据 ， 因此 无 法按 制造 厂 的 叶 片 技 术 规 范 对 叶 片 调 频 特 性 进 行 判 定 ， 只能运 用 叶片振 动 理论 的基 础原 理 加 以评 判 。 叶片 在不 均匀 流 场 转 动 时 ， 受 到 的激 振 力 是 综 合 的 ， 它 由基 频 和 K K一2 、 3 、 4 、 ⋯ ⋯ 次 谐 波 组成 ， 如 将周 期 性 激 振 力 沿 圆周 方 向用 傅 立 叶 级 数展 开 ， 作用 在 叶片上 的激 振力 可 表示 为 FF F1 s i n P 一≯ 1 F 2 s i n E 2 Pt 一声 2 ] ⋯⋯F k s i n E k P t 一 ] 一F ∑F s i n E k P t 一 ] 1 k l 式中 P 转 子旋转角速度 ， 取 2 n n 。 。 F 作用在 叶片上的汽流力 ， 按 时间平均值计 ； K激振力 阶次 ； F K 阶 激 振 力 幅 值 ； 激振力相位 。 因此 ， 汽轮 机 叶片 在运 行 时所受 的激 振力 ， 可 以分解 为 一 个 稳 定 作 用 力 F 和 很 多 简 谐 力 之 和 ， 而各 阶简谐力 的圆频 率 为 P、 2 P、 3 P⋯⋯ 。对 4 在膜 法 水 处 理 运 行 中 ， 超 滤 膜 、 一 级 R O 膜压差极易污染达到报警高限， 使产水量下降， 必 须停运进行化学清洗 以降低压差 。清洗化学工艺 应 根据 膜污 染物 确定 。 5 膜处 理设 备必 须 考 虑 3 0 以上 的设 计 出 力余量 ， 用以满足膜 污染后造成 的膜组件 出力下 降 的 问题 。 参 考 文 献 [ 1 ] 姚勇． 大流量全膜 法水处 理技术 在电厂 中的应用 [ J ] ． 热 力发电， 2 0 0 9 ， 8 ． 收 稿 日期 2 O 1 O O 3 2 2 作者 简介 陈震 1 9 6 3 一 ， 男， 上海人 ， 本科 ， 高级工程 师 ， 从 事 电厂水处理及环保 专业工作 。 责 任 编 辑 杜 建 军