凝结水精处理系统

凝结水精处理系统

一、概述

1.1.1 凝结水的含义：凝结水一般是指锅炉产生的蒸汽在汽轮机做功后，经循环冷却水冷却凝结的水。实际上凝汽器热井的凝结水还包括高压加热器（正常疏水不到热井）、低压加热器等疏水（疏水是指进入加热器将给水加热后冷凝下来的水）。由于热力系统不可避免的存在水汽损失，需向热力系统补充一定量的补给水（除盐水箱来水）。因此凝结水主要包括：汽轮机内蒸汽做功后的凝结水、各种疏水和锅炉补给水。

1.1.2 凝结水精处理的目的

凝结水由于某些原因会受到一定程度的污染，大概有以下几点：

1）凝汽器渗漏或泄漏

凝结水污染的主要原因是冷却水从凝汽器不严密的部位漏至凝结水中。凝汽器不严密的部位通常是在凝汽器内部管束与管板连接处，由于机组工况的变动会使凝汽器内产生机械应力，即使凝汽器的制造和安装质量较好，在使用中仍然可能会发生循环冷却水渗漏或泄漏现象。而冷却水中含有较多悬浮物、胶体和盐类物质，必然影响凝结水水质。

2）金属腐蚀产物的污染

凝结水系统的管路和设备会由于某些原因而被腐蚀，因此凝结水中常常有金属腐蚀产物。其中主要是铁和铜的氧化物（我公司热力系统设备基本上没有铜质材料）。铁的形态主要是以Fe2O3、Fe3O4为主，它们呈悬浮态和胶态，此外也有铁的各种离子。凝结水中的腐蚀产物的含量与机组的运行状况有关，在机组启动初期凝结水中腐蚀产物较多，另外在机组负荷不稳定情况下杂质含量也可能增多。

3）锅炉补给水带入少量杂质

化学水处理混床出水即为锅炉补给水，一般从凝气器补入热力系统。由于混床出水在运行中的严格控制，补给水杂质含量很少，其水质要求：DD≤0.2μs/cm ，SiO2≤20μg/L。如果混床出水不合格，就可能对凝结水造成污染。

由于以上几种原因，凝结水或多或少有一定的污染，而对于超临界参数的机组而言，由于其对给水水质的要求很高，所以需要进行凝结水的更深程度的净化，即凝结水精处理。

1.1.3 凝结水精处理设备介绍

凝结水精处理系统采用中压凝结水混床系统，具体为前置过滤器与高速混床的串连，每台机组设置2×50％管式前置过滤器和3×50％球形高速混床，混床树脂失效后采用三塔法体外再生系统，其中1、2号机组精处理共用一套再生装置。再生系统主要包括分离塔、阴塔和阳塔（即“三塔”），另外还包括酸碱设备、热水罐、冲洗水泵、罗茨风机、储气罐等设备。1.1.4 凝结水精处理系统流程

1.1.5 凝结水精处理体外再生系统树脂流程

二、设备结构及原理

1.1.6 前置过滤器

1）作用

除去凝结水中悬浮物、胶体、腐蚀产物和油类等物质。它主要用在机组启动时对凝结水除铁、洗硅，缩短机组投运时间。另外除去了粒径较大的物质，延长了树脂运行周期和使用寿命。2）结构及工作原理

前置过滤器整体为直筒状，采用碳钢结构。内部滤元为管式，滤元骨架采用316不锈钢材质，共有268根管（管束）竖着固定在前置过滤器上下端之间。每根管上有若干水孔，并且在管外缠绕着聚丙烯纤维滤料，滤料过滤精度为10μm。水从前置过滤器底部进入管束之间，流

经纤维滤料，杂质被截留在滤料上，水流入孔内，管束中的水汇流至前置过滤器外。当前置过滤器进出口压差达到设定值时，前置过滤器需要反洗，水从底部出水口进入管中对滤料进行反冲洗，排水从进水口排出（与运行水的流向相反）。另外底部进气松动滤料，加强前置过滤器的反洗效果。为了保证空气反洗时布气均匀，在设备下部共设四个进气口，同时顶部排气口设快开气动蝶阀，以利于产生曝气将附着于滤元的脏物脱离滤元表面，便于反洗时予以清洗。

3）纤维过滤原理

纤维过滤是一种较新型的过滤技术。我公司的前置过滤器为垂直悬挂式前置过滤器，它可以使水流由大孔隙滤层向小孔隙滤层方向流动，提高了截污能力，降低了水流阻力，出水水质亦有较大改善（相对粒料过滤而言，如净化站的空气擦洗滤池、补给水处理设备中的双介质前置过滤器等）。我公司的前置过滤器滤料是一种高分子化学纤维材料，叫聚丙烯纤维（又叫丙纶纤维），具有滤料直径小，滤料比表面积和比表面自由能大的优点，增加了水中杂质颗粒与滤料的接触机会和滤料的吸附能力。其化学性质很稳定，不带任何活性功能基团，水中悬浮物向纤维滤料表面的迁移和既有物理吸附又有化学吸附。

这种材料对水中的悬浮颗粒没有特殊的活性，主要起物理吸附作用，这与石英砂等粒状滤料相似，吸附的结合势能较差，所以纤维表面吸附的泥渣可用水冲洗和压缩空气擦洗的物理方法去除。丙纶丝的直径仅有几十微米，其表面积比石英砂等粒状滤料大得多。

1.1.7 高速混床

1）作用

主要除去水中的盐类物质（即各种阴、阳离子），另外还可以除去前置过滤器漏出的悬浮物和胶体等杂质。

2）高速混床结构及工作原理

我公司高速混床采用直径为3000mm的球形混床，进水配水装置为三级配水。既充分保证进水分配的均匀，又防止水流直接冲刷树脂表面造成表面不平，从而引起偏流，降低混床的周期制水量及出水水质。水从混床上部进入床体，透过树脂后从下部出水装置流出。出水装置设计为蝶形板加水帽，共有176只水帽，整个出水装置采用316制作，其作用有二个：第一，由于水帽在设备内均匀分布，使得水能均匀地流经树脂层，使每一部分的树脂都得到充分的利用，可以使制水量达到最大的限度；第二，光滑的弧形不锈钢多孔板可减少对树脂的附着力，使树脂输送非常彻底。混床失效后，树脂从底部输出，输送完毕后，再生系统的阳塔备用树脂从混床上部输入，进入下一运行周期。混床投运时需经再循环泵循环正洗，出水合格后方可投入运行。

3）除盐原理：

混床内装有强酸阳树脂和强碱阴树脂的混合树脂。凝结水中的阳离子与阳树脂反应而被除去，阴离子与阴树脂反应而被除去。以R-H 、R-OH分别表示阳、阴树脂，反应如下：

阳树脂反应：R-H ＋ Na+（Ca2+/Mg2+）→RNa（Ca2+/Mg2+）＋ H+

阴树脂反应：R-OH ＋ Cl-（SO42-/NO3-/HSiO3-）→RCl（SO42-/NO3-/HSiO3-）＋OH- 总反应：R-H＋R-OH ＋Na+（Ca2+/Mg2+）＋Cl-（SO42-/NO3-/HSiO3- ）→ RNa ＋ RCl ＋H2O

树脂失效后，阳树脂用酸再生，阴树脂用碱再生。再生化学反应为上面反应的逆向反应。

1.1.8 树脂捕捉器

1）作用：

当混床出水装置有碎树脂漏出或发生漏树脂事故，树脂捕捉器可以截留树脂，以防树脂漏入热力系统中，影响锅炉炉水水质。树脂是高分子有机物，在高温高压下容易分解出对系统有害的物质，如果漏进给水系统势必对热力系统造成较大影响。

2）结构及工作原理：

捕捉器内部滤元为篮筐式结构，滤元绕丝间隙为0.2mm，带少量树脂的水透过滤元流出，树脂被滤元截留。设备设计成带圆周骨架的易拆卸结构，在检修时不需管道解体的情况下打开罐体检查并可以取出过滤元件，清除堵塞污赃物，方便了运行与维修。捕捉器进出口压差超过设定值时，需要反冲洗。

1.1.9 再循环泵

混床投运时用来循环正洗。再循环泵进水是没有经过树脂捕捉器，是混床直接出水，经再循环阀流入混床形成一个循环。再循环泵的作用：第一，混床投运初期水质不合格，必须使其再循环合格后方能投运；第二，启动再循环泵后用较小流量使床层均匀压实，防止运行发生偏流，而大流量则不容易使床层均匀压实。每台机组精处理系统各有一台再循环泵，其出力为500m3/h。

1.1.10 分离塔

1）作用：

空气擦洗树脂擦掉悬浮杂质和腐蚀产物；水反洗使阴阳树脂分离以及去除悬浮杂质和腐蚀产物；暂时贮存少量未完全分离开的混脂层，以待下次分离。

2）结构及工作原理：

分离塔采用碳钢焊制，橡胶衬里。其结构特点是上大下小，下部是一个较长的筒体，上部为锥筒形。这种结构的设计能充分利用反洗时的水流特性，使阴阳树脂彻底分离。设备中间留有约1m高的混脂层，避免了树脂输送时造成阴、阳树脂交叉污染。罐体设置有失效树脂进口、阴树脂出口、阳树脂出口、上部进水口（兼作上部进压缩空气、上部排水口）和下部进水口（兼作下部进气、下部排水口）。底部集水装置设计成双蝶形板加水帽式，绕丝或水帽缝隙宽度0.25毫米，使得水流分布较为均匀，上部配水装置为支母管式，反洗排水装置为梯形绕丝筛管制作，以便于正洗进水和反洗排水。分离塔还设有7个窥视境，用于观察塔内树脂状态。

分离塔的特殊结构有以下优点：

反洗时形成均匀的柱状流动，不使内部形成大的扰动；分离塔顶部锥筒形结构有足够的反洗空间，利于反洗；塔内没有会使产生搅动及影响树脂分离的中间集管装置，在反洗、沉降、输送树脂时，内部搅动减少到最小；分离塔截面小，树脂交叉污染区域小；分离塔有多个窥视孔，便于观察树脂分离；底部主进水门和辅助进水调节门可以提供不同的反洗强度水流，利于树脂的分离。

高速混床失效树脂输入分离塔后，通过底部进气擦洗松动树脂，使悬浮杂质和金属腐蚀产物从树脂中脱离，通过底部进水反洗直至出水清澈。然后通过不同流量的水反洗使阴阳树脂分离直至出现一层界面。阴树脂从上部输至阴塔，阳树脂从下部输至阳塔，阴、阳树脂分别在阴、阳塔再生。剩下的界面树脂为混脂层，留到下一次再生参与分离。

1.1.11 阴塔

1）作用：对阴树脂进行空气擦洗、反洗及再生。

2）结构及工作原理

阴塔上部配水装置为挡板式，底部配水装置为不锈钢碟形多孔板加水帽，既保证了设备运行时能均匀配水和配气，又使得树脂输出设备时彻底干净。进碱分配装置为T型绕丝支母管结构（又称鱼刺式），其缝隙既可使再生碱液均匀分布又可使完整颗粒的树脂不漏过，并可使细碎树脂和空气擦洗下来的污物去除。

分离塔阴树脂送进阴塔后，通过底部进气擦洗和底部进水反洗阴树脂，直至出水清澈。然后从树脂上部进碱再生、置换、漂洗。

1.1.12 阳塔

1）作用：对阳树脂进行空气擦洗及再生；阴阳树脂混合；贮存已经混合好的备用树脂。2）结构及工作原理（结构同阴塔）

分离塔阳树脂送进阳塔后，通过底部进气擦洗和底部进水反洗阳树脂，直至出水清澈。然后从树脂上部进酸再生、置换、漂洗后，阴塔树脂再生合格后，阴树脂送入阳塔中与阳树脂混合，成为备用树脂。

1.1.13 再生辅助设备

1）精处理贮（碱）罐

材质为玻璃钢，酸、碱罐各一个，容积均为30m3，用来贮存酸碱，树脂再生时送到酸（碱）计量箱。化工厂酸（碱）运输槽车运来酸（碱）后，经卸酸（碱）泵送入贮酸（碱）罐。2）精处理酸（碱）计量箱

内衬耐酸碱橡胶，酸、碱计量箱各一个，其容积均为3m3，用来计量再生酸碱用量。

3）精处理酸雾吸收器

由于浓盐酸是挥发性酸，以防止酸雾对设备、建筑物产生腐蚀以及危害人体健康，设置酸雾吸收器将计量箱的排气口的排气引入，通过水喷淋填料后将酸雾吸收。吸收酸雾后的酸性水排入精处理废液池。

4）精处理酸（碱）喷射器

喷射器是利用流体（液体或气体）来输送介质的动力设备，与其它机械泵（离心泵、齿轮泵、柱塞泵等）相比，无运动部件。因而，具有结构简单、紧凑、轻便，运行可靠，无泄露，免维修等优点。其工作原理是：利用有压介质通过喷嘴以高速射出，在喷嘴出口（混合室）造成较强的真空，使混合室中的介质与高速流动的工作介质发生能量交换，使被抽吸介质与工作介质在喉管处进行充分的能量转换。此时，被抽吸介质的流速增加而工作介质的压力降低，两种介质的速度到喉管出口处逐渐达到一致。最后，通过扩散管将混合介质的动能转换为压力。

精处理酸（碱）喷射器材质为聚四氟乙烯，利用喷射器将酸（碱）打入阳（阴）塔。

5）精处理热水箱

热水箱容积为7.8 m3，内部有四根电加热器，它是为了提高碱液温度，以提高阴树脂的再生效果。运行时必须充满水，加热器根据热水箱的温度定时加热。加热器启动加热到高限设定值时自动停止，当水温低于低温设定值时，加热器自动重新启动。冷水从底部进入热水箱，热水从上部出来至碱喷射器。碱喷射器出口温度通过热水箱出口三通阀控制，大约在40℃左右。

6）废水树脂捕捉器

该设备为敞开容器式，内衬耐酸碱橡胶，且设有金属网筒，网缝隙为0.80mm，能截留分离塔、阴塔或阳塔在树脂擦洗或水反洗由于流量控制不当而跑出的树脂，以防树脂排入废液池而树脂遭受损失，截留的树脂可以通过树脂添加斗重新加到阳塔。设备上设一液位开关，液位高报警时提醒工作人员捕捉器滤芯被堵。

7）冲洗水泵

1、2号机组精处理再生系统有3台冲洗水泵，其出力为70—100m3/h。冲洗水泵的水源为除盐水，接自除盐水水箱，用于树脂的反洗、清洗、输送、管道冲洗和稀释再生剂以及前置过滤器失效后的反洗。

8）罗茨风机

1、2号机组精处理再生系统精处理再生系统有2台罗茨风机，风量8.05Nm3/min。罗茨风机是一种容积式动力机械。一对相互啮合的叶轮将进、排气口分开，由同步齿轮传动，两叶轮在汽缸中作等速反向旋转，在旋转过程中，进气口的气体不断的被叶轮推移到排气口，从而达到强制排气的目的。

罗茨风机用于树脂的擦洗松动和树脂的混合。其气源是空气，进口有滤网，防止杂物进入。前后都有消音器，利于减少所释放的噪音。再生步骤需启动罗茨风机时，往往先要预启动，是为了吹去风管的杂物，此时开启风管上的排风门。

9）精处理储气罐

我公司精处理系统共有5个8.0m3的储气罐，其中每台机组前置过滤器和混床系统分别设置1个储气罐，用于前置过滤器的擦洗和混床输出树脂以及阀门仪表用气。1、2号机组精处理再生系统设置分别设置1个储气罐，用于分离塔、阴塔和阳塔的顶压排水和阴塔、阳塔冲洗前的加压以及阳塔气力输出树脂。其气源是厂房来的压缩空气。

10）树脂填充斗：用于阴塔、阳塔的树脂添加，它是利用水的流动把树脂抽入罐体，一次填充树脂体积0.15 m3。

11）精处理废液池：用于收集精处理排放的废水，经3台废水提升泵送至机组排水槽集中处理。

12）机组排水槽

用于收集主厂房的一些排污水，凝结水精处理再生废水也排入机组排水槽。1、2号机组有一台容量大约300 m3的机组排水槽，其中每个机组排水槽设有3台废水提升泵，其中两台将废水送至工业废水处理系统，另外两台将废水送至锅炉酸洗废水池。

13）锅炉酸洗废水池

用于收集锅炉化学清洗时，收集清洗废液，锅炉酸洗废水池有两台废水提升泵，将废水送至冲灰系统综合利用。

14）电热水箱

再生时提高碱液温度，再生效果，有利除硅。

三、设备运行及控制

1.1.14 设备运行概述

1）前置过滤器及混床系统

正常运行时，每台机精处理两台前置过滤器运行，无备用，当一台前置过滤器失效时，退出运行进入反洗程序；三台混床两台运行一台备用，当一台混床失效时，投运另一台混床并经再循环泵循环正洗至混床出水合格后投入运行。失效混床进入再生程序。

前置过滤器运行到进出口压差达0.04MPa时，进入反洗程序。

前置过滤器运行大体步序：

备用→ 升压→正洗→ 运行→ 失效→ 反洗

混床运行大体步序：

备用→ 升压→ 循环正洗→ 运行→ 失效→ 再生

2）凝结水精处理旁路阀的运行方式

凝结水精处理有两个旁路阀，一个是前置过滤器的旁路阀，一个是混床的旁路阀，两个旁路阀开度均有三档，即0－50％－100％。正常运行时，两个旁路阀均关闭。

前置过滤器旁路阀：

机组启动初期，凝结水中含有大量的杂质、油类等物，如含有这些物质的凝结水进入管式前置过滤器，将会给前置过滤器内的滤元造成不可恢复的破坏，使得滤元再也无法清洗干净，从而失去其原有的作用，故此时的凝结水经前置过滤器100%旁路，并排放，待凝结水进水总悬浮物在25μg/L以下时再投运前置过滤器。

凝结水进口母管水温超过50℃时，旁路阀自动100%打开，并关闭每个前置过滤器进出水门，凝结水100%通过旁路系统，保护前置过滤器和滤元不受损坏。

当前置过滤器系统旁路压差大于0.1MPa时，旁路阀打开，使100%凝结水通过旁路系统；前置过滤器进出口压差大于0.04MPa时，旁路阀打开，使50%凝结水通过旁路系统，另外

50%凝结水流量通过没有失效的前置过滤器，失效前置过滤器进行反洗操作。

混床旁路阀：

凝结水进水母管水温超过50℃或混床系统进、出口压差大于0.35MPa时，旁路阀自动100%打开，并关闭每个混床的进出水门，凝结水100%通过旁路系统，保护树脂和混床不受损坏。在机组初投时凝结水含铁量较高，当含铁量超过1000 μg/L时，混床旁路阀开启，凝结水量100%通过旁路排放。待人工检查凝结水符合进水水质要求，凝结水方可进入精处理混床系统，待有两台混床处于正常投运状态时，才可完全关闭旁路阀。

C?10μg/L、阳离子电导率（25>2μg/L、SiO2>当一台混床运行直到出水：Na＋s/cm或制水流量累积达额定值，这些条件任意一个达到时，盘上出现报警。先自动投运另外一台备用混床，再退出此混床。μ0.15>）

3）再生系统

失效树脂从混床底部经树脂管道送入分离塔，在分离塔中进行擦洗（除去树脂表面吸附的杂质）、反洗分层后，处于上层的阴树脂送到阴塔进行擦洗、进碱再生，位于下层的阳树脂送到阳塔进行擦洗、进酸再生，然后阴塔阴树脂送到阳塔与阳树脂进行混合，混合树脂冲洗合格后转入备用。

体外再生大体步序：

混床失效树脂送至分离塔→ 阳塔备用树脂送至混床→ 分离塔树脂擦洗、分离并送出→ 阴树脂再生→ 阳树脂再生→ 阴树脂送至阳塔→ 阴阳树脂混合漂洗备用

1.1.15 运行控制

1）运行控制概述：

凝结水精处理控制采用4种控制方式，即程序控制（自动控制）、半自动控制、在LCD和键盘上对工艺系统远方控制和就地手动控制。凝结水精处理系统控制程序包括混床的投运、停运和再生程序等。控制范围包括前置过滤器、混床及体外再生单元；设计有前置过滤器投运、反洗及停运，混床投运、停运，再生步序等程序。程序的每一部分的完成由人工确认后进入下一部分的程序运行。另外，程序还设置手操控制方式。通过就地电磁阀箱的电磁阀也可对每一个阀门进行操作。控制系统采用微机监控，CRT显示及键盘操作。

2）精处理系统运行控制：

旁路阀的前后、前置过滤器前后、树脂捕捉器前后设有差压变送器。前置过滤器旁路阀前后的压力变送器，监测前置过滤器系统的压差。混床旁路阀前后的压力变送器，监测混床系统的压差。树脂捕捉器前后的差压变送器监测树脂捕捉器压差，当压差超过某一设定值时，树脂捕捉器所在列的混床停运，在确认备用床投运成功后，将失效混床退出运行，树脂捕捉器进行反冲洗。系统入口母管设有电导率表、温度变送器、压力开关。电导率表主要用来监测入口的凝结水水质；温度变送器用来监测系统入口母管凝结水的温度。压力开关用来监测混床入口母管的凝结水的压力。

每台前置过滤器、混床的入口设有流量计、升压旁路阀、压力变送器。流量计用来监测通过前置过滤器、混床的凝结水流量，通过流量计的输出信号，也可以累计周期制水量；升压旁路阀的作用是保证前置过滤器、混床在投运前，入口压力缓慢上升，防止压力升高过快对前置过滤器、混床内部结构产生冲击，压力的变化由压力变送器来监测。

每个混床的出口设有电导率表、硅表、钠表，主要用来监测混床出水水质，当某项出水指标不合格时，备用混床投运后，失效混床退出运行，进行再生。钠表和母管上的PH表是混床NH+4/OH-型运行时的主要监测仪表。

混床出水母管上设有电导率表、硅表、PH表，主要监测精处理系统的出水水质。

前置过滤器、混床排气母管上设有液位开关，自动监测前置过滤器、混床充水是否充满。3）精处理再生系统运行控制：

分离塔的本体上设置了超声波液位计，用来监测树脂和水的界面，控制阳树脂的输送终点。阳、阴再生塔排水管上设置电导率表，监测阳阴再生塔内的树脂再生、清洗是否合格。

再生塔排气母管上设有液位开关，自动监测再生塔充水是否充满。

阳阴再生塔的冲洗水管上设有流量计，监测再生塔的冲洗水流量。

4）精处理辅助系统运行控制：

酸碱液稀释水管上设有流量计，调节阀门开度时指示流量。

稀酸碱液管上设有酸碱浓度计，指示再生用酸碱液的浓度。

冲洗水泵出口母管上设有流量计，指示泵启动后输送至各个部位的流量。

稀碱液管上设有温度变送器，通过温度变送器的输出信号控制三通调节阀的开度。

热水箱上配有温度变送器和液位开关。通过温度变送器的输出信号控制加热器的开、关及加热器投入的组数；液位开关控制热水箱的液位，防止低液位时加热器过热而导致加热器烧坏。酸碱计量箱上设有带远传信号的磁翻板液位计，不仅具有就地显示液位的功能，而且具有信号输入PLC后在CRT画面上显示液位高低的功能。

5）凝结水精处理的水质：

项目典型启动正常运行

预计进水水质要求出水水质预计进水水质要求出水水质

悬浮固体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

氢导（μs/cm）__ ＜0.2 __ ＜0.15

PH （25℃）8~9 6.5～7.5 8～9 6.5～7.5