2007年第3期
上海电力
工程与技术
C O 2吸收器在电厂除盐水箱中的应用
唐伟峰
(上海电力股份有限公司吴泾热电厂, 上海 200241)
摘 要:热电厂除盐水易被空气中的二氧化碳污染, 导致水质下降, 引起热力设备的腐蚀。文章介绍了吴泾热电厂化学乙站除盐水箱CX L150型CO 2吸收器的工作原理、安装工艺及调试、运行、维护管理等方面的经验。为火电厂除盐水箱的密封技术提出了建议。关键词:CO 2吸收器; 除盐水箱; 除盐水; 二次污染中图分类号:T Q 424 文献标识码:B
随着发电机组装机容量的不断增大, 对锅炉蒸汽品质和受热面清洁度的要求日趋严格。而炉外补给水处理及炉内水化学工况的调整被当作是确保机组安全、经济运行的重要技术手段。为此, 炉外补给水的水质及供水的安全性受到了空前的重视。若除盐水一旦被空气中的二氧化碳、氧和灰尘等污染, 就会使其水质急剧下降, 进而造成热力设备的结垢、腐蚀。
法、浮顶密封法、塑料球密封法、氮气密封法及充氨气密封等工艺, 见表1。受其密封工艺的局限, 真正在电厂应用并取得实效的尚不多见。
吴泾热电厂水汽系统现有除盐、凝补水箱共8只。除盐水箱的基本结构为低进低出, 顶部留有呼吸孔及溢流管, 甲、乙站、凝补水箱内部不设浮顶及其它隔绝空气装置。在日常的水质监督中发现, 夏季部分除盐水母管测点分析K +H 达0. 3～0. 4us /cm , 据分析:虽然混床的出口K +H
(6) 兆瓦级及以下容量的变速发电机进行无功调解、转速调节、功率因数调节及有功调节的研究。
(7) 为控制系统优化设计与制造、为交流励磁调节设备研制阶段和批量生产阶段提供试验和调试平台。
目前, 国产风力发电机的生产虽然发展迅速, 但还存在一些问题。如自主研发的产品与国外还有差距, 基本上都是进口机组或引进技术机组, 价格较为昂贵; 国家鼓励政策还不到位; 风电机组需求批量大, 但国产设备没有实现专业化、规模生产, 不能保证高质量和降低成本。要解决这些问题, 应从以下方面着手:自行研发拥有自主知识产权融合多种高新技术的新型风力发电设备, 实现跨越式发展、规模化生产、促进产业升级等, 以尽快实现风电机组以国产化。
收稿日期:2007-04-06
作者简介:苗立杰(1958-) , 男, 博士, 教授, 主要从事大型电机设计及制造工作, 0451-82162188。
(责任编辑:吕 斌)
1 除盐水箱密封工艺的回顾及现状
综观除盐水箱的密封历史主要有缓冲水隔离驱式变速恒频风力发电机组(未安装) 。
首台(也是我国完全自主设计、自行制造、自
行安装投运的首台) 1. 2M W 直驱式变速变桨距永磁风电试验机组于2006年1月安装在黑龙江穆棱代马沟风电场, 进行相关运行试验。研制开发并生产了10kW 、100kW 、600kW 和1. 2M W 风力发电机组叶片。
哈电集团大型风力发电成套设备基地是发电设备国家工程研究中心建设项目之一, 并为此建立了大型风电试验台, 可提供如下试验:
(1) 兆瓦级风力发电机型试验(包括空载特性试验、短路特性试验、低负荷试验) 。(2) 风力发电机非周期分量的测量、波形畸变率分析、谐波分析等。
(3) 其它工频、非周期分量的电气设备试验。(4) 兆瓦级及以下风力发电机满负荷试验、满负荷温升试验。
(5) 发电机不同并网方式对机组的冲击对电网稳定性影响的研究。
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表1 除盐水箱密封工艺的比较
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密封名称缓冲水隔离法
密封工艺
水箱的进出水管接在箱底部的一个接口上, 利用箱中的存水起了缓冲隔离作
优 点
(1) 在系统极其平稳运行时, 对
缺 点
(1) 作用有限, 不能从根本解决问题;
出水水质变坏有一定控制作用; (2) 除碳效果受水箱液位的影响。
用, 从而减轻了箱中出水水质变坏倾向。(2) 无需额外装置, 无设备成本。
浮 顶密封法
水箱内加一套浮顶, 使其箱内水面与空气隔开。
基本上解决了液面全密封问题, 密封效果好。
(1) 除盐水箱不能从上部进水, 底侧部、底部进水均可;
(2) 若密封工艺不良, 容易引起卡涩, 假水位等现象。
塑料球密封法
将特制塑料球放在水箱内浮在水面上, 隔绝了箱内水面与空气的接触, 以达到保持水质的目的。
氮 气密封法
将箱内水面上空气全部更换为干净氮气, 使箱内水不与外界空气接触, 从而达到保持水质的目的。
该方法从根本上杜绝了外界空气在箱内存在, 常见于国外的设计方案。
(1) 对容器上设置的安全措施可靠性要求很高。否则会因为安全装置失灵造成箱体内压力上升或处真空态而造成爆炸。由于水箱要在一定压力下工作, 因而对箱体的制造也有严格的要求。(2) 氮气在液位变化时要大量消耗氮气, 因此该工艺的运行费用较高。
充氨气密封法
采用带压力加氨气在水箱液面上, 来维
(1) 使低PH 值的除盐水得以碱(2) 防止了空气的污染。
对供氨调节阀的灵敏性要求相当高.
该方法工艺简单, 便于清扫。
密封效果不尽理想。
持水箱液面上的压力与大气压相平衡. 化, 减缓了系统低PH 值的腐蚀。
时在对除盐水箱的定期检查中发现箱底有絮状物及误撞进入水箱的小鸟残骸。鉴于此现象, 迫切需要通过技术攻关, 以彻底解决除盐水在储存过程中的二次污染问题。
2 C O 2吸收器的工作原理及安全措施
2. 1 工作原理
如图1所示, 当除盐水箱内处于负压(水箱出水>进水或只出不进) 时, 空气经过吸气口进入CO 2吸收装置, 经30%工业N aOH 溶液的中和, 并洗涤其中的尘埃和其它酸性气体。除去CO 2的气体最终进入除盐水箱, 从而防止了大气中的CO 2对除盐水箱的污染, 其化学反应如下:
CO 2(少量) +2N aOH ※Na 2CO 3+H 2O CO 2(足量) +NaOH ※NaH CO 3
当除盐水箱处于正压(水箱出水
水封单向阀, 向外排出。2. 2 安全措施
(1) 放置呼吸支管和碱液填料层, 确保CO 2
的吸收效果图1 CXL150CO 2吸收器和S F 水封器示意图
为了促使大气中的CO 2与吸收器内碱吸收液之间反应充分, 空气是经过带有一定密度呼吸管后进入碱吸收液, 以密集的气泡穿过碱吸收液, 同时在吸收液中放置了一定量的特种填料, 该填料有很大的表面积, 气泡通过填料层时进一步细化, 确保了空气与吸收液的充分接触并发生反应。
(2) 安置致空层和大气填料层, 避免碱液沫
被带至水箱
为了防止吸收液飞溅或飞沫进入到除盐水箱中, 在结构上, 连接到除盐水箱的空气管只接到呼吸装置箱盖下, 离吸收液有很大一段距离, 液态的吸收液是不可能直接吸到除盐水箱中; 其次在吸收液中放置了一定量的特种填料, 并高出液面, 在
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此填料上有一段缓冲空间, 缓冲穿过吸收液的动能, 使液沫下沉; 在缓冲空间上面还有一层填料, 它可再次对吸收液飞沫进行拦截, 从而保证吸收液不会进入除盐水箱。
(3) 设置安全水封器防止除盐水箱塌顶、塌边等异常情况
当除盐水箱需要大量向外供水, 除盐水箱内负压(正常工况下水箱的负压-1764Pa ) 迅速增大, 而此时通过吸收装置向除盐水箱补充的空气不足以维持水箱内压力与大气压力平衡, 可能会造成水箱塌顶、塌边等到现象。SF 安全水封正是为解决这一特殊情况而设计的。SF 安全水封连接在除盐水箱的溢流管上, 其结构上有一溢流弯管, 不影响除盐水箱溢流。其外筒体中有一内管, 内管上口接除盐水箱溢流管, 下口浸入外筒的水封层中。除盐水箱非供水状态下, 外筒和内管之间由水封层隔离, 阻止了外部空气通过溢流口进入除盐水箱; 当水箱正常供水时, 除盐水箱内形成的负压不足以使外筒中的水位下降而使除盐水箱与外界空气接通, 外界空气只能通过吸收装置, 在吸收装置中完成除碳后才能进入除盐水箱; 当除盐水箱向外大量供水时, 通过吸收装置进入除盐水箱的空气不能维持箱内气压与外界大气压的平衡, 水箱负压急剧升高, 超过SF 安全水封的设计值(水封的破坏值-2744Pa ) , 此时, 外筒中水位下降, 外界空气通过SF 安全水封进入除盐水箱, 保护水箱筒体(水箱的负压值≯-2940Pa ) 不受损坏。
此外, SF 安全水封下部设有放水阀门, 当除盐水箱有计划向外大量排水时, 可打开此阀门放水, 从而取消水封层, 使空气能顺利通过SF 安全水封进入除盐水箱, 确保除盐水箱安全。
图2 S F 安全水封器安装图
3. 1. 2 C XL 水箱C O 2过滤器安装
CXL -150CO 2吸收器为长方形箱体, 长1
610m m 宽1110mm 高1460mm 。整个箱体分主箱和附箱两部分。主箱顶上有DN50的加液口和DN 150的空气口。附箱有两扇门, 一扇门内有一个液位计和一只U 型压力计, 一扇门内有一只排污球阀DN25。并有排污管通出箱外(端部有PN0. 6DN25的法兰) 。还有一根DN15的铝塑管供接水源。安装要求箱体应安放在除盐水箱旁水泥地坪上(不必另做基础) 。位置可在螺旋梯上部小平台下。从DN150的空气口接管道到顶部呼吸口; 接水源到DN15铝塑管; 从排污法兰接排污管到地沟, 如图3所示
。
3 C O 2吸收器的安装、调试、运行与维护
3. 1 C O 2吸收器的安装3. 1. 1 SF 安全水封器的安装
水封下部应垫平, 垫实。水封与大小头连接用法兰, 中间加橡皮垫. 加水门水管接通水源。水封加水(应在呼吸器安装完毕后加水) 可通过水箱溢流, 又可开加水门加水, 加到溢流弯管溢流即可。水封中部有窥视孔, 安装时要使窥视孔在方便观察位置。水封下部有手孔和排污门, 供清除水封内杂物与污泥, 如图2所示
。
图3 CXL 水箱CO 2过滤器安装图
3. 1. 3 空气管与除盐水箱顶部呼吸孔的安装
空气管用PVC 管插接后, 接缝烧塑料焊。空气管与除盐水箱顶部呼吸口接法见图4。支架沿水箱壁垂直布置, 拧紧螺栓后, 支架焊接在水箱上。空气管接好后。请按以下顺序检查、加液、投
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运, 如图4所示
。
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图6 12
号除盐水箱吸收器参数调整
图4 呼吸管与空气管安装图
3. 2 C O 2吸收器的调试3. 2. 1 C XL -150C O 2吸收器的参数设置
(1) CO 2过滤器内的工业NaOH 加装完毕, 零位调整结束。
(2) 乙站除盐水制水、供水流量±0t /h 时CO 2过滤器液位计液面(控制在±10mm ) 。
(3) 乙站除盐水制水、供水流量±0t /h 时检查U 型计压力值, 并作记录。3. 2. 2 SF 安全水封器参数设置
水封器液面, 不得低于零线10m m (水箱进出水相对静止时或水箱进水时加水到溢流) 。3. 2. 3 调试内容
化学乙站除盐水箱进、出水流量分别控制于ΔQ ±100t /h 、±200t /h 、±300t /h , 观察CO 2吸收器内的工业NaOH 液面、液位计液面、U 型计压力值、水封器液面及补给水系统CO 2含量的测定
。
图7 化学乙站补给水系统CO 2测定数据
内。同时CO 2从混床出口至除盐水箱出口未见增大(现阶段除盐水箱CO 2数值与混床出口相当) , 即CO 2吸收器起到了保护除盐水箱不受二次污染的作用。3. 3 运行日常巡检与维护
(1) 检查水封器水位是否正常(正常值140±10m m ) 。水封器中的水位随着运行时间的推移, 因蒸发而降低, 若低于控制值, 则开启水封器/进水门予以恢复。
(2) 检查CO 2吸收器内U 形管压力计的压力值(正常值160±10m m ) 。巡检中若发现连接U 形管的乳胶管发生老化, 则予以调换。
(3) 检查CO 2吸收器内工业NaOH 液位, 若发现异常, 应及时分析、寻求对策。
(4) 检查CO 2吸收器/进水门是否常开、水封器/进水门是否常闭。
(5) 检查CO 2吸收器、水封器与除盐水箱相连的管路、阀门是否通大气。(6) 工业N aOH 的定期更换。打开CO 2吸收器的附箱门, 同时打开排污阀, 排放全部碱
图5 11号除盐水箱吸收器参数调整
吸收液(可从小液位计中观察) , 用清水反复冲洗。再关闭排污阀, 打开加液口, 加入工业NaOH 至原液位高度(30%工业N aO H 约200kg ) , 然后密封加液口, 还原装置状态, 即可投入运行。
上述试验数据(图5～7) 显示:当除盐水箱进、出水流量ΔQ 从±100t /h 变化至±300t /h 时, CO 2吸收器的工业NaOH 液面、液位计液面、U 型计压力值、
水封器液面均在规定的设计值之
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表2 C O 2吸收器安装前后TOC 的监测数据
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取样时间2006/10/232006/10/232006/10/232006/10/23
样品名称1号除盐水箱2号除盐水箱11号除盐水箱12号除盐水箱
水箱密封工艺缓冲水隔离法缓冲水隔离法安装CO 2吸收器安装CO 2吸收器
TOC (μg /L )
[1**********]3
TC (μg /L )
[1**********]8
IC (μg /L ) 1891922425
注:测定方法采用AST M D6317-1998。
表3 C O 2吸收器内调换工业NaOH 液的分析数据
分析项目d /g ·ml -1NaOH /%Na 2CO 3/%NaCl /%SiO 2/%Fe 3+/%
工业NaOH
出厂标准
-≥30
11号除盐水箱
吸收器(旧)
1. 27816. 595. 392. 070. 0040. 00125
11号除盐水箱
吸收器(新)
1. 34530. 000. 730. 100. 00060. 00036
12号除盐水箱
吸收器(旧)
1. 27417. 434. 991. 330. 0040. 0006
12号除盐水箱
吸收器(新)
1. 34630. 010. 790. 100. 00060. 00037
3. 4 实际使用效果
3. 4. 1 除盐水箱无机碳的监测情况
华东电力试验研究院环保室定期对吴泾热电厂水汽系统的TOC 进行跟踪监测见表2, 化学乙站安装CO 2吸收器之后, 与同类型除盐水箱相比,
平均无机碳残余量达20μg /L 左右, 仅为缓冲水隔离法的1/10, 而且无机碳测定数值稳定。3. 4. 2 除盐水箱的定期常规检查
CO 2吸收器安装前, 每年迎峰度夏前对除盐水箱的例行检查中发现除盐水箱底部沉积有大量的白色絮状物。安装CO 2吸收器后情况有较大改观, 水箱底部较干净, 无明显的白色絮状物。
3. 4. 3 吸收器内工业NaOH 的分析情况
2006年12月29日在化学乙站CO 2吸收器运行20个月(累计贮水2178389t ) 后, 对工业NaOH 进行调换, 见表3。NaOH 浓度由30%降至17%,降幅40%左右。Na 2CO 3浓度由0. 70%增至5%,增幅640%左右。但碱液中Fe
3+
行实践的考验, 证实该吸收装置利用在密封状态下, 除盐水箱进、出水不平衡形成的压差进行
工作, 无需外接能源。与其它水箱密封工艺相比, 该装置具有安装工艺简单、运行巡检可操行强、日常维护工作量小、除无机碳效果明显且稳定等特点。
该吸收装置由于设置了多重安全技术措施, 安装至今尚未发现由于工业NaOH 吸收液进入除盐水箱污染除盐水质的现象。同时吸收器内部采取了防冬措施, 历经二次迎峰度冬的考验, 未见CO 2吸收器、水封器被冻、吸收器停止工作情况的发生。
CO 2吸收器在使用20个月后的解体检查中发现碱吸收液的浓度降至17%,Na 2CO 3浓度增至5%。过低的工业NaO H 浓度不利于对大气中CO 2的吸收, 同时碱液中滞留的大量碳酸盐化合物易沉积在磁性液位计的球阀处, 阻碍碱液位的正常显示。故根据实际情况, 将CO 2吸收器连续运行的周期控制在一年左右较为妥当。工业NaOH 的更换周期与流经CO 2吸收器总的空气量有关, 间接地与除盐水箱的进水量、日供水量、水箱进出水交换次数有关, 各厂应根据具体情况予以规定。
收稿日期:2007-03-23
作者简介:唐伟峰(1966-) , 男, 浙江镇海人, 工程师, 从事电厂化学监督和环保工作, 021-64500150×2396。
(责任编辑:吕 斌)
浓度
变化不大, 说明采用不锈钢304/321制作的CO 2
吸收器防腐性能较好。
4 结语
2005年、2006年吴泾热电厂借助对化学乙站2只1000t 除盐水箱进行大修期间分别加装了无锡中核电力设备有限公司生产的CXL -150CO 2吸收装置及SF 安全水封。历时20个月运