凝結水精處理

凝結水一般是指鍋爐產生的蒸汽在汽輪機做功後，經循環冷卻水冷卻凝結的水。實際上凝汽器熱井的凝結水還包括高壓加熱器（正常疏水不到熱井）、低壓加熱器等疏水（疏水是指進入加熱器將給水加熱後冷凝下來的水）。由於熱力系統不可避免的存在水汽損失，需向熱力系統補充一定量的補給水（除鹽水箱來水）。因此凝結水主要包括：汽輪機內蒸汽做功後的凝結水、各種疏水和鍋爐補給水。

凝結水由於某些原因會受到一定程度的污染，大概有以下幾點：

（1）凝汽器滲漏或泄漏

凝結水污染的主要原因是冷卻水從凝汽器不嚴密的部位漏至凝結水中。凝汽器不嚴密的部位通常是在凝汽器內部管束與管板連接處，由於機組工況的變動會使凝汽器內產生機械應力，即使凝汽器的製造和安裝質量較好，在使用中仍然可能會發生循環冷卻水滲漏或泄漏現象。而冷卻水中含有較多懸浮物、膠體和鹽類物質，必然影響凝結水水質。

（2）金屬腐蝕產物的污染

凝結水系統的管路和設備會由於某些原因而被腐蝕，因此凝結水中常常有金屬腐蝕產物。其中主要是鐵和銅的氧化物。鐵的形態主要是以Fe2O3、Fe3O4為主，它們呈懸浮態和膠態，此外也有鐵的各種離子。凝結水中的腐蝕產物的含量與機組的運行狀況有關，在機組啓動初期凝結水中腐蝕產物較多，另外在機組負荷不穩定情況下雜質含量也可能增多。

（3）鍋爐補給水帶入少量雜質

化學水處理混牀出水即為鍋爐補給水，一般從凝氣器補入熱力系統。由於混牀出水在運行中的嚴格控制，補給水雜質含量很少，其水質要求：DD≤0.2μs/cm ，SiO2≤20μg/L。如果混牀出水不合格，就可能對凝結水造成污染。

由於以上幾種原因，凝結水或多或少有一定的污染，而對於超臨界參數的機組而言，由於其對給水水質的要求很高，所以需要進行凝結水的更深程度的淨化，即凝結水精處理。

凝結水精處理系統採用中壓凝結水混牀系統，具體為前置過濾器與高速混牀的串連，每台機組設置2×50%管式前置過濾器和3×50%球形高速混牀，混牀樹脂失效後採用三塔法體外再生系統，其中1、2號機組精處理共用一套再生裝置。再生系統主要包括分離塔、陰塔和陽塔（即“三塔”），另外還包括酸鹼設備、熱水罐、沖洗水泵、羅茨風機、儲氣罐等設備。

（1）作用

除去凝結水中懸浮物、膠體、腐蝕產物和油類等物質。它主要用在機組啓動時對凝結水除鐵、洗硅，縮短機組投運時間。另外除去了粒徑較大的物質，延長了樹脂運行週期和使用壽命。

（2）結構及工作原理

前置過濾器整體為直筒狀，採用碳鋼結構。內部濾元為管式，濾元骨架採用316不鏽鋼材質，共有268根管（管束）豎着固定在前置過濾器上下端之間。每根管上有若干水孔，並且在管外纏繞着聚丙烯纖維濾料，濾料過濾精度為10μm。水從前置過濾器底部進入管束之間，流經纖維濾料，雜質被截留在濾料上，水流入孔內，管束中的水匯流至前置過濾器外。當前置過濾器進出口壓差達到設定值時，前置過濾器需要反洗，水從底部出水口進入管中對濾料進行反衝洗，排水從進水口排出（與運行水的流向相反）。另外底部進氣鬆動濾料，加強前置過濾器的反洗效果。為了保證空氣反洗時布氣均勻，在設備下部共設四個進氣口，同時頂部排氣口設快開氣動蝶閥，以利於產生曝氣將附着於濾元的髒物脱離濾元表面，便於反洗時予以清洗。

（3）纖維過濾原理

纖維過濾是一種較新型的過濾技術。我公司的前置過濾器為垂直懸掛式前置過濾器，它可以使水流由大孔隙濾層向小孔隙濾層方向流動，提高了截污能力，降低了水流阻力，出水水質亦有較大改善（相對粒料過濾而言，如淨化站的空氣擦洗濾池、補給水處理設備中的雙介質前置過濾器等）。我公司的前置過濾器濾料是一種高分子化學纖維材料，叫聚丙烯纖維（又叫丙綸纖維），具有濾料直徑小，濾料比表面積和比表面自由能大的優點，增加了水中雜質顆粒與濾料的接觸機會和濾料的吸附能力。其化學性質很穩定，不帶任何活性功能基團，水中懸浮物向纖維濾料表面的遷移和既有物理吸附又有化學吸附。

這種材料對水中的懸浮顆粒沒有特殊的活性，主要起物理吸附作用，這與石英砂等粒狀濾料相似，吸附的結合勢能較差，所以纖維表面吸附的泥渣可用水沖洗和壓縮空氣擦洗的物理方法去除。丙綸絲的直徑僅有幾十微米，其表面積比石英砂等粒狀濾料大得多。

（1）作用

主要除去水中的鹽類物質（即各種陰、陽離子），另外還可以除去前置過濾器漏出的懸浮物和膠體等雜質。

（2）高速混牀結構及工作原理

我公司高速混牀採用直徑為3000mm的球形混牀，進水配水裝置為三級配水。既充分保證進水分配的均勻，又防止水流直接沖刷樹脂表面造成表面不平，從而引起偏流，降低混牀的週期制水量及出水水質。水從混牀上部進入牀體，透過樹脂後從下部出水裝置流出。出水裝置設計為蝶形板加水帽，共有176只水帽，整個出水裝置採用316製作，其作用有二個：第一，由於水帽在設備內均勻分佈，使得水能均勻地流經樹脂層，使每一部分的樹脂都得到充分的利用，可以使制水量達到最大的限度；第二，光滑的弧形不鏽鋼多孔板可減少對樹脂的附着力，使樹脂輸送非常徹底。混牀失效後，樹脂從底部輸出，輸送完畢後，再生系統的陽塔備用樹脂從混牀上部輸入，進入下一運行週期。混牀投運時需經再循環泵循環正洗，出水合格後方可投入運行。

（3）除鹽原理：

混牀內裝有強酸陽樹脂和強鹼陰樹脂的混合樹脂。凝結水中的陽離子與陽樹脂反應而被除去，陰離子與陰樹脂反應而被除去。以R-H 、R-OH分別表示陽、陰樹脂，反應如下：

陽樹脂反應：R-H + Na+（Ca2+/Mg2+）→RNa（Ca2+/Mg2+） + H+

陰樹脂反應：R-OH + Cl-（SO42-/NO3-/HSiO3-）→RCl（SO42-/NO3-/HSiO3-）+OH-

總反應：R-H+R-OH +Na+（Ca2+/Mg2+）+Cl-（SO42-/NO3-/HSiO3- ）→ RNa + RCl+H2O

樹脂失效後，陽樹脂用酸再生，陰樹脂用鹼再生。再生化學反應為上面反應的逆向反應。

（1）作用：

當混牀出水裝置有碎樹脂漏出或發生漏樹脂事故，樹脂捕捉器可以截留樹脂，以防樹脂漏入熱力系統中，影響鍋爐爐水水質。樹脂是高分子有機物，在高温高壓下容易分解出對系統有害的物質，如果漏進給水系統勢必對熱力系統造成較大影響。

（2）結構及工作原理：

捕捉器內部濾元為籃筐式結構，濾元繞絲間隙為0.2mm，帶少量樹脂的水透過濾元流出，樹脂被濾元截留。設備設計成帶圓周骨架的易拆卸結構，在檢修時不需管道解體的情況下打開罐體檢查並可以取出過濾元件，清除堵塞污贓物，方便了運行與維修。捕捉器進出口壓差超過設定值時，需要反衝洗。

混牀投運時用來循環正洗。再循環泵進水是沒有經過樹脂捕捉器，是混牀直接出水，經再循環閥流入混牀形成一個循環。再循環泵的作用：第一，混牀投運初期水質不合格，必須使其再循環合格後方能投運；第二，啓動再循環泵後用較小流量使牀層均勻壓實，防止運行發生偏流，而大流量則不容易使牀層均勻壓實。每台機組精處理系統各有一台再循環泵，其出力為500m3/h。

（1）作用：

空氣擦洗樹脂擦掉懸浮雜質和腐蝕產物；水反洗使陰陽樹脂分離以及去除懸浮雜質和腐蝕產物；暫時貯存少量未完全分離開的混脂層，以待下次分離。

（2）結構及工作原理：

分離塔採用碳鋼焊制，橡膠襯裏。其結構特點是上大下小，下部是一個較長的筒體，上部為錐筒形。這種結構的設計能充分利用反洗時的水流特性，使陰陽樹脂徹底分離。設備中間留有約1m高的混脂層，避免了樹脂輸送時造成陰、陽樹脂交叉污染。罐體設置有失效樹脂進口、陰樹脂出口、陽樹脂出口、上部進水口（兼作上部進壓縮空氣、上部排水口）和下部進水口（兼作下部進氣、下部排水口）。底部集水裝置設計成雙蝶形板加水帽式，繞絲或水帽縫隙寬度0.25毫米，使得水流分佈較為均勻，上部配水裝置為支母管式，反洗排水裝置為梯形繞絲篩管製作，以便於正洗進水和反洗排水。分離塔還設有7個窺視境，用於觀察塔內樹脂狀態。

分離塔的特殊結構有以下優點：

反洗時形成均勻的柱狀流動，不使內部形成大的擾動；分離塔頂部錐筒形結構有足夠的反洗空間，利於反洗；塔內沒有會使產生攪動及影響樹脂分離的中間集管裝置，在反洗、沉降、輸送樹脂時，內部攪動減少到最小；分離塔截面小，樹脂交叉污染區域小；分離塔有多個窺視孔，便於觀察樹脂分離；底部主進水門和輔助進水調節門可以提供不同的反洗強度水流，利於樹脂的分離。

高速混牀失效樹脂輸入分離塔後，通過底部進氣擦洗鬆動樹脂，使懸浮雜質和金屬腐蝕產物從樹脂中脱離，通過底部進水反洗直至出水清澈。然後通過不同流量的水反洗使陰陽樹脂分離直至出現一層界面。陰樹脂從上部輸至陰塔，陽樹脂從下部輸至陽塔，陰、陽樹脂分別在陰、陽塔再生。剩下的界面樹脂為混脂層，留到下一次再生參與分離。

（1）作用：對陰樹脂進行空氣擦洗、反洗及再生。

（2）結構及工作原理

陰塔上部配水裝置為擋板式，底部配水裝置為不鏽鋼碟形多孔板加水帽，既保證了設備運行時能均勻配水和配氣，又使得樹脂輸出設備時徹底乾淨。進鹼分配裝置為T型繞絲支母管結構（又稱魚刺式），其縫隙既可使再生鹼液均勻分佈又可使完整顆粒的樹脂不漏過，並可使細碎樹脂和空氣擦洗下來的污物去除。

分離塔陰樹脂送進陰塔後，通過底部進氣擦洗和底部進水反洗陰樹脂，直至出水清澈。然後從樹脂上部進鹼再生、置換、漂洗。

（1）作用：對陽樹脂進行空氣擦洗及再生；陰陽樹脂混合；貯存已經混合好的備用樹脂。

（2）結構及工作原理（結構同陰塔）

分離塔陽樹脂送進陽塔後，通過底部進氣擦洗和底部進水反洗陽樹脂，直至出水清澈。然後從樹脂上部進酸再生、置換、漂洗後，陰塔樹脂再生合格後，陰樹脂送入陽塔中與陽樹脂混合，成為備用樹脂。

（1）精處理貯（鹼）罐

材質為玻璃鋼，酸、鹼罐各一個，容積均為30m3，用來貯存酸鹼，樹脂再生時送到酸（鹼）計量箱。化工廠酸（鹼）運輸槽車運來酸（鹼）後，經卸酸（鹼）泵送入貯酸（鹼）罐。

（2）精處理酸（鹼）計量箱

內襯耐酸鹼橡膠，酸、鹼計量箱各一個，其容積均為3m3，用來計量再生酸鹼用量。

（3）精處理酸霧吸收器

由於濃鹽酸是揮發性酸，以防止酸霧對設備、建築物產生腐蝕以及危害人體健康，設置酸霧吸收器將計量箱的排氣口的排氣引入，通過水噴淋填料後將酸霧吸收。吸收酸霧後的酸性水排入精處理廢液池。

（4）精處理酸（鹼）噴射器

噴射器是利用流體（液體或氣體）來輸送介質的動力設備，與其它機械泵（離心泵、齒輪泵、柱塞泵等）相比，無運動部件。因而，具有結構簡單、緊湊、輕便，運行可靠，無泄露，免維修等優點。其工作原理是：利用有壓介質通過噴嘴以高速射出，在噴嘴出口（混合室）造成較強的真空，使混合室中的介質與高速流動的工作介質發生能量交換，使被抽吸介質與工作介質在喉管處進行充分的能量轉換。此時，被抽吸介質的流速增加而工作介質的壓力降低，兩種介質的速度到喉管出口處逐漸達到一致。最後，通過擴散管將混合介質的動能轉換為壓力。

精處理酸（鹼）噴射器材質為聚四氟乙烯，利用噴射器將酸（鹼）打入陽（陰）塔。

（5）精處理熱水箱

熱水箱容積為7.8 m3，內部有四根電加熱器，它是為了提高鹼液温度，以提高陰樹脂的再生效果。運行時必須充滿水，加熱器根據熱水箱的温度定時加熱。加熱器啓動加熱到高限設定值時自動停止，當水温低於低温設定值時，加熱器自動重新啓動。冷水從底部進入熱水箱，熱水從上部出來至鹼噴射器。鹼噴射器出口温度通過熱水箱出口三通閥控制，大約在40℃左右。

（6）廢水樹脂捕捉器

該設備為敞開容器式，內襯耐酸鹼橡膠，且設有金屬網筒，網縫隙為0.80mm，能截留分離塔、陰塔或陽塔在樹脂擦洗或水反洗由於流量控制不當而跑出的樹脂，以防樹脂排入廢液池而樹脂遭受損失，截留的樹脂可以通過樹脂添加鬥重新加到陽塔。設備上設一液位開關，液位高報警時提醒工作人員捕捉器濾芯被堵。

（7）沖洗水泵

1、2號機組精處理再生系統有3台沖洗水泵，其出力為70—100m3/h。沖洗水泵的水源為除鹽水，接自除鹽水水箱，用於樹脂的反洗、清洗、輸送、管道沖洗和稀釋再生劑以及前置過濾器失效後的反洗。

（8）羅茨風機

1、2號機組精處理再生系統精處理再生系統有2台羅茨風機，風量8.05Nm3/min。羅茨風機是一種容積式動力機械。一對相互齧合的葉輪將進、排氣口分開，由同步齒輪傳動，兩葉輪在汽缸中作等速反向旋轉，在旋轉過程中，進氣口的氣體不斷的被葉輪推移到排氣口，從而達到強制排氣的目的。

羅茨風機用於樹脂的擦洗鬆動和樹脂的混合。其氣源是空氣，進口有濾網，防止雜物進入。前後都有消音器，利於減少所釋放的噪音。再生步驟需啓動羅茨風機時，往往先要預啓動，是為了吹去風管的雜物，此時開啓風管上的排風門。

（9）精處理儲氣罐

我公司精處理系統共有5個8.0m3的儲氣罐，其中每台機組前置過濾器和混牀系統分別設置1個儲氣罐，用於前置過濾器的擦洗和混牀輸出樹脂以及閥門儀表用氣。1、2號機組精處理再生系統設置分別設置1個儲氣罐，用於分離塔、陰塔和陽塔的頂壓排水和陰塔、陽塔沖洗前的加壓以及陽塔氣力輸出樹脂。其氣源是廠房來的壓縮空氣。

（10）樹脂填充鬥：用於陰塔、陽塔的樹脂添加，它是利用水的流動把樹脂抽入罐體，一次填充樹脂體積0.15 m3。

（11）精處理廢液池：用於收集精處理排放的廢水，經3台廢水提升泵送至機組排水槽集中處理。

（12）機組排水槽

用於收集主廠房的一些排污水，凝結水精處理再生廢水也排入機組排水槽。1、2號機組有一台容量大約300 m3的機組排水槽，其中每個機組排水槽設有3台廢水提升泵，其中兩台將廢水送至工業廢水處理系統，另外兩台將廢水送至鍋爐酸洗廢水池。

（13）鍋爐酸洗廢水池

用於收集鍋爐化學清洗時，收集清洗廢液，鍋爐酸洗廢水池有兩台廢水提升泵，將廢水送至衝灰系統綜合利用。

（14）電熱水箱

再生時提高鹼液温度，再生效果，有利除硅。

設備運行概述

（1）前置過濾器及混牀系統

正常運行時，每台機精處理兩台前置過濾器運行，無備用，當一台前置過濾器失效時，退出運行進入反洗程序；三台混牀兩台運行一台備用，當一台混牀失效時，投運另一台混牀並經再循環泵循環正洗至混牀出水合格後投入運行。失效混牀進入再生程序。

前置過濾器運行到進出口壓差達0.04MPa時，進入反洗程序。

前置過濾器運行大體步序：

備用 → 升壓 →正洗 → 運行 → 失效 → 反洗

混牀運行大體步序：

備用 → 升壓 → 循環正洗 → 運行 → 失效 → 再生

（2）凝結水精處理旁路閥的運行方式

凝結水精處理有兩個旁路閥，一個是前置過濾器的旁路閥，一個是混牀的旁路閥，兩個旁路閥開度均有三檔，即0－50%－100%。正常運行時，兩個旁路閥均關閉。

前置過濾器旁路閥：

機組啓動初期，凝結水中含有大量的雜質、油類等物，如含有這些物質的凝結水進入管式前置過濾器，將會給前置過濾器內的濾元造成不可恢復的破壞，使得濾元再也無法清洗乾淨，從而失去其原有的作用，故此時的凝結水經前置過濾器100%旁路，並排放，待凝結水進水總懸浮物在25μg/L以下時再投運前置過濾器。

凝結水進口母管水温超過50℃時，旁路閥自動100%打開，並關閉每個前置過濾器進出水門，凝結水100%通過旁路系統，保護前置過濾器和濾元不受損壞。

當前置過濾器系統旁路壓差大於0.1MPa時，旁路閥打開，使100%凝結水通過旁路系統；前置過濾器進出口壓差大於0.04MPa時，旁路閥打開，使50%凝結水通過旁路系統，另外50%凝結水流量通過沒有失效的前置過濾器，失效前置過濾器進行反洗操作。

凝結水進水母管水温超過50℃或混牀系統進、出口壓差大於0.35MPa時，旁路閥自動100%打開，並關閉每個混牀的進出水門，凝結水100%通過旁路系統，保護樹脂和混牀不受損壞。

在機組初投時凝結水含鐵量較高，當含鐵量超過1000 μg/L時，混牀旁路閥開啓，凝結水量100%通過旁路排放。待人工檢查凝結水符合進水水質要求，凝結水方可進入精處理混牀系統，待有兩台混牀處於正常投運狀態時，才可完全關閉旁路閥。

C°10μg/L、陽離子電導率（25＞2μg/L、SiO2＞當一台混牀運行直到出水：Na+ s/cm或制水流量累積達額定值，這些條件任意一個達到時，盤上出現報警。先自動投運另外一台備用混牀，再退出此混牀。m0.15＞ ）

（3）再生系統

失效樹脂從混牀底部經樹脂管道送入分離塔，在分離塔中進行擦洗（除去樹脂表面吸附的雜質）、反洗分層後，處於上層的陰樹脂送到陰塔進行擦洗、進鹼再生，位於下層的陽樹脂送到陽塔進行擦洗、進酸再生，然後陰塔陰樹脂送到陽塔與陽樹脂進行混合，混合樹脂沖洗合格後轉入備用。

體外再生大體步序：

混牀失效樹脂送至分離塔 → 陽塔備用樹脂送至混牀→ 分離塔樹脂擦洗、分離並送出→ 陰樹脂再生 → 陽樹脂再生→ 陰樹脂送至陽塔 → 陰陽樹脂混合漂洗備用

（1）運行控制概述：

凝結水精處理控制採用4種控制方式，即程序控制（自動控制）、半自動控制、在LCD和鍵盤上對工藝系統遠方控制和就地手動控制。凝結水精處理系統控制程序包括混牀的投運、停運和再生程序等。控制範圍包括前置過濾器、混牀及體外再生單元；設計有前置過濾器投運、反洗及停運，混牀投運、停運，再生步序等程序。程序的每一部分的完成由人工確認後進入下一部分的程序運行。另外，程序還設置手操控制方式。通過就地電磁閥箱的電磁閥也可對每一個閥門進行操作。控制系統採用微機監控，CRT顯示及鍵盤操作。

（2）精處理系統運行控制：

旁路閥的前後、前置過濾器前後、樹脂捕捉器前後設有差壓變送器。前置過濾器旁路閥前後的壓力變送器，監測前置過濾器系統的壓差。混牀旁路閥前後的壓力變送器，監測混牀系統的壓差。樹脂捕捉器前後的差壓變送器監測樹脂捕捉器壓差，當壓差超過某一設定值時，樹脂捕捉器所在列的混牀停運，在確認備用牀投運成功後，將失效混牀退出運行，樹脂捕捉器進行反衝洗。系統入口母管設有電導率表、温度變送器、壓力開關。電導率表主要用來監測入口的凝結水水質；温度變送器用來監測系統入口母管凝結水的温度。壓力開關用來監測混牀入口母管的凝結水的壓力。

每台前置過濾器、混牀的入口設有流量計、升壓旁路閥、壓力變送器。流量計用來監測通過前置過濾器、混牀的凝結水流量，通過流量計的輸出信號，也可以累計週期制水量；升壓旁路閥的作用是保證前置過濾器、混牀在投運前，入口壓力緩慢上升，防止壓力升高過快對前置過濾器、混牀內部結構產生衝擊，壓力的變化由壓力變送器來監測。

每個混牀的出口設有電導率表、硅表、鈉表，主要用來監測混牀出水水質，當某項出水指標不合格時，備用混牀投運後，失效混牀退出運行，進行再生。鈉表和母管上的PH表是混牀NH+4/OH-型運行時的主要監測儀表。

混牀出水母管上設有電導率表、硅表、PH表，主要監測精處理系統的出水水質。

前置過濾器、混牀排氣母管上設有液位開關，自動監測前置過濾器、混牀充水是否充滿。

（3）精處理再生系統運行控制：

分離塔的本體上設置了超聲波液位計，用來監測樹脂和水的界面，控制陽樹脂的輸送終點。

陽、陰再生塔排水管上設置電導率表，監測陽陰再生塔內的樹脂再生、清洗是否合格。

再生塔排氣母管上設有液位開關，自動監測再生塔充水是否充滿。

陽陰再生塔的沖洗水管上設有流量計，監測再生塔的沖洗水流量。

（4）精處理輔助系統運行控制：

酸鹼液稀釋水管上設有流量計，調節閥門開度時指示流量。

稀酸鹼液管上設有酸鹼濃度計，指示再生用酸鹼液的濃度。

沖洗水泵出口母管上設有流量計，指示泵啓動後輸送至各個部位的流量。

稀鹼液管上設有温度變送器，通過温度變送器的輸出信號控制三通調節閥的開度。

熱水箱上配有温度變送器和液位開關。通過温度變送器的輸出信號控制加熱器的開、關及加熱器投入的組數；液位開關控制熱水箱的液位，防止低液位時加熱器過熱而導致加熱器燒壞。

酸鹼計量箱上設有帶遠傳信號的磁翻板液位計，不僅具有就地顯示液位的功能，而且具有信號輸入PLC後在CRT畫面上顯示液位高低的功能。

（5）凝結水精處理的水質：

項目 典型啓動正常運行

預計進水水質 要求出水水質預計進水水質 要求出水水質

懸浮固體μg/L 1000 ＜100 25 ＜10

溶解固形物μg/L 650 ＜50 100 ＜20

SiO2 （μg/L） 500 ＜50 20 ＜15

Na+ （μg/L） 20 ＜5 2～5 ＜1

Fe （μg/L） 1000 ＜100 15 ＜8

Cu （μg/L） __ ＜15 __ ＜3

Cl- （μg/L） 100 ＜10 20 ≤1

氫導（μs/cm） __ ＜0.2 __ ＜0.15

PH （25℃） 8~9 6.5～7.5 8～9 6.5～7.5