1000MW机组精处理混床节水减排方案研究

发表时间:2019/4/22   来源:《电力设备》2018年第31期   作者:戴维福1 祝晓亮2
[导读] 摘要:精处理混床节水减排应重点通过增大混床周期制水量的途径实现。
        (1.华电江苏能源有限公司句容发电分公司  江苏镇江  212413;2.西安热工研究院有限公司  陕西西安  710054)
        摘要:精处理混床节水减排应重点通过增大混床周期制水量的途径实现。为增大混床周期制水量,研究提出的措施包括:调整混床阳、阴树脂配比(由1:1调整至3:2)、在实现树脂分离与输送过程的自动监控基础上更改树脂分离工艺步骤和阳树脂分离送出终点的监控程序、调整分离塔内混脂层总高与混脂层中树脂界面高度的设定值、优化树脂反洗分层工艺和树脂混合工艺参数等。根据实际情况估算,上述措施实施后,混床周期制水量可由8~11万m3增加至14~17万m3,每年除盐水用量可由6.2~8.5万m3减少至3.3~4.0万m3,高含盐量废水排放量可由1.5~2.0万m3减少至0.8~1.0万m3,平均降幅分别达到50%。
        关键词:凝结水精处理;高速混床;节水减排;除盐水耗;高含盐量废水
        前言:
        凝结水精处理系统混床是火电厂除盐水用水大户,同时也是高含盐量废水的排放大户。为减少华电江苏能源有限公司一期2台1000MW超超临界火电机组精处理系统DN3200球形混床的除盐水用量和高含盐量废水的排放量,计划开展精处理混床节水减排工作。工作开展之前,为研究清楚影响精处理混床用/排水量的因素,制定出合理的节水减排方案和目标,专门进行了精处理混床节水减排方案研究工作。本文介绍了该项工作的主要研究成果。
        1影响精处理混床用/排水量的因素分析
        1.1影响混床用除盐水量的因素
        为客观评价精处理混床自用除盐水量的大小,采用吨水水耗指标。该指标的含义为:精处理混床每处理1m3凝结水所消耗的自用除盐水量(m3)。该指标值为混床单次再生过程中的自用除盐水量与混床周期制水量的比值。由该指标值的计算方法可知,为降低精处理混床的吨水水耗,应减少混床单次再生自用水量,并增加混床的周期制水量。因此,进一步分析了混床单次再生自用水量和混床周期制水量的影响因素。
        1.2混床单次再生所消耗的自用水量及其影响因素
        精处理混床单次再生过程由失效树脂输至分离塔、再生好的树脂输回混床、失效树脂清洗、分离、再生和混合以及混床投运等环节组成,期间的自用除盐水量统计结果见表1。
        表1 DN3200球形精处理混床单次再生所消耗除盐水量的统计结果
       
        由表1可知,DN3200球形精处理混床的单次再生用除盐水量约为372m3,其中备用树脂输回混床、失效树脂分离并送出分离塔、阳树脂再生、阴树脂再生和阴树脂输送至阳塔这5个环节的除盐水用量分别达到了用水总量的10%以上,总计约90%。可见,为降低混床单次再生用除盐水量,主要应从这5个环节入手。为此,对照工艺原理排查了这5个环节中具体步序的执行情况,分析了节水的可能性,结果见表2。
        表2 DN3200球形精处理混床单次再生的各个环节的节水可能性分析结果
       
        由表2可知,经过步序优化,可使DN3200球形精处理混床的单次再生用除盐水量减少71m3,由372m3减少至约301m3,减少幅度约为19%。但是,这里应注意的是,混床单次再生过程中工艺用除盐水量能够明显下降,且可保持在较小水平的主要原因是目前树脂污染程度较轻,其污染程度尚未对树脂的再生效果产生明显影响。但随着树脂使用时间的延长,树脂污染程度加重,工艺步序中所需树脂空气擦洗次数将增多,混床单次再生用除盐水量将明显增加。
        1.3混床周期制水量的影响因素
        混床的周期制水量主要取决于混床内阳树脂的体积、阳树脂工作交换容量和凝结水中氨含量的平均值,它们之间的数学关系可用下式表示[1]:
        Q= E V/ 式(1)
        式中Q——混床周期制水量,m3;
        E——混床内阳树脂的工作交换容量,mol/m3树脂;
        V——混床内的阳树脂体积,m3;
        ——凝结水中氨含量的平均值,mmol/L。
        由式(1)可知,欲通过增加混床的周期制水量来降低混床的吨水水耗,需采取措施增大混床内的阳树脂工作交换容量、增加混床内阳树脂体积和降低凝结水中的氨含量。由于热力系统防腐的需求,标准GB/T 12145-2016《火电机组及蒸汽动力设备水汽质量标准》对表征水汽中起防腐作用的氨含量的pH值有明确规定。目前,华电江苏能源有限公司按照该标准要求执行,将水汽(包括凝结水)的pH值控制在9.2~9.6之间,大部分时候约为9.4,以确保水汽中有足够的氨含量,防止机组腐蚀。因此,凝结水中的氨含量不宜降低,为增加混床周期制水量,重点应从前两项入手。以下进一步分析了影响混床内阳树脂体积和阳树脂工作交换容量的因素。
        1.4影响混床内阳树脂体积的因素
        DN3200球形混床内能够装填的再生好的树脂总量通常为9.2m3~9.6m3,折算为失效型树脂,总量约为8.4m3~8.7m3。华电江苏能源有限公司DN3200球形混床内阳、阴两种树脂配比的设计值为1:1,照此计算,失效型的阳树脂体积应装填至4.2m3~4.35m3。但排查可知,目前混床内起始装填的阳树脂体积便较少,约为3.8m3,且经常长期运行后阳树脂流失严重,每台混床的阳树脂体积均已不足3.5m3,有些甚至不足3m3。进一步排查树脂流失的原因有两方面,一是树脂在分离与再生设备中反洗和空气擦洗时的步序存在跑漏树脂的问题,二是树脂的强度较低,其渗磨圆球率只有约35%,明显小于树脂验收标准规定的90%,导致系统中细碎树脂较多,逐渐发生流失。
        相比树脂流失,更为关键的是,华电江苏能源有限公司DN3200球形混床的阳阴树脂配比的原设计值偏低,阳树脂所占体积比较小,不满足标准DL/T 5068-2014《发电厂化学设计规范》的要求,应予以调整。目前,2台百万机组的给水处理工况均为AVT,且精处理系统无前置阳离子交换器。这种情况下,应按照标准DL/T 5068-2014《发电厂化学设计规范》的要求,将精处理混床阳、阴树脂的体积比由1:1调整为3:2或2:1。考虑到阳树脂再生时失效型树脂顶面不宜超过进酸口,避免阳树脂再生度受影响的缘故,不宜使阳阴树脂体积比高达2:1。因此计划将阳、阴树脂体积比调整为3:2,将失效型的阳树脂体积增加至5.0~5.2m3,阴树脂体积减少至3.4~3.5m3。此外,应注意的是,树脂配比调整后,为不影响高塔分离设备分离失效的混合树脂,需按照表3要求更改树脂分离的工艺步骤及阳树脂输出时的监控程序。
        表3 树脂配比更改前后的树脂分离工艺步骤及阳树脂输出时的监控程序
       
        由表3可知,树脂配比更改后,为不影响高塔设备分离失效树脂,应更改树脂分离工艺步骤和阳树脂输出终点的监控程序。据了解,贵州黔北、辽宁绥中、辽宁营口、河北定州、山东济宁、海南东方等十多家电厂,在树脂分离系统安装了一种树脂图像智能识别及控制仪,可监控树脂分离与输送全过程[1],实现表3所述目标。
        1.5影响阳树脂工作交换容量的因素
        从理论分析,影响阳树脂工交的主要因素有混床失效树脂输送率、树脂分离效果、树脂再生效果、树脂混合效果、混床进水分配效果和树脂本身性能等六个方面。针对这六个因素,进行了排查,结果见表4。
        表4 影响混床阳树脂工交的因素排查结果
       
        由表4可知:树脂分离度、混合效果明显不满足要求,将对混床阳树脂工作交换容量产生不利影响。进一步排查,树脂分离度低的原因是混脂层高度不足和树脂反洗强度低。混床混合效果较差的原因是混脂工艺欠佳。
        2节水减排方案及目标
        总结上述各影响因素的分析结果,提出以下节水减排方案。
        2.1减少混床单次再生用/排水量的方案
        1)按照表5要求优化工艺步序,节省混床单次再生用除盐水量。
        表5 节省混床单次再生用除盐水量的工艺优化方法及节水目标
       
        2)混床树脂每运行10个周期进行一次加强空气擦洗,即增加空气擦洗的循环次数,直至擦洗后排水清澈为止,避免树脂污染加快、加重,避免影响树脂再生效果,进而减少树脂再生期间的用/排水量。
        2.2增加混床周期制水量的方案
        1)将阳、阴树脂体积比调整为3:2,失效型的阳树脂体积装填量达到5.0~5.2m3,失效型的阴树脂装填量达到3.4~3.5m3。
        2)在安装树脂图像智能识别及控制仪,得以监控树脂分离与输出过程的基础上,按照表3要求更改树脂分离的工艺步骤和阳树脂输出终点的监控程序。
        3)调整分离塔内混脂层,使混脂层总高达到1000mm左右,使混脂层中树脂界面的高度由410mm提高至600~750mm之间,避免阳树脂输出时树脂顶面形成漏斗状,进而避免混脂层中的阴树脂穿入阳树脂中,从而使树脂分离后,阳树脂中夹杂的阴树脂体积百分比,即阳中阴达标。
        4)通过适当降低树脂反洗分层1和反洗分层2的流速,但延长反洗时间的方法,使阳树脂中混杂的阴树脂充分由阳树脂层中分离出去,从而使树脂分离后,阴树脂中夹杂的阳树脂体积百分比,即阴中阳达标。
        5)安装并调试树脂图像智能识别及控制仪,实现树脂体积监控和树脂输送终点的监控功能,避免树脂配比混乱的同时,确保树脂分离效果稳定可靠。
        6)按照表6要求优化混脂工艺步序,提高树脂混合效果。
        表6 混脂工艺步序优化前后对照表
       
        2.3预期效果(节水减排目标)
        1)除盐水用量
        上述方案实施后,混床单次再生过程中的除盐水用量可由372m3降至301m3。混床周期制水量由于阳树脂体积增大和阳树脂工作交换容量增大而增大。阳树脂体积由目前3.0m3~3.5m3增大至5.0~5.2m3,阳树脂工作交换容量可由目前1250~1450mol/m3树脂增大至约1350~1550mol/m3树脂。按照式(1)计算(凝结水中氨含量的平均值取0.8mg/L),混床周期制水量可由约8~11万m3增加至14~17万m3。照此计算,混床的吨水水耗可由3.4~4.7L/m3凝结水降至1.8~2.2L/m3凝结水。按照机组年运行时间约5500小时,混床平均每小时出力约550m3/h计算,2台百万机组6台混床同时运行时,每年除盐水用量可由6.2~8.5万m3减少至3.3~4.0万m3,平均减少约3.7万m3,降幅约50%。
        2)高含盐量废水排放量
        混床废水排放量与除盐水用量相等,其中高含盐量废水约占24%。因此,混床吨水高含盐量废水排放量可由0.82~1.13L/m3凝结水降至0.43~0.53L/m3凝结水。每年高含盐量废水可由1.5~2.0万m3减少至0.8~1.0万m3,平均降幅50%。
        3结论
        精处理混床节水减排应重点通过增大混床周期制水量的途径实现。为了增大混床周期制水量,主要采取了调整混床阳、阴树脂配比(由1:1调整至3:2)、在实现树脂分离与输送过程的自动监控基础上更改树脂分离工艺步骤和阳树脂分离送出终点的监控程序、调整分离塔内混脂层总高与混脂层中树脂界面高度的设定值、优化树脂反洗分层工艺和树脂混合工艺参数等措施。预计这些措施实施后,混床周期制水量可由8~11万m3增加至14~17万m3,混床每年除盐水用量可由6.2~8.5万m3减少至3.3~4.0万m3,高含盐量废水排放量可由1.5~2.0万m3减少至0.8~1.0万m3,平均降幅分别达到50%。
        参考文献:
        [1]钟建辉,陈宇,陈文中等.降低电厂精处理混床能耗措施研究[J].广东电力,2016,29(9):32~36.
        [2]DL/T 333.1-2010火电厂凝结水精处理系统技术要求第1部分:湿冷机组[S].
        [3]DL/T 5068-2014发电厂化学设计规范[S].
        [4]GB/T 519-2014火力发电厂水处理用离子交换树脂验收标准[S].
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