摘 要：阐述了核电机组二回路水质的特殊要求及凝水精处理对核电站的重要性，并介绍了参加大亚湾核电站凝水精处理投标的五家外国公司(GEC、 Kennicott、Filter、Graver及Kopec)设备特点，重点叙述了各公司凝水精处理系统再生操作中的树脂分离技术及交叉污染率。
关键词：凝结水精处理 树脂分离技术 核电站 凝汽器 蒸汽发生器 交叉污染

最近笔者参加了广东深圳大亚湾核电站1，2号机凝结水精处理系统的招标评标工作，通过这次国际性招标，从一个方面反映了国际凝结水精处理技术的发展情况，笔者想通过对国外各投标厂商的凝水精处理技术特点比较和介绍，使国内同行对目前凝水精处理技术发展有进一步了解。同时，我国目前高参数、大容量的火电机组发展相当迅速，核电机组的建设也已经起步，通过对大亚湾凝水精处理系统引进技术特点的情况介绍、可以深化它对提高热力系统水汽品质、延长机组运行寿命和保证热力设备安全经济运行的认识。
众所周知，大亚湾核电站是我国改革开放以来最大的中外合资项目，整个工程投资达40亿美元。两台900MW压水堆核电机组于1994年2月和5月先后投入商业运行。由于各种原因，两台核电机组均未设置凝水精处理装置，这就给机组的安全经济运行带来十分严重的影响。
a.在机组安装结束，初次启动期间，花了大量的时间进行系统冲洗，如1号机在初次启动时，光冲洗系统至水质合格就花了近一个月时间，而每台机组每少发一天电，就少一百万美元的收入。
b.由于凝汽器的泄漏，给机组的安全经济运行带来了很大的威胁。以1号机为例，该机组自1993年8月至1994年4月不到一年的时间内，凝汽器就发生了5次泄漏，其中3次使机组强迫停运，两次降负荷运行。3次停运时间共达39天，其中用于系统冲洗时间为18天，直接经济损失达人民币三亿多元。若设凝水精处理装置，凝汽器小漏时可以维持机组正常运行，大漏时可保证机组安全停堆并节省重新启动时系统冲洗时间。
c.今后每次机组大小修后，若没有凝结水精处理装置，仍将耗费大量时间用于系统冲洗。在机组启动时，改善蒸汽发生器水质需冲洗7天，有凝水精处理装置只需一至两天。
d.根据法国EDF的规定，为保证蒸汽发生器的安全运行，蒸汽发生器二次侧含Na量应小于5μg/L。根据法国的运行经验，其水质应经常控制Na低于lμg/1的水平。众所周知，核电站二次回路的水质较大容量高参数火电厂更为严格，因此不设凝水精处理设备是无法保证核电厂安全运行的。
因此，广东大亚湾核电合营公司作出了通过国际招标，引进两套凝结水除盐装置的决定。
1 核电机组二回路水质的特殊要求
根据蒸汽发生器二次侧水中Na应低于5μg/L的规定，应通过蒸汽发生器盐类平衡计算，来确定凝结水除盐装置出口的水质标准。
大亚湾核电站蒸汽发生器盐类平衡计算：
蒸发量：Qv=5800t/h
排污量：QP = 70t /h
凝结水流量：Qc= 3460t/h
蒸发器蒸汽带水：0.25%
设蒸汽含Na量为Cv，凝结水含Na量为Cc，蒸汽发生器含Na量为Cp，可得出下列平衡式：
Qc·Cc +Cv (Qv一Qc) = Qv·Cv十Qp·Cp
已知Cp = 5μg/L，代入上式可算得Cc =117μg/L
从计算的结果可知，只有凝结水除盐出口Na低于0. 117μg/L时，才能保证蒸汽发生器Na低于5μg/L。因此，对大亚湾核电站的凝水精处理装置的出水标准，作了如下严格的规定：
阳离子电导<0. 08μS/cm;
Na+<0. 1μg/L;
C1一≤0.1μg/L;
SO42≤0. 2μg/L;
Fe≤1μg/L：
SS≤1μg/L;
Si02≤2μg/L。
按法国EDF的规定，大亚湾核电机组二回路侧给水pH为9.6-9.8。从目前情况看，给水pH经常维持在9. 7，此时给水的加氨量为3. 3mg/L，若精处理混床保持氢型运行，每台机组每天需加25%的氨水1. 1t，如采用氨型运行，则将使再生酸碱、树脂损耗以及加氨量大大降低。
但是据离子平衡计算，在凝结水pH为9. 6，混床氨型运行的条件下，要满足凝混床出水Na+，Cl-小于或等于0. lμg/L的要求，树脂分离后的交叉污染指标要分别达到阴中阳不大于0.008%，阳中阴不大于0.08%的水平，而目前几家投标公司的最好水平分别是Kennicott公司阴中阳小于0.07%，阳中阴小于0.4%，Filter公司阴中阳大于0.1%，阳中阴小于0.1%。因此，在pH 9.6的条件下要实现凝混氨型运行是很困难的。
2 各公司的技术特点
参加大亚湾核电站凝水精处理投标的共有五家外国公司，他们分别是英国GEC公司和Thompson Kennicott、公司、美国的Filter公司和Graver公司以及韩国的Kopec公司。
各公司的凝水除盐主系统设置见表1 。
2.1凝结水除盐主系统技术特点
2.1.1单一中压混床系统
系统流程为凝结水泵~混床~树脂捕捉器~增压泵~凝结水系统。
其优点为设备少、系统简单、投资省。在火力发电厂，特别是力热系统为有铜系统时，因给水pH必须维持得低一些，采用单一中压混床系统是可取的。
缺点为出水水质难以满足核电机组高标准的水质要求。在无铜系统电厂中，因给水pH高，混床运行周期短，比如当给水pH为9.6时，混床只能运行34h，造成再生频繁。运行成本高，树脂破损及更换频率也高。
2.1.2阳床+混床系统
系统流程为凝结水泵~阳床、混床~树脂捕捉器~后置过滤器(也可不设)~增压泵~凝结水系统。
这种系统的优点是：
a.由于有前置阳床，出水水质高。
b.混床处理的是酸性水，增加了去除阴离子的能力，阴树脂的工作交换容量也因此提高。
c.混床运行周期大大提高，若凝结水pH为9.6，混床的运行周期为单一混床的30-40倍。
d.混床中可提高阴树脂的比例，这次参加投标的几家公司阴阳树脂比均为3：1，而且还可高一些。
e.进入混床的铁含量大为减少，80%的铁被阳床除去，由于阴树脂比例增加以及铁污染减小，混床出水cl-、S042-就比较低。
f.混床再生次数少，阴阳树脂的破裂相对减少，减少了价格较贵的阴树脂的补充量。
g.由于有前置氢，绝大部份钠离一子已被除去，再加上混床中已无氨离子与钠离子竞争，混床出口钠离子的泄漏也减少了。
缺点是一次投资大，占地面积也较多。
由于前置阳床系统有如上优点，5家公司有4家都选择了这种系统。
2.2体外再生系统
各公司体外再生系统的主要设备如表2所示。
2.3再生技术特点
凝水精处理系统出水水质好坏，取决于树脂的再生，而再生技术中，最关键也是最令工程技术人员伤脑筋的是树脂分离技术。下面介绍几家公司的再生分离技术。
2.3.1中t抽出法(Kopec公司)
中间抽出法是将混床失效树脂输送至阳再生罐反洗分层，将上部阴树脂抽至阴再生罐，然后再将中间的混层树脂(约5-10X)抽离中间树脂贮存塔，这部分树脂不进行再生处理，留待与下一次失效再生的树脂重新混合。碎树脂的处理，Kopec主要是靠再生罐内反洗的方法去除。这种方法的优点是操作比较简单，可节省再生时间。当采用强度高，粒度均匀且比重差较大的树脂，并保证树脂体积比准确时，树脂的交叉污染较低。但树脂运行一段时间后，受碎树脂增加及树脂比变化等因素的影响，树脂分离效果明显降低，使出水水质受到影响。国内有的电厂采用在中间树脂贮存罐内循环清洗以清除碎树脂的方法，但效果并不理想。
2.3.2 FULLSEg法(Filter公司)
FULLSEP法(完全分离法)是Filter公司最新推出的一种再生分离方法，其特点在于其分离罐(SPT)的特殊结构(见附图)。
SPT高12. 2m，其下半部直径为1. 524m，失效树脂输至SPT后，先将SPT内水排至锥形上部，然后开始反洗分层，由于SPT的特殊结构，分层时的反洗流量非常均匀，之后逐渐降低反洗流量直至其上升流速接近于零，以使树脂均匀分离沉降，然后将阴树脂抽至阴再生罐。阴树脂抽出后，再进行第二次反洗分层，然后从SPT底部将阳树脂抽至阳再生罐，当树脂层均匀下降至SPT底部约0. 55m时，通过液位开关停止树脂输送，此时，留在SPT内的混合树脂约为1 M3.
该分离方法有如下特点：
a.反洗流量均匀。
b.在反洗沉降和树脂转移时，内部扰动小。
c.SPT的高度高，中下部截面积很小，阴阳树脂的接触面积也小。
d.留下约lm3的混合树指在SPT内使交叉污染减小。
该分离技术可保证阴阳树脂的交叉污染小于0.1%。
Filter公司在再生方面也有其独到之处，一是在阴树脂进碱结束后用氨水进行清洗，将阴树脂中的Na型阳树脂转变为氨型;二是用高纯度的硫酸钱对凝汽器发生泄漏后的失效阴树脂进行清洗，将阴树脂中的C1置换出来，然后再用NaOH进行再生，比直接用NaOH再生更有效地将Cl一置换出来，以保证出水品质。
采用FULLSEP法分离树脂时，必须保持比较准确的阴阳树脂体积。另外，还要求采用均粒树脂，以保证有良好的分离效果。
2.3.3 CONESEP法(Kennicott公司)
CONESEP(锥形分离法)是Kennicott公司的专利技术，顾名思义，该方法是将失效树脂送入底部为锥体的分离罐中，反洗分层后，从锥形罐底部将阳树脂抽至阳再生罐，在阳树脂转移过程中，从锥形罐底部引入一股向上的水流通过树脂床，其流量与转移的树脂体积相等，以维持阴阳树脂的界面不乱层。在树脂转移的管路上，装有一特殊的导电度表，当导电度下降时，阳再生输脂进口阀关闭，混脂罐(interfacevessel)进口阀打开，将分界面的阴阳树脂送至混脂罐，通常后者约贮存0. 9m3的混合树脂，待下一批失效树脂进入分离罐后，将混脂罐的树脂也输到分离罐。
在输脂过程中，树脂交界面能沿着罐体开稳下降，并随锥体面积的缩小而不断的缩小，仗交界面混合树脂的体积也不断减小，以达到减少树脂交叉污染的目的。
为提高树脂转移导电度检测的灵敏度，该公司还在树脂转移水中加人约2mg/L的CO2气体，以降低阴树脂的导电度。
CONESEP法的优点如下：
a.可达到很高的树脂分离度。交叉污染指标为，阴中阳小于0.07%，阳中阴小于0.4%。
b.可任意改变阴阳树脂的比例，不因阴阳树脂比例或体积变化而影响分离效果。
c.只需一只阴再生兼树脂分离罐，一只阳再生兼混合罐。
d.因分离罐底部为锥形，树脂在分离及再生后能完全转移至运行床。该方法的不足之处是碎树脂的去除不够理想。
GEC完全采用Kennicott公司的技术，故不再赘述。
2.3.4 SEPREX法(Graver公司)
该公司目前采用的SEPREX法(浓碱分离法)已经过改进，与以前的方法的最大区别是采用了Kennicott的锥形分离技术，这是一个很重要的技术改进。
a. SEPREX I法
与CONESEP法相同，但没有混脂塔，也没有加CO2以提高检测灵敏度。这在一定程度上影响了树脂的分离效果，其交叉污染指标为，阴中阳小于0.1%，阳中阴小于0.8%。
b. SEPREX B法
定期(一般为采用SEPREX法4-5周期后)用12%—16% NaOH将分离罐中的阴树脂上浮(此时阳树脂已抽走)，利用阴阳树脂的比重差，使混在阴树脂中的碎阳树脂沉降，然后从锥底排出。
改进的SEPREX法具有锥形分离法的优点，而且能较好地将碎树脂去除。
缺点是碱耗大、树脂易破裂、操作复杂。采用大孔树脂能减少树脂的破裂。
由于核电厂及高参数常规电厂对给水品质的要求日趋严格，凝结水精处理显得十分重要，它也是当前水处理技术中的高技术之一，特别是在再生分离技术方面，技术复杂，专业性很强，且处在不断的改进和发展中。望本文能抛砖引玉，使我国电厂的凝水精处理技术日趋完善，赶上国际水平。