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水处理的多元化选择方案
只要是蒸气循环主导电力生产行业,水处理工艺的选择对电厂的成功运行就至关重要,保证锅炉及汽轮机的安全运行要求电厂管理人员严格地控制诸如腐蚀、结垢、污堵、积盐等问题。
  但是由于目前存在着一些难以兼顾的要求,使设计出一个优良的水处理方案比以前更加困难。管理部门限制了对化学药剂的选择并要求降低废水的排放量;环保人员呼吁减少对水资源的消耗;原水点恶化的水质,除此以外,电力部门的董事及股东出于对自身利益的考虑也要求降低运行费用。
令人感到欣慰的是,可以利用新的技术来应对这些挑战,例如:
· RO(反渗透)及EDI(电去离子法)使锅炉的补给水处理减少了对化学药剂的贮存及处理。
· 加氧处理使锅炉不用排污就能防止其腐蚀、积盐。
· 改进的停机保护工艺增加了运行操作的灵活性,同时减轻了腐蚀。
  由于各地的代理人员及水处理专业人士的提供,使所有的这些高级技术比较容易获得。代理人员设法将任务甚至是自主权交付给那些在关键岗位上(至少在理论上)的人员去优化水处理方案的设计 — 因为这些公司有专业化的人才及资源。
  需要说明的是,尽管代理人员对一些电厂保持了一段短期的跟踪服务记录,但电厂管理人员仍不大相信这些益处。类似的情况是,审核人员仍徘徊于这些在水处理领域中刚刚兴起的高级技术之外。
  无论一个企业被提供哪种水平的代理人员或者哪一种技术,有一点很清楚:一个成功的水处理工艺需要同以前一样对每一个细节都应给予充分的关注。

减少化学再生药剂的使用
  在过去的十年中,电去离子法(EDI)是工业水处理技术中两个最重大的进展之一,理由是:电厂现在制取纯水没有因使用化学再生药剂所引起的费用、空间、安全及环保等问题。
  EDI的商业化运行实际上已经有十余年的历史,但是根据Glegg水处理公司的创始人及总裁Robert K Glegg的讲述,早期的系统仅能在流量较低的情况下运行,而且还存在着可靠性方面的问题。如今的EDI系统已能适应电厂的各种流量及水质纯度的要求,其运行可靠,这在很大程度上是因为EDI与水处理领域中另一项重要的技术 — 反渗透(RO)已结合在一起。
  在RO及EDI被应用之前,锅炉补给水的传统生产工艺为化学方式再生的离子交换装置。经预处理之后,利用泵力使补给水通过若干阶段的除盐(通常是阳床、阴床及混床)在这几个阶段中,杂质通过离子交换过程被除掉。
  由于树脂床必须频繁地再生,因而需要对酸、碱等化学再生药剂进行贮存、处理。
  到二十世纪八十年代初,减少使用化学药剂的想法导致了RO的工业应用。在RO的运行过程中,通过对补给水进行加压使其克服被半透膜分隔开的两种
  不同浓度溶液所产生的渗透压,当应用的反向压力足够时,水将向相反的方向移动即从浓度较稀的一侧流向浓度较高的一侧,从而生产出纯水并在浓水侧留下废盐液。
  为了达到锅炉补给水水质的要求,对RO的出水必须进一步地除盐,到二十世纪八十年代,通过混床离子交换装置完成了这一过程,无论如何此工艺流程相应减少了化学再生药剂的消耗。随着新的离子交换工艺如逆流再生、满室床、专用树脂等的开发,使运行费用及化学药剂的使用得到了进一步地降低,同时RO/混床的组合系统也获得了广泛的应用。

连续再生
  最近,通过应用EDI系统来替代传统的离子交换装置,使一些电厂又向前进了一步。Glegg解释说新工艺也采用混床离子交换树脂,但有一个关键性不同:它将树脂与离子交换膜结合起来,不是使用化学药剂而是使用一直流电场来不断地再生树脂。
  在EDI膜堆的淡水室中,混匀的阴、阳离子交换树脂夹在阴、阳离子交换膜之间。直流电压使水中的氢离子及氢氧根离子从淡水室中穿过树脂向所对应膜的方向迁移,当这些离子透过交换膜后,氢离子及氢氧根离子重新结合成水。这种氢离子及氢氧根离子的产生及迁移正是树脂得以实现连续再生的机理。
  当进水中的钠及氯等杂质离子吸咐到相应的离子交换树脂上时,这些杂质离子就会发生普通的离子交换反应,并相应地置换出氢离子及氢氧根离子。
  一旦在离子交换树脂内的杂质离子也加入到氢离子及氢氧根离子向交换膜方向的迁移,这些离子将连续地穿过树脂直至透过交换膜而进入浓水室。
  这些杂质离子由于相邻隔室交换膜的阻挡作用而不能向对应电极的方向进一步地迁移,因此杂质离子得以集中到浓水室中,然后可将这种含有杂质离子的浓水排出膜堆。目前应用的EDI膜堆可以生产出电阻率超过16MW·cm(0.063ms/cm)的纯水。
  EDI的最大优点在于不用化学药剂进行再生,因而不需要化学再生药剂贮存罐及相应的中和池,而且无须对有害的化学废水进行收集、贮存及处理。
  还有一个优点是,EDI的排放液(浓水)通常比预处理系统进水的水质要好,故其排放液可以直接地排至RO的入口,这样就有效地消除了对废水的排放。相反,混床的再生是一个一次性的过程,由于使用化学药剂再生树脂床,其废液中含有比一般EDI浓水高3-4倍的废弃离子。

          EDI 工作简图

  据Glegg水处理公司报道,最近的模块式EDI技术在其流量达到8000l/min时仍具有较好的经济性,它的出力可以通过增减膜堆的方式简单地进行调整。目前的EDI装置在经济性上可以与离子交换床相媲美,简化膜的成分及减少膜的数量等新工艺使其费用比早期的技术有更大的节省,EDI的运行费用也与混床相当,其电耗与混床再生的药剂费用大致相当。
  目前世界上有许多水处理设备供应商可以提供RO/EDI系统,例如Glegg在北美、欧洲及亚洲通过60多家水处理公司来销售其E-Cell系统。E-Cell最近应用的两个工程是英国1100MW的Coryton电厂及西非加纳的Takoradi热电厂项目,由Volta River地方所拥有的Takoradi电厂是加纳唯一的一座热电厂,在它建造之前,这个国家所有的电力实际上来自于Volta湖上的水电站。
  Robert Glegg相信在3到5年的时间内,85%的工业水处理系统将会采用RO/EDI系统,他预计剩余15%的部分则是应用在预处理的费用较高或者不能抵消非化学方法的RO/EDI系统所带来的固有益处的场合。

加氧处理
  直流锅炉对水处理的要求较高,因为给水全部转变为蒸汽,所以在此系统中不允许有杂质存在,因而许多应用于汽包锅炉的磷酸盐处理工艺并不适用于直流锅炉。
  更为重要的是,直流锅炉中还存着冲击腐蚀(FAC)这个棘手的问题,FAC可使碳钢管道变薄,直至其出现泄漏或破裂。当发生FAC时,碳钢上常规的四氧化三铁保护层溶解在高速的水流或湿蒸汽中,这一过程使氧化层减少或者被去掉,并很快波及到内层金属,FAC使管壁变薄的速度可达3mm/年。
  1986年某核电站的管道发生了一起破裂事故,自此以后核电站已开始防范FAC的发生,但火电厂最近出现的一起造成人员伤亡的管道破裂事故后,人们已开始密切关注所有的直流锅炉了。
  多年以来,许多国家的电厂对锅炉采用全挥发处理(AVT),在这种工艺方法中,将氨(一般为氨水)加入到给水中,以保持其PH值在9.0-9.5之间;将除氧剂(一般为联氨)加入到给水中,使氧的含量维持在5ppb以下。
  虽然AVT能有效地减少可被蒸汽携带的杂质含量,但它却无法防止因凝汽器泄漏而使盐类物质漏入系统内的情况,因而AVT需要对凝结水进行精处理以及对给水中的杂质含量进行严密的监控。还有一点需要指出的是,已有研究表明在低氧的环境下,如AVT过程中,FAC最有破坏力。
  如今,一种称为加氧处理(OT)的技术已在直流锅炉中取代了AVT工艺,OT技术于二十世纪六十年代未期在德国首先被开发应用,并在随后的二十年内传到欧洲及日本。目前这项工艺已为前苏联的近200台机组及美国的100多家电厂所采用。
  OT的依据是在纯水中含有高达50-200ppb的溶解氧时,低碳钢表面会产生抗腐蚀作用。对不含铜系统所进行的一项研究中,将双氧水或氧气加入到凝结水中,以保持给水中氧的含量为200ppb,此方法还需控制给水中的杂质含量,以使其电导率达到0.15ms/cm(注:应为0.15μs/cm)以下;在含有铜合金的系统中,氧的含量应降至50ppb,给水的电导率可允许上浮至0.2ms/cm(注:应为0.2μs/cm)。
  OT的主要目的就是将省煤器入口的铁减少到2ppb或更低,在这一点上,世界上已有实例表明同AVT工艺相比,省煤器入口的铁至少降低了90%。
  注:改用OT会降低此后对FAC所造成损害的敏感性,但厂方也需要采取另外的措施,有关的因素包括管材中铬的含量、系统的温度及水的流速等,如有可能应对这些参数进行检查和修改。
  另外还需要对管道系统进行检查以确定出被先前FAC作用而削弱的部分,两种非破坏性的检测方法 — 超声波及X射线拍片法,已被成功地用于测量管道现有的壁厚,其中超声波的测量结果更精确一些。 美国Palo Alto Calif的电力研究院(EPIR)正在对两项新的非破坏性检测技术进行评估,该技术无需进行隔离处理,因而大大地节省了时间及人力。
  第一项技术是荷兰开发的脉冲涡流技术,它已在美国的两个电厂 — Public Service Co of Colorado's Hayden及Public Service Co of New Mexico's San Juan及西班牙的Iberdola SA Bitbao所拥的的两家电厂 — Cofrentes及Santurce中所进行测试中运行得很好。
  第二项技术是导波技术,它在检查长距离的管道中非常有用,而脉冲涡流技术则用于采集大量的管壁厚度数据。导波技术已在美国的两家工厂 — San Antonio City Public Service Board's JT Deely及 WB Tuttle进行了现场测试。EPRI报道说,TR-108449及TR-108859能提供更详细的信息。

停用保护新工艺
  当电厂里的机组处于运行状态时,锅炉及给水新的化学处理工艺如EDI及OT大大地降低了系统的积盐及腐蚀的速度,但是当机组停运时,这些电厂又会遇到严重的腐蚀问题。
  由于不定期的停机,随着以打循环的方式或处于热备用状态机组数量的增加,这一问题变得更加明显。不正确的停用保护方法会产生许多问题,特别会使凝汽器内的铜管出现裂纹、汽轮机中发生铜的沉积等现象。无论-台机组是以额定流量或更低的流量打循环,经过改进的停用保护方法会降低运行及维护的费用,同时提高了电厂机组运行的可靠性。
  如果停机的时间较长(比如一个月),对整个机组必须进行湿法或干法的停用保护处理,停机时间的长短及机组的设计特点会影响到停用保护方案的选择,例如在一般的电厂中,主蒸汽管道未被设计用于载水,因此对于这些管路,湿法停用保护工艺是不可行的。
  对机组进行干法停用保护处理意味着系统内除润滑油以外的所有液体都应被清除掉并用惰性气体进行置换(通常是采用氮气),将系统内的水排干后,在注入氮气之前,必须使用干燥剂来除去残余的水蒸汽。一旦充入了氮气,系统就必须密封以减少氮气的泄漏及防止其它污染物质的内漏。
  如果不能对系统进行密封的话,专家们建议此时可以考虑用一种介质(如经过过滤的干燥空气)不断地进行通风或改用湿态停用处理(下面将要讨论)。值得一提的是,尽管氮气是无毒的,但它取代氧气后会使人窒息,美国的一家电厂曾因氮气通过主蒸汽系统漏入到汽机房内,使一名正在机房内工作的技术人员窒息而死。
  大多数锅炉的燃烧室及传送管道都是直的,在进行停用保护处理之前,能够很容易地进行清理。向火侧表面可用热空气进行冲刷并吹干,背火侧应将水完全排干,通过人孔可以很方便地通入干燥的空气进行处理。
  将干燥剂放入主加热管道及下联箱内后,在通入氮气前一定要封住送风管道的入口及烟道的出口。在停用保护阶段,刚开始的一周内每天应更换干燥剂,并检查

发布时间:2011/4/8 19:05:31 点击率:4873 [返回上一页]
 
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