回顧了粉末樹脂過濾器在我國的發(fā)展過程,對幾年來使用中出現(xiàn)的問題及其原因進(jìn)行了分析,認(rèn)為粉末樹脂過濾器的除鹽能力很低,在凝結(jié)水處理中主要是作為除鐵過濾器使用。提出了粉末樹脂過濾器在濕冷和空冷機(jī)組上的使用條件及其改進(jìn)意見。
粉末樹脂覆蓋過濾技術(shù)已經(jīng)在我國火力發(fā)電廠中大量使用,通過總結(jié)數(shù)年的應(yīng)用經(jīng)驗,對該系統(tǒng)的優(yōu)缺點有了較為全面的了解,本文對粉末樹脂覆蓋過濾技術(shù)的應(yīng)用及其存在問題進(jìn)行探討。
1 粉末樹脂過濾器在我國的發(fā)展過程
20世紀(jì)70年代,我國曾翻譯了多篇介紹粉末樹脂覆蓋過濾技術(shù)的文獻(xiàn)。
1978年,中國電機(jī)工程學(xué)會火電設(shè)計赴日考察實習(xí)組在考察報告的“前置過濾器”部分,介紹了覆蓋過濾器和粉末樹脂過濾器在日本的使用情況。20世紀(jì)80年代,認(rèn)為粉末樹脂過濾器不適合我國電廠使用,因此該過濾器未能在國內(nèi)進(jìn)行研究和推廣使用。20世紀(jì)90年代初,機(jī)械電子工業(yè)部組織的凝結(jié)水處理赴美考察團(tuán)在“大型電廠凝結(jié)水精處理赴美技術(shù)考察報告”中介紹了凝結(jié)水精處理的狀況,并詳細(xì)介紹了粉末樹脂過濾器的性能、特點及其使用,從美國引進(jìn)了有關(guān)的技術(shù)。1999年11月,國家電力公司電力規(guī)劃設(shè)計總院召開了對粉末樹脂覆蓋過濾設(shè)備的評審會,提出了如下的評審意見:
(1)粉末樹脂覆蓋過濾設(shè)備具有系統(tǒng)簡單、基建投資省、設(shè)備占地面積小、有較好的除鐵和除硅效果、無酸堿廢液的排放等優(yōu)點;
(2)可作為火電廠正常運行時的凝結(jié)水處理、機(jī)組起動時的除鐵除硅、直接空冷機(jī)組的凝結(jié)水除鐵除二氧化碳等處理的比選方案;
(3)無錫鍋爐廠從美國引進(jìn)的粉末樹脂覆蓋過濾系統(tǒng)的設(shè)計及設(shè)備制造技術(shù),在國內(nèi)處于領(lǐng)先地位;
(4)粉末樹脂覆蓋過濾設(shè)備的生命力在于國產(chǎn)化,建議通過和外商合作生產(chǎn),加速實現(xiàn)國產(chǎn)化,不斷完善與提高,增強(qiáng)市場的競爭能力。
1999年,Ｒ.Ｋｕｎｉｎ和Ｅｌｉｓａｌｅｍ在我國介紹了粉末樹脂覆蓋過濾器的性能、優(yōu)點以及美國多家電廠和我國某電廠的使用情況。2003年,作者曾發(fā)表文章[10]討論了粉末樹脂過濾器的機(jī)理和應(yīng)用。此后,有些新建電廠的凝結(jié)水處理采用了粉末樹脂過濾器。
2 粉末樹脂覆蓋過濾器存在的問題
粉末樹脂覆蓋過濾器是從紙粉覆蓋過濾器發(fā)展而來,利用粉末樹脂替代紙粉作為過濾材料。使用粉末樹脂替代紙粉的目的是希望該設(shè)備具有過濾除鐵和除鹽的雙重作用,達(dá)到前置過濾和混床的雙重效果。但是,在實際應(yīng)用中出現(xiàn)了下列問題:
(1)如此細(xì)的樹脂粉末無法進(jìn)行再生和重復(fù)使用,失效的粉末樹脂必須棄去,大大增加了運行費用。
(2)由于所覆蓋的粉末樹脂數(shù)量少,離子交換量低,凝結(jié)水中的氨可使氫型陽樹脂粉末迅速變?yōu)殇@型(約4ｈ～8ｈ),樹脂直接與高ｐＨ值的凝結(jié)水接觸,失去除鹽能力。
(3)氫型陽樹脂轉(zhuǎn)為銨型時,顆粒體積縮小,造成樹脂覆蓋層的體積收縮,出現(xiàn)裂縫。有的設(shè)備為了防止樹脂覆蓋層裂縫,用銨型陽樹脂粉替代了氫型樹脂粉,雖然解決了覆蓋層的裂縫問題,但失去了4ｈ～8ｈ的除鹽能力。
(4)由于粉末樹脂要與高ｐＨ值凝結(jié)水接觸,并與水中的離子達(dá)到平衡,因此必須具有很高的再生度(在深床工藝的氫型混床中,不需要如此高的再生度)。要達(dá)到此再生度,必須消耗大量的酸堿,同時產(chǎn)生大量的廢酸堿。因這部分廢酸堿在粉末樹脂的制造廠排放,對環(huán)境的污染可能增大。
(5)由于該設(shè)備在大部分的運行時間內(nèi)沒有除鹽作用,即使在凝汽器發(fā)生微小泄漏時,也難以維持鍋爐給水的質(zhì)量,因此失去了對熱力設(shè)備的保護(hù)作用。
(6)雖然樹脂在電廠不進(jìn)行再生,可以不使用酸堿,從而減少了酸堿貯存的設(shè)備和廢液處理的麻煩,但是存在廢棄粉末樹脂的處理問題。
3 問題分析
(1)從上述出現(xiàn)的問題可以看出,以氫型陽樹脂鋪膜的粉末樹脂覆蓋過濾器能夠發(fā)揮除鹽作用的時間只占運行周期的1.67%(按照美國某公司提供的運行周期為20天,能夠除鹽的時間為8ｈ計算),而其它運行時間沒有除鹽作用。使用銨型粉末陽樹脂則完全沒有除鹽作用。粉末樹脂覆蓋過濾器只是用粉末樹脂作為過濾材料的覆蓋過濾器,與紙粉覆蓋過濾器的效果相似,但使用粉末樹脂比紙粉容易爆膜[5]。
(2)顆粒很細(xì)的樹脂粉末對運行水流必將產(chǎn)生很大的阻力,影響設(shè)備出力。為了防止濾層的水流阻力過大,除了減低覆蓋層厚度外,國外有關(guān)專家認(rèn)為:可以利用陽、陰樹脂粉末混合時產(chǎn)生的“空間效應(yīng)”(即陽、陰樹脂混合后的體積大于二者之和)使濾層的水流阻力降低。但是,在運行中的水流作用下,此效應(yīng)迅速消失,水流阻力又會增大。再者,銨型陽樹脂與氫氧型陰樹脂的空間效應(yīng)明顯小于氫型陽樹脂與氫氧型陰樹脂。
(3)粉末樹脂覆蓋過濾器在大部分運行時間內(nèi)失去了除鹽作用,其出水的電導(dǎo)率和含鹽量也與進(jìn)水近似或相同。
(4)粉末樹脂覆蓋過濾器的作用主要是對凝結(jié)水中腐蝕產(chǎn)物和懸浮物的去除。近年來,淘汰了20世紀(jì)80年代曾使用的梯形繞絲濾元,而改用管式過濾器作為濾元。由于管式過濾器本身就具有過濾除鐵的作用,覆蓋粉末樹脂后,其過濾作用可進(jìn)一步提高。
(5)由于粉末樹脂覆蓋過濾器基本上沒有除鹽作用,因此其失效終點也不應(yīng)根據(jù)出水漏過的離子含量確定,而是以進(jìn)出水壓差或出水含鐵量超標(biāo)作為失效終點。如按照運行周期為20天計算運行費用[9],又按照鋪膜后(4ｈ～8ｈ)內(nèi)的出水水質(zhì)與長時間能夠除鹽的深床除鹽進(jìn)行比較是不科學(xué)的。當(dāng)凝汽器存在微小泄漏時,應(yīng)立即停止運行進(jìn)行爆膜,用氫型陽樹脂和氫氧型陰樹脂粉末重新進(jìn)行鋪膜,但其除鹽時間最多能夠維持(4～8)ｈ(取決于凝結(jié)水中的含氨量和凝汽器的泄漏率)。
4 粉末樹脂覆蓋過濾器的使用
4.1 濕冷機(jī)組
(1)粉末樹脂覆蓋過濾器可以作為去除凝結(jié)水中的腐蝕產(chǎn)物和懸浮物的前置過濾器使用,也可用于凝結(jié)水含鹽量低、不需要除鹽時使用;
(2)如果使用銨型陽樹脂粉末作為過濾介質(zhì),即已失去除鹽作用,可以考慮省去價格昂貴的粉末樹脂,改用其它覆蓋材料,這樣既能保持除鐵效率,又能節(jié)省運行費用。
4.2 空冷機(jī)組
粉末樹脂過濾器適用于空冷機(jī)組的凝結(jié)水精處理使用,這是基于粉末樹脂在過濾器內(nèi)是一次性使用,不必考慮溫度超過60℃出現(xiàn)的陰樹脂降解問題。實際上,更高的凝結(jié)水溫對強(qiáng)堿樹脂的降解和去除二氧化硅的能力是有影響的。
水溫超過65℃時,強(qiáng)堿陰樹脂的降解速度明顯增大�？紤]到粉末樹脂覆蓋過濾器本身幾乎不具有除鹽能力,則可以不使用耐溫性能差的強(qiáng)堿陰樹脂,而單獨使用銨型陽樹脂與纖維素作為覆蓋材料。這樣,既保證了對凝結(jié)水中懸浮雜質(zhì)(包括腐蝕產(chǎn)物和非活性硅等)的去除,又解決了高溫情況下粉末樹脂過濾器退出運行的問題。使用銨型陽樹脂粉末,運行中樹脂體積不存在轉(zhuǎn)型收縮,覆蓋層不會出現(xiàn)裂縫,同時陽樹脂具有價格低、運行周期長等一系列優(yōu)點。
空冷機(jī)組初投運期間,由于龐大的空冷系統(tǒng)在安裝過程中帶入的灰塵、沙土和基建垃圾不能徹底清除,在機(jī)組起動過程中大量的鐵、鹽類雜質(zhì)和硅的化合物會穿過粉末樹脂覆蓋過濾器進(jìn)入熱力系統(tǒng),造成機(jī)組投運過程中水汽品質(zhì)不合格。同時,由于大量雜質(zhì)進(jìn)入粉末樹脂覆蓋過濾器造成頻繁爆膜,運行費用大大增加。
空冷機(jī)組正常運行后,雖然凝結(jié)水中的溶解鹽類比較少,但仍然應(yīng)該考慮漏入的空氣使凝結(jié)水中ＣＯ2和ＳｉＯ2含量升高的問題。對給水質(zhì)量要求高的直流爐和核電站,應(yīng)考慮在粉末樹脂覆蓋過濾器后設(shè)置氫離子交換器混床或陽陰陽的分床系統(tǒng),以達(dá)到去除離子雜質(zhì)的目的。
5 幾點看法
(1)粉末樹脂覆蓋過濾器由于鋪膜的樹脂量少,幾乎不具備除鹽能力,建議用銨型陽樹脂粉末為過濾介質(zhì),作為覆蓋過濾器使用,達(dá)到去除腐蝕產(chǎn)物和懸浮物的作用。
(2)當(dāng)鍋爐給水水質(zhì)要求高時(如直流爐或核電站),可以在粉末樹脂覆蓋過濾器后設(shè)置氫離子交換器混床或陽陰陽的分床系統(tǒng),以達(dá)到去除離子雜質(zhì)的目的。
(3)在機(jī)組凝結(jié)水精處理系統(tǒng)設(shè)計時,應(yīng)充分評估粉末樹脂覆蓋過濾器的實際效果和對機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運行的影響。
粉末樹脂覆蓋過濾技術(shù)已經(jīng)在我國火力發(fā)電廠中大量使用,通過總結(jié)數(shù)年的應(yīng)用經(jīng)驗,對該系統(tǒng)的優(yōu)缺點有了較為全面的了解,本文對粉末樹脂覆蓋過濾技術(shù)的應(yīng)用及其存在問題進(jìn)行探討。
1 粉末樹脂過濾器在我國的發(fā)展過程
20世紀(jì)70年代,我國曾翻譯了多篇介紹粉末樹脂覆蓋過濾技術(shù)的文獻(xiàn)。
1978年,中國電機(jī)工程學(xué)會火電設(shè)計赴日考察實習(xí)組在考察報告的“前置過濾器”部分,介紹了覆蓋過濾器和粉末樹脂過濾器在日本的使用情況。20世紀(jì)80年代,認(rèn)為粉末樹脂過濾器不適合我國電廠使用,因此該過濾器未能在國內(nèi)進(jìn)行研究和推廣使用。20世紀(jì)90年代初,機(jī)械電子工業(yè)部組織的凝結(jié)水處理赴美考察團(tuán)在“大型電廠凝結(jié)水精處理赴美技術(shù)考察報告”中介紹了凝結(jié)水精處理的狀況,并詳細(xì)介紹了粉末樹脂過濾器的性能、特點及其使用,從美國引進(jìn)了有關(guān)的技術(shù)。1999年11月,國家電力公司電力規(guī)劃設(shè)計總院召開了對粉末樹脂覆蓋過濾設(shè)備的評審會,提出了如下的評審意見:
(1)粉末樹脂覆蓋過濾設(shè)備具有系統(tǒng)簡單、基建投資省、設(shè)備占地面積小、有較好的除鐵和除硅效果、無酸堿廢液的排放等優(yōu)點;
(2)可作為火電廠正常運行時的凝結(jié)水處理、機(jī)組起動時的除鐵除硅、直接空冷機(jī)組的凝結(jié)水除鐵除二氧化碳等處理的比選方案;
(3)無錫鍋爐廠從美國引進(jìn)的粉末樹脂覆蓋過濾系統(tǒng)的設(shè)計及設(shè)備制造技術(shù),在國內(nèi)處于領(lǐng)先地位;
(4)粉末樹脂覆蓋過濾設(shè)備的生命力在于國產(chǎn)化,建議通過和外商合作生產(chǎn),加速實現(xiàn)國產(chǎn)化,不斷完善與提高,增強(qiáng)市場的競爭能力。
1999年,Ｒ.Ｋｕｎｉｎ和Ｅｌｉｓａｌｅｍ在我國介紹了粉末樹脂覆蓋過濾器的性能、優(yōu)點以及美國多家電廠和我國某電廠的使用情況。2003年,作者曾發(fā)表文章[10]討論了粉末樹脂過濾器的機(jī)理和應(yīng)用。此后,有些新建電廠的凝結(jié)水處理采用了粉末樹脂過濾器。
2 粉末樹脂覆蓋過濾器存在的問題
粉末樹脂覆蓋過濾器是從紙粉覆蓋過濾器發(fā)展而來,利用粉末樹脂替代紙粉作為過濾材料。使用粉末樹脂替代紙粉的目的是希望該設(shè)備具有過濾除鐵和除鹽的雙重作用,達(dá)到前置過濾和混床的雙重效果。但是,在實際應(yīng)用中出現(xiàn)了下列問題:
(1)如此細(xì)的樹脂粉末無法進(jìn)行再生和重復(fù)使用,失效的粉末樹脂必須棄去,大大增加了運行費用。
(2)由于所覆蓋的粉末樹脂數(shù)量少,離子交換量低,凝結(jié)水中的氨可使氫型陽樹脂粉末迅速變?yōu)殇@型(約4ｈ～8ｈ),樹脂直接與高ｐＨ值的凝結(jié)水接觸,失去除鹽能力。
(3)氫型陽樹脂轉(zhuǎn)為銨型時,顆粒體積縮小,造成樹脂覆蓋層的體積收縮,出現(xiàn)裂縫。有的設(shè)備為了防止樹脂覆蓋層裂縫,用銨型陽樹脂粉替代了氫型樹脂粉,雖然解決了覆蓋層的裂縫問題,但失去了4ｈ～8ｈ的除鹽能力。
(4)由于粉末樹脂要與高ｐＨ值凝結(jié)水接觸,并與水中的離子達(dá)到平衡,因此必須具有很高的再生度(在深床工藝的氫型混床中,不需要如此高的再生度)。要達(dá)到此再生度,必須消耗大量的酸堿,同時產(chǎn)生大量的廢酸堿。因這部分廢酸堿在粉末樹脂的制造廠排放,對環(huán)境的污染可能增大。
(5)由于該設(shè)備在大部分的運行時間內(nèi)沒有除鹽作用,即使在凝汽器發(fā)生微小泄漏時,也難以維持鍋爐給水的質(zhì)量,因此失去了對熱力設(shè)備的保護(hù)作用。
(6)雖然樹脂在電廠不進(jìn)行再生,可以不使用酸堿,從而減少了酸堿貯存的設(shè)備和廢液處理的麻煩,但是存在廢棄粉末樹脂的處理問題。
3 問題分析
(1)從上述出現(xiàn)的問題可以看出,以氫型陽樹脂鋪膜的粉末樹脂覆蓋過濾器能夠發(fā)揮除鹽作用的時間只占運行周期的1.67%(按照美國某公司提供的運行周期為20天,能夠除鹽的時間為8ｈ計算),而其它運行時間沒有除鹽作用。使用銨型粉末陽樹脂則完全沒有除鹽作用。粉末樹脂覆蓋過濾器只是用粉末樹脂作為過濾材料的覆蓋過濾器,與紙粉覆蓋過濾器的效果相似,但使用粉末樹脂比紙粉容易爆膜[5]。
(2)顆粒很細(xì)的樹脂粉末對運行水流必將產(chǎn)生很大的阻力,影響設(shè)備出力。為了防止濾層的水流阻力過大,除了減低覆蓋層厚度外,國外有關(guān)專家認(rèn)為:可以利用陽、陰樹脂粉末混合時產(chǎn)生的“空間效應(yīng)”(即陽、陰樹脂混合后的體積大于二者之和)使濾層的水流阻力降低。但是,在運行中的水流作用下,此效應(yīng)迅速消失,水流阻力又會增大。再者,銨型陽樹脂與氫氧型陰樹脂的空間效應(yīng)明顯小于氫型陽樹脂與氫氧型陰樹脂。
(3)粉末樹脂覆蓋過濾器在大部分運行時間內(nèi)失去了除鹽作用,其出水的電導(dǎo)率和含鹽量也與進(jìn)水近似或相同。
(4)粉末樹脂覆蓋過濾器的作用主要是對凝結(jié)水中腐蝕產(chǎn)物和懸浮物的去除。近年來,淘汰了20世紀(jì)80年代曾使用的梯形繞絲濾元,而改用管式過濾器作為濾元。由于管式過濾器本身就具有過濾除鐵的作用,覆蓋粉末樹脂后,其過濾作用可進(jìn)一步提高。
(5)由于粉末樹脂覆蓋過濾器基本上沒有除鹽作用,因此其失效終點也不應(yīng)根據(jù)出水漏過的離子含量確定,而是以進(jìn)出水壓差或出水含鐵量超標(biāo)作為失效終點。如按照運行周期為20天計算運行費用[9],又按照鋪膜后(4ｈ～8ｈ)內(nèi)的出水水質(zhì)與長時間能夠除鹽的深床除鹽進(jìn)行比較是不科學(xué)的。當(dāng)凝汽器存在微小泄漏時,應(yīng)立即停止運行進(jìn)行爆膜,用氫型陽樹脂和氫氧型陰樹脂粉末重新進(jìn)行鋪膜,但其除鹽時間最多能夠維持(4～8)ｈ(取決于凝結(jié)水中的含氨量和凝汽器的泄漏率)。
4 粉末樹脂覆蓋過濾器的使用
4.1 濕冷機(jī)組
(1)粉末樹脂覆蓋過濾器可以作為去除凝結(jié)水中的腐蝕產(chǎn)物和懸浮物的前置過濾器使用,也可用于凝結(jié)水含鹽量低、不需要除鹽時使用;
(2)如果使用銨型陽樹脂粉末作為過濾介質(zhì),即已失去除鹽作用,可以考慮省去價格昂貴的粉末樹脂,改用其它覆蓋材料,這樣既能保持除鐵效率,又能節(jié)省運行費用。
4.2 空冷機(jī)組
粉末樹脂過濾器適用于空冷機(jī)組的凝結(jié)水精處理使用,這是基于粉末樹脂在過濾器內(nèi)是一次性使用,不必考慮溫度超過60℃出現(xiàn)的陰樹脂降解問題。實際上,更高的凝結(jié)水溫對強(qiáng)堿樹脂的降解和去除二氧化硅的能力是有影響的。
水溫超過65℃時,強(qiáng)堿陰樹脂的降解速度明顯增大�？紤]到粉末樹脂覆蓋過濾器本身幾乎不具有除鹽能力,則可以不使用耐溫性能差的強(qiáng)堿陰樹脂,而單獨使用銨型陽樹脂與纖維素作為覆蓋材料。這樣,既保證了對凝結(jié)水中懸浮雜質(zhì)(包括腐蝕產(chǎn)物和非活性硅等)的去除,又解決了高溫情況下粉末樹脂過濾器退出運行的問題。使用銨型陽樹脂粉末,運行中樹脂體積不存在轉(zhuǎn)型收縮,覆蓋層不會出現(xiàn)裂縫,同時陽樹脂具有價格低、運行周期長等一系列優(yōu)點。
空冷機(jī)組初投運期間,由于龐大的空冷系統(tǒng)在安裝過程中帶入的灰塵、沙土和基建垃圾不能徹底清除,在機(jī)組起動過程中大量的鐵、鹽類雜質(zhì)和硅的化合物會穿過粉末樹脂覆蓋過濾器進(jìn)入熱力系統(tǒng),造成機(jī)組投運過程中水汽品質(zhì)不合格。同時,由于大量雜質(zhì)進(jìn)入粉末樹脂覆蓋過濾器造成頻繁爆膜,運行費用大大增加。
空冷機(jī)組正常運行后,雖然凝結(jié)水中的溶解鹽類比較少,但仍然應(yīng)該考慮漏入的空氣使凝結(jié)水中ＣＯ2和ＳｉＯ2含量升高的問題。對給水質(zhì)量要求高的直流爐和核電站,應(yīng)考慮在粉末樹脂覆蓋過濾器后設(shè)置氫離子交換器混床或陽陰陽的分床系統(tǒng),以達(dá)到去除離子雜質(zhì)的目的。
5 幾點看法
(1)粉末樹脂覆蓋過濾器由于鋪膜的樹脂量少,幾乎不具備除鹽能力,建議用銨型陽樹脂粉末為過濾介質(zhì),作為覆蓋過濾器使用,達(dá)到去除腐蝕產(chǎn)物和懸浮物的作用。
(2)當(dāng)鍋爐給水水質(zhì)要求高時(如直流爐或核電站),可以在粉末樹脂覆蓋過濾器后設(shè)置氫離子交換器混床或陽陰陽的分床系統(tǒng),以達(dá)到去除離子雜質(zhì)的目的。
(3)在機(jī)組凝結(jié)水精處理系統(tǒng)設(shè)計時,應(yīng)充分評估粉末樹脂覆蓋過濾器的實際效果和對機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運行的影響。
