引用

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发电厂大型除盐水箱全封闭运行的{zx1}技术及其应用

卜新方     (大唐淮南洛河发电厂)                        

[摘要]本文全面地介绍了发电厂为防止大氧中CO2（亦有少量SOX、NOX和微细尘埃），对大型除盐水箱中纯水的二次污染所采取过的各种密封工艺方法及其各自弊端。“前师之鉴，后事之师”。在此基础上，洛电与国家热工研究院密切协作，引进、消化、吸收国内外先进技术，经一年攻关试想，一次性成功地对4×800m3除盐水箱实施封闭运行，保持了水箱内压与大气压相对平衡，从而有效地防止大气中CO2对纯水的污染，确保真正做到向机组补充合格的除盐水。

[关键词] 全封闭  二次污染  除盐水箱  二氧化碳  电导率  中和反应

1高参数大容量火力发电厂对机组补给水的质量要求及为严格，它的主要指标为DD25oC≤0.2μs/cm（争取≤0.15μs/cm）、SiO2≤20μg/l（争取≤15μg/l）。这样质量好的高纯水在80年以前，水处理工艺技术和相应材料尚不先进的条件下，并非易事，即使科技发达的今天，在一些特殊的背景下，制取纯水尤其真是超纯水也还是不易之事，在常规情况下，制取这种高纯水已得心应手了。目前各大型火电厂除盐制水系统出水电导率基本都维持在0.10μs/cm以下。但是，除盐系统的出水合格是一回事，而向机组补充除盐水（尤以电导率）却常年超标又是另一回事了。为什么呢？这是因为除盐水经敞口水箱过度储存后，缓冲性极小的高纯水极易受空气中的CO2二次污染造成的，经空气污染后的高纯水其实际电导率波动范围随着季节的变化大多在0.3 -0.5μs/cm之间，少数可达0.6-0.9μs/cm，很显然，此值已经严重超标，这种超标的水质给机组水处理带来了不少因素，为避免这种状况，以往不少电厂曾采用多种治理措施，但均因各种交叉因素干扰，收效甚微。出于无奈，向机组补给水的电导率虽然众人皆知长期超标，也只好“脚踩西瓜皮”随它去了。

2 水箱密封工艺历史回顾

2.1  回顾除盐水箱的密封历史，大抵有以下几种形式：

2.1.1  泡沫塑料浮顶

该工艺原是在宝钢自备电厂除盐水箱上采用，系引进日本技术，效果很理想的，亦有少数电厂仿效过。据称，该工艺对水箱筒体内壁尺寸要求十分严格：a、内径从上到下要基本一致，且内圆不得呈椭圆状；b、内壁光滑无阻挡；c、筒体上下垂直度偏差不大。之所以这样要求，主要是便于泡沫浮顶能自如地随水位上下波动，以防止假水位现象，亦防止浮顶卡住撕破。然而对国内机组所配套的除盐水箱而言，很难满足上述要求，大多电厂对此爱莫能及，只好让水箱敞口运行。其除盐水长期受空气中CO2及尘埃的污染。

2.1.2  节能塑料球密封

该工艺最早应用在盐酸储槽上，防止酸雾挥发，有一定效果，后来经试想溶伸应用到除盐水箱的密封工艺中，然而，国内除盐水箱的进水口大多采用从上而下的方式，当水流直下时不时冲撞水面，造成水位波动，造成塑料小球无规则翻滚，因而很难将空气隔绝，除盐水污染在所难免，加上当初溢水口未装滤球网，水位上升至溢水口，大量浮球随水流逃逸流入地沟。因此，该工艺并在成功，且效果不佳，而后逐步被淘汰了。

2.1.3  软度弹性橡胶气囊浮顶

该工艺原理与上述{dy}种类同；由于胶囊长期使用老化龟裂，对水箱形状要求亦很严格，加上气囊内充气压力降低，气囊的浮动便易受阻，另外，水箱往往体积庞大，大型气囊加工亦非易事，尽管国内有少数进口机组采用，但国内配套使用这种方式显未见诸。

2.1.4  充氨气密封

该方法采用带压力加氨气在水箱气液两相合理分配来维持水箱液面上的压力与大气压相平衡，一方面方便低PH值的除盐水得以碱化，另一方面也防止了空气的污染。该工艺要求供氨调节阀相当灵敏，并要求其随供水量大小追踪供氨，否则不是供氨量太少就是供氨量太多；这是由于当向机组补水量相对较少或停止供水时，氨分子合格不断地向水面深度溶解扩散，耗多少NH3很难人为控制，弄得不好当补水量很大，而氨瓶内液氨压力持续下降时，水箱内便形成负压而吸瘪导致该损坏，少数电厂有此教训，有鉴于此，该法也不能应用于水箱密封了。

当然国内还有少数工程采用过类似上述工艺的密封方式，但均成效甚微而淘汰停用。

3 除盐水箱碱化吸收密封工艺原理和系统

3.1  工艺原理及流程简述 见图一

制图：卜新方       日期：2001年元月

图1  除盐水箱密封工艺流程图

当水箱内处于负压时，空氯经过吸气口A

进入碱液箱，经氢氯化钠溶液中和除去其中的CO2气体后进入除盐水箱；而当水箱由于进水处于微正压时，水箱内的气体经过反向止回阀B排出，这样，便使水箱内空间压力始终保持与大气压力相平衡，确保除盐水箱储水、供水的正常运行，从而防止了大气中CO2对除盐水箱的污染。其方法为：

3.1.1  水箱口进气经过NaOH溶液中和气体吸收除CO2气体，并洗涤其中尘埃和其它酸性气体。

3.1.2  水箱溢流口采用U型管水封，将水箱维持全封闭运行。

3.1.3

在水箱溢流管适当位置，接入一只三道叉管，装上动作灵敏的反向空气逆止阀（即水箱负压时逆止阀关闭，微正压开启。）

3.2  系统设计时确定的系数

3.2.1  碱箱体积，碱液合理高度与CO2被中和吸收率的关系；

3.2.2  被吸入空气的体积流量、流速与除盐水箱出水流量对应关系；

3.2.3  负压止回阀与碱液除碳器内空气小孔分布匹配诸要素。

3.3  设计目标

为了使除盐水免受空气中CO2的污染，确保向机组供应合格水（尤以电导率为首要要素）其DD≤0.2μs/cm除盐水，设计中除盐水箱加装呼吸器后，当水箱进水电导率不大于0.15μs/cm时，除盐水箱出水电导率不大于0.2μs/cm；同时确保在机组大流量（Q≤200t/h）补水时，或水箱静置7天时，碱液除碳器工作效率正常，除盐水箱出水DD仍不大于0.2μs/cm。

3.4  要确保除盐水箱安全运行，有防止碱液误入除盐水箱。防止除盐水箱超压或应生负压吸瘪的具体措施。

上述这些诸要素经国家热工研究院与洛河电厂共同在试验室内经几个月的模拟试验，克服了不少困难，合理地找到了适合现场应用的相应参数，尔后进行设备选型、制造，并合理分工，洛河发电厂化学分场承担全部设备的安装任务，热工院负责监造供货及调试。在原有设备基础上因地制宜地实施改造安装，经双方密切配合，整个改造项目顺利完成，并经为期一个月的现场调试，一次性地获得了成功，各种数据令人满意，向机组提供的除盐水电导率可xx符合国家和行业标准电导率≤0.2μs/cm的严格要求。

4  水箱密封前后试验情况

洛河电厂4×800m3除盐水箱密封改造工程完工后，于2000年10月4日开始对密封系统进行调试，并于2000年10月23日正式运行，到2000年11月23日，经为期32天运行考核，其结果令人满意，在整个考核期内除盐水箱出水的电导率达到了设计目标，其DD25oC≤0.2μs/cm。

4.1  除盐水箱出水电导率情况

经改造成密封系统后的除盐水箱投运后，我们即对其进行连续不停地考核试验，每2小时记录一次数据（见表一，因数据太多，只随机摘取部分数据），从表一可以看出：

除盐水箱密封前后的除盐水箱进出除盐水电导率情况表（部分）

表一

2000年

日期时间进水

电导率

μs/cm出水

电导率

μs/cm日期时间进水

电导率

μs/cm出水

电导率

μs/cm

10.19:000.0810.31111.21:000.0720.091

21:000.0710.3179:000.0740.143

10.99:000.0650.28717:00 0.190

21:000.0850.35723:000.0800.150

10.169:000.0680.30811.71:000.0690.085

21:000.0750.2729:000.0950.126

10.199:000.0610.30817:000.0770.125

19:000.0640.17023:000.1100.118

23:00 0.19811.121:000.0780.095

10.231:000.0780.1469:000.0780.108

9:000.0630.11317:000.0790.183

17:000.0610.10511.179:000.0720.165

23:000.0610.13917:000.0720.131

10.271:000.0770.11023:000.1750.208

9:000.0720.15211.231:000.2430.220

17:000.0700.16717:000.0770.192

23:000.0730.10023:000.0780.145

 

4.1.1

当除盐水箱进水电导率为0.06-0.1μs/cm左右时（一般不大于0.15μs/cm）在动态状况下（水箱进出水同步），xx能向机组补充电导率合格的除盐水，即DD25oC≤0.2μs/cm。

4.1.2

除盐水箱密封前后出水电导率差值比较见表一，很显然，密封后出水电导率大幅度下降，其差值{zj0}的可达0.1μs/cm。

4.2  机组给水氨含量情况

洛河电厂机组给水PH值的控制是采用二级自动加氨来实现的，在自动加氨控制条件（给水PH）没有改变的情况下，我们对除盐水箱密封前后的#1机给水PH值、氨含量分析数据进行了比较（详见表二和图二），可以看出，在除盐水箱密封系统投运前后的机组给水PH基本保持不变的情况下，除盐水箱采用了该密封装置后，除盐水箱内储存的除盐水受大气的二次污染量有了很大的改善，储存的除盐水中CO2的含量达到了有效控制，但CO2的含量还可进一步下降，因为经除盐的纯水若无CO2污染的话，将其PH值从6.5-6.8提高到8.5时，查相关资料只要加氨0.06mg/l就足够了，如把PH提高到8.8-9.3只需加氨0.2mg/l-0.7mg/l已能满足，而表二中的加氨量，当PH值维持在9.0左右时，加氨量已达0.5mg/l以上，当然二次加氨量的不正常上升，亦可能为净凝水箱遭受空气污染而造成的，经此证明，净凝水箱的密封运行亦是必要的。

除盐水箱密封前后的#1机给水pH、氨含量情况对照表

表二

除盐水箱密封前给水除盐水箱密封后给水

分析时间pH值

氨含量

（mg/L）分析时间pH值

氨含量

（mg/L）

2000.9.59.130.862000.10.249.020.56

2000.9.79.080.762000.10.268.900.58

2000.9.129.040.662000.10.318.950.63

2000.9.149.070.752000.11.29.000.60

2000.9.199.130.712000.11.79.070.64

2000.9.219.020.702000.11.98.900.52

2000.9.268.900.722000.11.149.000.48

2000.9.308.950.972000.11.168.980.50

2000.10.89.030.852000.11.219.160.73

2000.10.108.900.682000.11.239.050.60

2000.10.198.940.672000.11.289.030.49

平 均 值9.020.76平 均 值9.010.58

 

图二   除盐水箱密封前后的#1机给水pH变化情况图

 

图三   除盐水箱密封前后的#1机给水氨含量变化情况图

众所周知对大多含铜系统的热力系统（例如低压给水系统）铜在含氧和NH3水中的腐蚀为电化学腐蚀历程，腐蚀的阳极过程是铜在氨环境中的氧化：

Cu+NH3       [Cu(NH3)4]2++2e

腐蚀的阴极过程水中溶解氧的还原：

O2+2H2O+4e       4OH-

由于腐蚀产物为可溶性的络离子，所以腐蚀过程便无阻碍地进行下去，铜的腐蚀速度与水中氨、氧浓度休戚关联，如水中氨浓度较小时，尤其是当氨浓度小于1.0mg/l时，形成铜氨络离子的倾向很小，所以当纯水不受CO2污染，只需加入微量的氨便可恰当地控制其PH值，从而减少铜及其合金在水中的腐蚀。实践表明，发电厂低压给水只要将PH值从6.0-6.5提高到8.0-8.5时，铜合金便处于基本的钝化状态，其腐蚀速率将降低百倍以上。总之，除盐水箱密封运行后，防止了CO2的污染，将大大地改善发电厂水汽品质，有利于机组健康运行。

5  相关问题

5.1  水箱密封运行带来的好处

5.1.1  纯水PH值得以稳定，确保了补充水电导率的合格。

水箱敞口运行空气中CO2（含其它酸性气体SOX、NOX和尘埃）相当溶解于除盐的纯水中，致使纯水PH值下降至6.0-6.5而电导率将上升至0.3-0.5μs/cm（个别的会达到0.6-0.9μs/cm）,补充水电导率的合格、PH值的稳定，减少了机组给水校正处理的复杂因素，大大地减少了给水处理一、二级加氨量；加氨量减少多少，可直接由下列中和反应方程式核定数计算而得出：

CO2+H2O=H2CO3

H2CO3+2NH3=(NH4)2CO3

从以上化学方程式可经得出，1摩尔的CO2，需2摩尔的NH3才能中和，以克分子计算的话，44克的CO2需34克的纯NH3来中和吸收。一座大型火力发电厂，以4×300MW机组为例，每年大约经除盐水箱中间储存后的机组补充和一、二级除盐设备再生每年为60万立方米除盐水，若以换合格水：空气=1：1计，则需净化约60万立方米空气，亦即需除去300Kg二氧化碳，需240Kg纯氨来中和，也就是说，水箱经密封后每年给水加氨量减少了，由于加氨量的降低，对含铜系统的机组，将减少给水中铜离子含量，如此，亦含减少热力系统腐蚀结垢速率，提高机组的健康状况。

5.1.2

CO2的降低，加氨量的减少降低了高速混床阴阳树脂工作交换容量的负担，延长混床运行时间，减少混床漏SiO2机会，提高了出水质量。

5.2  吸收CO2碱箱设计及管理

5.2.1

设计：为中各吸收空气中CO2所设置的碱液箱，其体积宜多少为合理，要综合考虑，它取决于设备运行供水量，空气成份等因素，对800m3除盐水箱经室内试验模拟放大，体积以1m3为宜，且碱液层厚度为350-400mm，以满足吸入的空气中CO2与碱液接触使中和反应xx彻底的所需的时间和路径。应该说，空气进入碱液锅内的母管、支管、（支管上）空气分配孔后，空气泡越细微越地，这样便可以增加气体与碱液的接纳表面，充分使空气中CO2气体（和其它酸性气体）与NaOH发生xx的中和反应，去除率也就会提高了，由于CO2很难测准，故CO2的去除率很难xx计算，这有望于今后有CO2智能化分析仪表出现再作出现场测试，亦可对现有的CO2碱液吸收装置进行相应改进、完善。

5.2.2

管理:对碱液吸收器而方，正常运行后无需管理。但是，随运行时间的推移延续，其碱液由于吸收CO2而浓度逐步下降，故对其加以一定的监督仍是必要的，不言而喻，由于化学反应与参与反应物的浓度成正比关系，所以碱度的下降对除去CO2是不利的。因此确定一个NaOH浓度{zd1}极限值是非常必要的。目前，由于该套装置运行周期较短，CO2的去除率尚高，经脱除CO2后的空气尚能满足补给水导电率的合格，故眼下还不能确定它的{zd1}浓度为碱的失效值，有利于今后长期地定进采样分析，积累经验后可再作结论。需要指出的是：用NaOH溶液体吸收去除空气中的酸性气体并不是{zj0}方法，因为NaOH与CO2

反应后形成的Na2CO3 溶解度较低，容易阻碍NaOH与CO2

的中和反应，如价格合理的话，以20%的KOH溶液作吸收剂可能会更理想，除CO2率更高。

6结论

6.1  大型除盐水箱经改造，以碱液吸收中和净化空气，实行密闭运行是可行的，可确保向机组提供真正合格的除盐水。

6.2  该方法系统简单，工艺明了，运行可靠，维护量小，投资少效益高。

6.3  该方法除应用除盐水箱防止空气中CO2污染外，也可同样推广到大机组凝结

水处理净凝水箱的密封运行中去，这要也可进一步减少CO2气体对机组给水校正处理带来的难度。在有条件情况下，经完善亦可运用于发电机内冷水箱的密封运行。