我国北方地区干旱少雨,缺水情况十分严重。空冷机组因其卓越的节水性能而备受青睐,华北地区近期进行300MW以上火力发电机组选型时,空冷机组往往做为首选。 
      山西大唐云冈热电有限责任公司一期工程建设2台200MW空冷供热机组。该机组设有100凝结水精处理系统。 
      笔者于2003年参加了该厂化学专业的调试工作,碰到了一些该类型机组所特有的问题,在综合考虑其特点后,进行了有针对性的处理,从化学专业的角度保证了机组的安全、稳定运行。 
      1　直接空冷机组凝结水水质特点 
      1.1　凝结水含盐量低且稳定 
      由于采用空气冷却,不存在常规水冷式机组凝汽器泄漏,污染凝结水的问题,因此其凝结水含盐量明显低于常规水冷机组,数值大小仅决定于蒸汽品质及系统腐蚀产物。 
      1.2　凝结水温度高 
      由于空冷机组的背压比水冷机组高,所以空冷机组凝结水温度比水冷机组要高,一般空冷机组凝结水温度可达60～70℃,比大气环境温度高出30～40℃。因此,凝结水如采用离子交换处理,其所用树脂必须耐温性能好。 
      1.3　空冷系统庞大,导致铁、CO2等含量高 
      空冷机组由于冷却面积和系统庞大,且在高真空条件下工作,因此漏入空气的机会增多凝结水中CO2(HCO-3)含量增加;也正因为其系统庞大,凝结水中金属腐蚀产物(铜、铁)增多(特别是试运期间)。 

      2　问题及分析 
      2.1　基建调试阶段空冷系统冲洗的化学监督 
      鉴于空冷系统庞大和其本身的特点,在该机组的调试过程中,专设了空冷系统热态冲洗这一步骤。空冷系统热态冲洗时,将所有散热器管道分成6组。电建公司安装的相关临时系统使冲洗水直接排放,当冲洗某1组时,其余5组保证有少量蒸汽通过即可,以便防冻。6组相互切换冲洗,且尽量保证通过散热器管道的蒸汽流量与正常运行时相同,以保证冲洗效果。 
      对于冲洗合格的指标,外国专家提出的标准为:悬浮物含量(质量浓度,下同)不大于10mg/L,对铁含量没有要求。如果悬浮物含量不大于10mg/L时结束空冷系统冲洗,则其出水铁含量仍然远高于精处理入口水质要求的1000μg/L的标准,这就造成机组后续进行整套启动时,空冷凝结水仍不能回收,只能冲洗排放。如强制回收,容易污染树脂且精处理来不及再生。 
      针对该机组工期紧的现状和空冷系统的冲洗方法,我们推荐:在管组切换之前采样,平均每2～4h采样一次,冲洗后期采样需更加频繁;空冷塔冲洗出水合格标准为铁含量小于1000μg/L,即精处理允许投入的最恶劣工况,这样空冷塔冲洗结束以后,凝结水可直接利用精处理进行回收。数据分析表明,对于该台机组,当冲洗出水达到悬浮物含量小于10mg/L标准之后,如机组运行顺利,仅需要1天左右的时间,即可达到铁含量小于1000μg/L的标准。 
      该机组在空冷冲洗阶段,化学专业还建议:在锅炉、汽机运行工况允许、化学水质合格的条件下,可尽量提高锅炉温度和压力,以便机组提前进入洗硅工序,所以本期工程在空冷冲洗中、后期,汽包压力大致维持在10.0MPa以上。空冷冲洗完毕后,机组真正的带负荷洗硅时间只需2～3天,相对于水冷机组而言,缩短了洗硅时间,说明此举效果较好,缩短了工期。 
      2.2　凝结水系统溶氧严重超标 
      该厂机组补水方式为:除盐水直接补至空冷系统的凝结水箱。基建调试阶段补水频繁,所以导致凝结水溶氧一直严重超标(大于1000μg/L),如按常规加药方法处理,容易造成凝结水系统和低压给水系统严重腐蚀,结合该系统为无铜系统,故控制凝结水pH在9.2以上,以减少系统腐蚀。
机组投入正常运行以后,凝泵出口溶氧量一直为200～400μg/L。分析认为溶氧量大可能与机组正常补水、空气进入凝结水系统设备以及庞大的空冷系统有关。所以,就机组目前的运行方式而言,存在着凝结水溶氧量超标的问题。 
      国外常规的补水做法为:将机组补水管路接至空冷塔入口,且成雾状喷入。但由于除盐水泵容量偏小,本工程未能实现。 
      综上所述,要解决直接空冷机组凝结水的溶氧问题难度比较大,还需结合国内外运行经验进一步研究,认真分析症结所在,逐个环节突破,以找出最佳方案最终解决问题。
注:虽然凝结水系统溶氧量严重超标,但经过除氧器除氧之后,给水的溶氧量能稳定地控制在标准范围之内。 
      2.3　精处理出口铁含量偏高 
      该厂精处理为阴、阳分床式除盐设备,在机组调试期间直至目前正常运行,凝结水精处理出口的铁含量一直超标,调试期间约为20μg/L,正常运行期间约为10μg/L。 
      基建调试期间,精处理出口的铁含量一直超标,可认为是空冷系统冲洗时蒸汽冲洗不彻底,空冷系统的铁被蒸汽陆续带出造成的。但机组投入正常运行较长时间后,出口铁含量仍在10μg/L左右,大于正常控制指标(8μg/L)。分析认为这种情况应该与空冷冲洗不彻底及系统腐蚀有关。针对这种状况,该厂被迫采取人为缩短精处理阳床的运行周期,并间断采取双倍再生的措施,一定程度上降低了精处理阳床出口的铁含量。 
      根据上述情况,笔者认为在直接空冷机组的精处理阴、阳床之前加装除铁过滤器是有必要的。由于直接空冷凝结水温度高,在加装除铁过滤器时还需考虑设备和滤料的耐高温程度以及其对水质的再污染问题等。 
      注:随着机组运行时间的增加,凝结水中的铁含量可能会进一步下降,但相对于水冷机组而言,直接空冷机组凝结水中的铁含量在一定时间内还是会偏高的。 
      2.4　凝结水温度高造成阴床被迫停运
由于空冷机组的背压比水冷机组高,所以空冷机组凝结水温度比水冷机组要高,一般可达60～70℃,因此,精处理所用树脂必须耐高温。目前强酸大孔型阳离子交换树脂的使用温度都在80℃以上,但强碱型大孔型阴离子交换树脂OH型的最高使用温度仅为60℃左右。在夏季或机组运行工况不稳定导致凝结水水温高于60℃时,精处理阴床就得被迫停床,尤其是夏季,精处理阴床可能面临较长时间的停床。因机组为直接空冷,所以阴床的较长时间停运对系统SiO2含量应无太大的影响,但可能使系统的Cl-含量,尤其是炉水的Cl-含量偏高,使炉水的Cl-/SiO2比例偏大。为了控制炉水Cl-含量,就得被迫加大锅炉排污率,通过控制炉水SiO2含量在低限,从而实现炉水Cl-含量在安全范围之内,以降低锅炉发生介质浓缩腐蚀的潜在危险性。 

      3　相关建议 
      (1)空冷机组凝结水中CO2、O2含量高,可暂时通过加氨的方法解决,以控制凝结水系统的高pH,减缓系统腐蚀速率。 
      (2)汽机专业查漏,以减少真空系统泄漏;当除氧器运行正常时,可考虑将机组的正常补水分流一部分至除氧头,这样可有效解决机组补水时凝结水系统溶氧量突增的问题。 
      (3)因系统不存在凝汽器泄漏问题,给水品质好,所以机组应采用一些新的、更适合机组现状的锅炉水工况。如改成汽包加氧工况,可与空冷系统的防腐结合起来,但要考虑到阴床较长时间停运后炉水Cl-的浓缩和系统庞大造成CO2含量大的问题;如将机组的常规磷酸盐处理改成平衡磷酸盐处理,可以有效地降低锅炉水冷壁管的吸附量等,但对空冷系统的防腐无太大作用。 
      (4)因空冷系统庞大,要重视其运行腐蚀问题,立项进行研究,同时要重视空冷系统的停炉保护工作,以便启机后凝结水能在较短时间内达到合格标准。