火电厂凝结水的污染源与净化措施

由蒸汽凝结而成的凝结水，本应非常清洁，但由于在水汽循环过程中难免有金属腐蚀物和冷却水混入，而造成凝结水的污染，若送入锅炉之前不进行处理，将使锅炉出现结垢和腐蚀等问题，后果十分严重。

1.凝结水污染的原因

(1)金属腐蚀产物的混入。金属腐蚀产物是凝结水系统的管路和设备在使用过程中受到腐蚀产生的。

组成凝结水系统的管路和设备的金属材料以碳钢为主，另有少量的铜作为换热器的材料，所以凝结水中的金属腐蚀产物主要是铁和铜的腐蚀产物。疏水中含铁量大约在50～5000μg/L范围内变化，含铜量约在50～1500μg/L范围内变化。其中铁的腐蚀产物主要是呈悬浮态(粒径大于0.1μm)和胶态的Fe3O4和Fe2O3等氧化物以及呈离子态的各种铁离子，电厂通常用铁化合物的总含量——称之为“全铁”来表示凝结水中铁腐蚀产物的含量。

影响凝结水中金属腐蚀产物含量的因素是多方面的，不同机组、不同使用的时间、不同运行条件都会引起金属腐蚀产物含量变化，比如，机组在启动的时候，金属腐蚀产物的含量要大大高于机组正常运行时的含量——正常运行时凝汽器凝结水的铁、铜腐蚀产物含量大约分别为10～30μg/L和5～15μg/L，而启动时其含量将分别高达500～3000μg/L和20～100μg/L。

(2)凝汽器漏水。凝汽器是汽轮机的“冷端”，是接受汽轮机排汽并使之冷凝的热交换器。现在广泛用于火力发电厂的是利用水作冷却介质的表面式凝汽器。大量的冷却水将蒸汽的热量带走，因体积骤然缩小形成真空，真空的存在虽然大大地提高了汽轮机出力，提高了循环热效率，但也为冷却水的混入创造了条件。

图2-3是这种凝汽器的基本结构示意图，它由外壳、水室、管板、隔板、冷却水管等组成。外壳两端连接端盖，并在两侧形成水室，在端盖和外壳间装有多孔的管板，管板的孔内装有许多冷却水管。在凝汽器内部还装备若干块中间隔板，下部设有热井。汽轮机排汽从进汽口进入凝汽器，冷却水从进水口进入凝汽器，蒸汽和冷却管接触而凝结。

图2-3　表面式凝汽器的基本结构与汽、水流动

1—凝汽器外壳；2、3—水室端盖；4—管板；5—冷却水管；6—排汽进口；7—热井；8—抽除空气的管口；9—空气冷却区；10—凝汽器空间隔板；11—冷却水进口；12—冷却水出口；13—水室隔板；14—汽空间；15、16、17—水室

冷却水进入凝汽器分渗漏和泄漏两种情况。

渗漏是指在凝汽器严密性很好的状况下，冷却水也会或多或少地渗入到凝结水中的一种情况。有关测试结果表明，在设备状况良好的情况下凝汽器也仅仅可以做到渗入的冷却水量为汽轮机额定负荷时凝结水量的0.005%～0.02%。

凝汽器泄漏是冷却水通过管子或管子与管板的固接部位的破损处进入凝结水的情况。凝汽器在加工、制造、安装、运行等环节中都有可能造成泄漏隐患。比如凝汽器的管子因制造的缺陷或因腐蚀出现裂纹和穿孔，又如在凝汽器管子与管板的连接部位，不但因制造和安装时保证密封的技术难度大，极易出现管子与管板的固接不良问题，而且由于其结构特点会在这里形成应力集中，机组运行过程由于负荷和工况变动将受到热应力和机械应力的反复作用，因此，即使制造和安装质量都很好，仍有可能出现由于机组运行造成的破损，从而造成凝汽器泄漏。凝汽器泄漏发生时进入凝结水中的冷却水要比只发生渗漏情况下多得多。

总之，冷却水从汽轮机凝汽器不严密的地方进入凝结水中，就同时把冷却水中的杂质带入了凝结水，由于冷却水基本上是取自天然水，在天然淡水资源紧缺的情况下，还会使用海水或再生废水(即中水)，水中往往含有较多的杂质。这些杂质是引起热力系统设备结垢、积盐和腐蚀等故障的重要因素。尤其是对高参数机组和直流锅炉机组危害更大。

(3)疏水和供热回水的污染。疏水和供热回水也是蒸汽凝结水，但由于冷凝条件比较差，这些凝结水中除了含有较多的腐蚀产物外，还常含有油。所以回收利用这两种水一般要先进行过滤除油处理。

2.凝结水的水质标准

凝结水质量的要求除了随锅炉的参数和类型的不同而不同外，还要考虑机组运行情况、凝汽器的管材、冷却水水质、锅内水处理方式甚至燃料类别等因素。

表2-1、表2-2和表2-3是我国有关凝结水的水质标准。其中表2-1列出了汽轮机凝结水硬度、电导率和溶解氧含量所应具有的指标。表2-2列出了机组启动时汽轮机凝结水的回收质量标准。表2-3是汽轮机凝结水经氢型混床处理后的水质指标。

表2-1　汽轮机凝结水的硬度、电导率和溶解氧的含量标准

表2-2　机组启动时凝结水回收质量标准

表2-3　处理后的凝结水质量标准

随着锅炉压力的不断升高和直流锅炉的采用，对给水水质的要求越来越高，如果给水含有少量可溶解杂质，则运行过程中局部浓缩有可能达到104～106倍，导致热力设备结垢和腐蚀。凝结水作为锅炉给水的主要组成部分，其质量对热力设备的安全、经济运行影响极大，以钠的泄漏为例，随着锅炉压力由20世纪50年代的12.36MPa到80年代以后超过了20.59MPa，凝结水中对钠的泄漏要求也由低于5μg/L到低于0.1μg/L，在大约50年的时间中，要求变严格了50倍。

3.凝结水的精处理

凝结水精处理的目的是除去凝结水中的机械杂质和含盐量。

国外从60年代开始对凝结水进行精处理，开始使用的是带有预过滤的深层混床系统，后来还使用过粉末树脂过滤的系统。因为使用后的效果明显，很快从直流炉扩展到容量和压力较大(300～600MW/19MPa级)的汽包(即锅筒)炉中。实践证明，凝结水精处理的应用，有许多的优点，如：保持热力设备有较好的总效率和容量；新机组以及机组大、小修后启动快；提高机组的可利用率，减少化学有关的事故和故障；减少化学清洗次数等。(www.xing528.com)

(1)凝结水精处理的应用原则。火电机组是否需要对凝结水进行精处理，目前遵循的原则如下：

1)对直流锅炉，全部凝结水应进行精处理，必要时还可设供机组启动用的除铁设施；

2)对亚临界锅筒锅炉，全部凝结水应进行精处理；

3)对高压锅筒锅炉，冷却水用海水时，部分凝结水应进行精处理；

4)对超高压锅筒锅炉，冷却水用海水或苦咸水时，部分凝结水应进行精处理；

5)对超高压锅筒锅炉，冷却水用淡水时，如担负调峰负荷，可设供机组启动用的除铁设施；

6)当采用带混合式凝汽器间接空冷系统时，全部凝结水应进行精处理，还应设供机组启动用的除铁设施，当采用直接空冷系统时，凝结水应除铁和除硅；

7)当锅筒锅炉给水采用联合处理或中性处理时，全部凝结水一般应进行精处理；

8)对于热负荷较高或起停频繁、腐蚀产物量较大的锅炉，即便是凝汽器采用钛管，也应该设置凝结水净化装置。

随着我国亚临界、超临界、大容量火力发电机组的广泛应用，凝结水精处理的使用已愈来愈多。凝结水精处理设备对亚临界及以上压力机组的安全运行，具有重要的意义。

还有一点需要强调，虽然凝结水精处理可以作为凝汽器泄漏的一种 “防范措施”。但为保证凝结水的水质，还需要特别注意防止凝汽器的泄露——不但对于高压和超高压锅筒锅炉凝结水不进行精处理的情况要注意，而且对于亚临界参数的汽包锅炉和直流锅炉这些配置了凝结水处理装置的也要注意，因为凝汽器的泄露对凝结水处理设备的运行和出水水质 (主要是出水中胶态硅和胶态有机物的含量)会产生不良影响。

(2)凝结水精处理系统。凝结水精处理系统通常由三部分串联组成，即前置过滤器、离子交换除盐装置和后置过滤器。

前置过滤器的作用是除去凝结水中的悬浮杂质及腐蚀产物，保护除盐装置中离子交换树脂不被污染，达到延长除盐装置的运行周期和保证制水质量的目的。前置过滤器的种类主要有砂过滤器、覆盖过滤器、阳离子交换器，管式微孔过滤器和电磁过滤器等，还有一种是粉末树脂覆盖过滤器 (powdex)，这种过滤器可兼起过滤和除盐两种作用。

凝结水离子交换除盐装置是凝结水净化的核心部分，一般多采用阳离子床加深层混合床或用混合床净化装置，在使用混合床净化装置实现除盐要求有困难时，也可采用复床除盐系统，或用粉末树脂覆盖过滤器。混合床净化装置多采用高速 (120m/h)和体外再生方式。

后置过滤器用来截留从混合床漏出的树脂或树脂碎粒等杂物，防止它们随给水进入锅炉，后置过滤器一般多用管式精密过滤器和树脂捕集器。在后置过滤设备中所过滤的水常常不单是凝结水，而是全部给水。

上述凝结水净化系统的设置并不是一成不变的，随机组参数、容量、炉型、热力设备的材质、水处理技术水平的不同而不同。比如美国就大量采用不设前置过滤器的系统，认为这样做有降低投资和运行费用、简化操作等诸多好处。

我国的火力发电厂运行的凝结水精处理系统主要有以下几种型式：1)混床；

2)覆盖过滤器—混床；

3)管式微孔过滤器—混床；

4)阳床—混床；

5)电磁过滤器—混床。

混床是凝结水精处理系统中的关键设备。混床的全称是混合床离子交换器，是将阴、阳树脂按一定比例均匀装填在同一交换器中，利用阴、阳树脂选择性吸附水中阴、阳离子的特性，在均匀混合的状态下，进行阴、阳离子交换，被处理水在通过混合离子交换床后，阴、阳离子的交换反应几乎是同时进行的，所产生的H+和OH-离子立即合成H2O。交换反应进行得很彻底，出水水质好。水质明显优于阳、阴离子交换器复床所能达到的水平，是制取纯水和高纯水的关键设备。混合床失效后，可进行体内再生(在离子交换器内反洗分层，然后分别进行过再生)或体外再生(将失效的树脂送至专门的再生装置进行分离和再生，用这种方式再生的混床称为“体外再生混床”)。

混床技术通常是作为除盐的最后阶段。在火电厂的水处理中，混床除了用于凝结水的精处理外，还用于锅炉补给水的处理。

凝结水精处理装置的工作压力分低压和中压两种。低压凝结水精处理系统，由于凝结水压力不足以直接送进除氧器，须在精处理装置后设升压泵，其容量与凝结水泵相同，并与凝结水泵串联运行。中压系统的优点是使热力系统简化，节省投资，减少水汽系统不受污染，可以用于亚临界参数以上的机组。这两种凝结水精处理装置与热力设备的连接如图2-4所示。

合理设置与正确运行凝结水净化设备，对保证热力设备安全经济运行是同等重要的。运行操作要适当，否则也会对热力设备产生很大的危害。例如，若运行操作不当，造成制水中钠离于泄漏较高时，将导致锅炉水冷壁管道受氢氧化钠腐蚀，甚至引起汽轮机腐蚀。

图2-4　凝结水净化系统与热力设备的连接

(a)低压凝结水处理系统；(b)中压凝结水处理系统
1—汽轮机；2—发电机；3—凝汽器；4—凝结水泵 (低压)；5—低压加热器；6—凝结水处理设备；7—凝结水升压泵；8—凝结水泵 (高压)