贾凯
河北大唐国际唐山北郊热电有限责任公司
摘要
河北大唐国际唐山北郊热电有限责任公司，2*350MW机组自2020年8月起，凝结水精处理系统高速混床彻底转为氢型运行，相对氨化运行方式，运行周期明显缩短的前提下，又多次发生过运行周期进一步缩短的异常现象。几经排查下，最终确定为机组除氧器脱氧乏气回收进入凝结器，造成精处理高速混床的氨负担加大，阳树脂提早失效。本文将对上述事件的过程、成因及分析排查经过做介绍，并探讨相关的专业技术要点，同时还将对高速混床二次混脂的可行性和操作方法做论述。
关键词：凝结水精处理；高速混床运行周期；除氧器乏气回收；树脂失效；二次混脂
第一章事件经过
一、转为完全氢型运行
唐山北郊热电在2020年初1号机组投产后，凝结水精处理系统（本文以下将简称为精处理）采用的是轻度氨化运行方式，即机组设计高速混床为（本文以下将简称为高混）2用1备，运行中的2台高混允许其中一台高混阳树脂为轻度铵型状态，另一台为氢型状态，不允许运行中的两台高混同时处于铵型状态，同时任一高混出水氢电导率CC必须符合国/行标，应≤0.10μS/cm。
2020年7月上级专家走访本厂，并提出一系列整改意见，其中包括精处理高混必须保证氢型，禁止氨化运行。原因为，本厂两台机组为超临界直流锅炉机组，高混氨化运行对热力系统存在着很大的结垢和腐蚀的风险。
在经过一系列求证和准备工作后，自2020年8月开始，本厂精处理高混彻底转为氢型运行，不再出现氨化运行的情况，相应的高混运行周期明显缩短，由原本平均每周期10万吨左右的凝结水出水量，下降至5万吨左右。后来经过对运行人员一些列的技术指导和监督工作，在2020年9月初，本厂两台机组的高混已经基本达到了平均每周期7万吨左右的出水量。
二、高混运行周期大幅缩短、水量下降
在2020年9月中旬，本厂精处理高混开始出现周期水量明显下降的现象，经过24小时跟班指导、优化步续、规范操作，提升效果不明显，平均周期水量只能达到4万吨左右。之后本文笔者开始摸底排查主机水汽系统，无意间了解到，本厂机组除氧器的脱氧乏汽，经过管道改造后可以回收到凝结器（通常脱氧乏汽都是向空排放），并已经开始按此方式运行，多方查证下发现，除氧器乏汽回收的时间节点，正好与本次高混周期水量下降事件相吻合。
本文笔者立即与汽机专业人员协调，多次关小除氧器乏汽门开度，效果不明显，但此时精处理系统由于高混连续失效，树脂再生周转困难，已经有影响机组安全运行的危险，所以笔者与汽机专业人员商议，将除氧器乏汽转为向空做实验；在之后的1~2周中，精处理高混周期水量开始明显好转回升，至此事件告一段落。
2020年10月上旬，本厂2台机组的高混又再次出现周期水量明显下降的情况，笔者询问汽机专业人员后了解到，除氧器乏汽回收到凝结器，作为机组经济性评估的一项属于上级硬性要求，已在10月初又转为回收方式运行。由于无法妥协，最后本厂机组只得逐渐减小凝结水系统的加氨量，以维持精处理系统正常运行，高混周期水量回升至正常。
2021年1月下旬，由于上级专家指正，要求加大凝结水加氨量以保护凝结水-低加系统，本厂机组开始增大凝结水加氨量，至2月初，高混周期水量再次大幅下降，到2月中旬经过多方协调，除氧器乏汽转为向空，高混周期水量又恢复正常。至此就是这一系列事件的经过。
三、高混周期水量下降主要数据对比
选取整个异常过程中比较有代表性的几组数据：
表1
从表中可以看出3~5万左右的周期水量，已经严重影响机组的正常运行。
第二章原因分析
四、两级加氨布置
本厂机组按照设计，凝结水系统和给水系统分别各设有一处加药点，凝结水加药点设置在精处理出水母管后，配置有加氨、加联胺和加氧管道；给水加药点设置在除氧器至给水泵入口的下降管，配置有加氨、加联胺和加氧管道，以及停机保护专用的加药管道。可以适应给水全挥发处理方式（AVT-R或AVT-O）、加氧处理方式（OT），以及长期停炉加药保养等用途。本厂当前采用的是AVT-O处理方式，只加氨调节给水pH。
整个水汽流程中，在精处理将凝结水净化，除去各类离子杂质后，凝结水加氨初步提高凝结水pH，再通过给水加氨使给水pH满足要求（9.2~9.6）。
图1
五、凝结水的加氨量
凝结水加氨可以对精处理出口到除氧器这一段的低压系统起到保护作用，但国标/行标中并没有对凝结水pH做出明确的规定，只有对于凝结水泵出口和精处理出口水质中，二氧化硅、钠离子、氢电导率等指标的规定。
GB/T 12145 表5和表6
图2
DL/T 912 表3
所以凝结水加氨量并没有一个明确的衡量标准，多加或少加乃至不加，也没有硬性规定。
六、氨在机组水汽系统中的流程
在超临界直流锅炉机组的汽水循环中，给水加入氨提高pH，氨随给水蒸发，保护锅炉和汽轮机系统减轻腐蚀，之后随汽轮机乏汽进入凝结器，继续溶于凝结水中，经过精处理系统被高混中的树脂除去，凝结水变为纯水呈中性，然后又分别在凝结水、给水系统中再次加入氨以提高pH。这就是一整个水汽循环中氨的来源和归宿——由加药系统加入，被精处理除去，也就是除了精处理出口的一段系统，氨充斥着整个水汽循环的全过程中。
不过这其中也有少量损失，例如除氧器对空排放乏气，就会带走一部分凝结水中的氨。
图4
氨的物理性质中，包括极易溶于水和沸点低（易挥发）特点，这就使其极易随着除氧器乏气脱出。
氨的沸点为常压下-33.34 ℃。
七、氨与除氧器与凝结水精处理的关系
凝结水精处理高速混床，作用是吸附杂质离子净化凝结水，但凝结水中含量最多的离子，就是伴随整个水汽流程的氨-铵离子，所以氨是精处理最主要的负载。凝结水（精处理前）中含有的氨越多，精处理高混的负担就越大，同样树脂装填量、交换容量和再生度的情况下，高混的运行周期也就越短，周期水量越小。
这里就存在一个问题，凝结水、给水加入的氨，如果随给水-主、再热汽完成了一个水汽循环，无论是以汽轮机乏汽，还是高、低加热器抽汽-疏水的形式，回到凝结器，都是完成了其使命；中途“掉队”的部分，是从除氧器乏气，随着被脱出的气体-水蒸汽一起散失掉的那些。但是如果本应散失掉的除氧器中的氨，被回收到了凝结器，再次进入精处理高混，这部分氨没有完成一个水汽流程的使命，单只是消耗了精处理高混树脂的交换容量，这就形成了一个双败的局面，一方面多加氨却没能提高给水pH，另一方面又不断消耗精处理，双重浪费。
除氧器脱出的氨，可能是来自汽轮机抽汽也可能来自凝结水加入的氨。抽汽这部分氨即使不被抽出，也会随低压缸乏汽进入凝结器，已经完成了一个水汽循环流程，原本就应该要被精处理吸收掉；而凝结水加氨这部分，还未开始水汽循环，没能实现其作用价值就回到了凝结器，和低压缸乏汽汇合到一起，使得凝结器-精处理前这一段的凝结水中含氨量大增。
部分数据可以佐证（取自本厂某机组一稳定负荷时间，除氧器乏气回收到凝结器运行方式下）：
表2
纯理论上来说，含有氨的给水蒸发再凝结，物质守恒，无论蒸汽还是水，其氨的浓度不应发生改变，pH也就不会改变。而从上面数据可以看出，凝结泵出口水的pH明显高于给水和蒸汽，这说明凝结水（精处理前）携带了比前一个水汽循环更高浓度的氨，而除氧器出口pH明显低于入口，说明除氧器脱出了一定的氨，造成除氧器中的氨浓度降低。
八、处理方式
最开始曾尝试将除氧器脱氧门逐渐关小，但后来由于形势紧迫，马上又转为向空，没能观察到效果。而且脱氧门如果关的过小，还可能使除氧器失去作用，造成给水溶氧超标。
后来逐渐减小凝结水加氨，虽然有效果，但加氨量不能过低，否则低加系统就有酸性腐蚀的风险。
最终仍然是将除氧器脱氧乏气转为向空排放，问题得以解决，精处理高混周期水量明显回升。
后续的一点思路：如果本厂机组转为加氧处理（OT）方式，凝结水溶氧达到标准，即可很大程度的减少凝结水加氨量，使凝结水pH降低（加氧方式下，给水pH标准范围要低一些），氨浓度更小，从而使除氧器脱出的氨更少一些，或许除氧器乏气回收的方式下，精处理运行情况会稍好一些。
第三章二次混脂的思路和操作方法
九、二次混脂的思路
异常发生后，在本文笔者在强化指导运行人员再生操作的过程中，还引入了二次混脂工艺，并写入设备程控自动步续，在之后的应用中确实产生了不错的效果，最典型的一次（除氧器乏气已转为向空排），某台高混4.8万吨水量即开始氨化，退出运行后进行了两次二次混脂操作，再次投运后出水水质合格，继续运行至8.6万吨才真正树脂失效氨化，节省了再生用酸碱和除盐水，减轻了再生工作量。
二次混脂并不是什么新发明创造，而是早已有成功经验。二次混脂是参考了，除盐设备混床运行时间较长后，可能发生的阴阳树脂分层，造成出水水质劣化的情况，针对这一情况除盐混床会进行混脂操作，使阴阳树脂再次充分混合，让水流能够充分交替接触未失效的阴阳树脂，达到充分脱盐的效果。
原本精处理高混的混脂操作，是在树脂再生的收尾阶段，再生好的阴阳树脂混合后冲洗，通过监测冲洗排水的电导率SC判断再生效果，确保其能够正常投运，属于体外再生的操作。而高速混床本身结构设计，也具备了混脂的一些条件：能够放水、拦截树脂、顶部排气、底部进压缩空气等等。这就使得二次混脂具有可行性。
二次混脂的目的在于：高混在长时间高压力大流量的凝结水冲击下，不可避免的会出现一定程度的，阴阳树脂由于自身比重不同、浮力不同造成的，自然分层现象，这就使得树脂还未完全失效，高混出水水质却超标，如果就此退出-再生，就使得那部分未失效树脂的交换容量白白浪费；所以为了延长高混运行周期，提高周期水量，减少再生酸碱耗和水耗，节能节水节省药品，引入了二次混脂的操作。
十、操作步骤与要点
二次混脂首先要将需要操作的高混退出运行，并泄压转为停运状态。
打开排气门和再循环门，并打开再循环管道排水，将高混内部的水排出一部分，使水面在树脂层面稍向下一些的位置。这里注意，水不能留得太多，否则压缩气翻动树脂时，容易将树脂顶进上方的进水水帽内侧；也可能在混脂时，由于阴阳树脂比重和体积不同，沉降后又自然分层。水也不能留的太少，水太少则浮力不足，压缩气托不动树脂层，达不到混脂的效果。
保留排气门关闭排水门，再打开进压缩气门，使压缩气从高混底部向上托动翻腾树脂，每次打开压缩气几秒（后关闭依实际情况而定），重复几次。直至观察到阴阳树脂充分混合，没有明显分层。
关闭压缩气门和排气门，打开再循环门和再循环排水门，打开高混上部冲洗水总门和混脂高混的进树脂门，开始用除盐水冲洗高混内的树脂。
冲洗几分钟后，打开排气门，关闭再循环门和再循环排水门，开始给高混满水。
当排气管出水时，满水完毕，整个混脂过程结束。下一步可以升压-投运，检查混脂有没有效果。
整个操作过程中，必须要有现场人员与盘上操作人员密切配合：反馈高混内水面的位置以控制放水的量，根据树脂翻动情况确定每次进压缩气的时长，观察树脂混合情况确定是否需要继续进压缩气，观察排气管出水确定操作终点等等；还要能够发现设备异常并及时处理现场的突发情况。
参考文献：
[1] GB/T 12145-2016.9 火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量标准
[2] DL/T 912-2005 超临界火力发电机组水汽质量标准
[3] DL/T 333.1-2010 火电厂凝结水精处理系统技术要求 第1部分湿冷机组