粉末树脂过滤器压差过高的原因及解决方法

粉末树脂过滤器压差过高的原因及解决方法 李 鹏 1,田文华 1,梁建民 2,和慧勇 1,杨宝红 1,贾予平 1 1.西安热工研究院有限公司,陕西西安 7100322.华能铜川电厂,陕西铜川 727100 摘要对影响粉末树脂覆盖过滤器运行阻力因素进行的理论分析表明,过滤器压差增加过快的主要原因是 进水悬浮物含量高、小粒径粉末树脂的比例大以及滤元受到污染。对此,可进行有效的机组停用保护,控制 小粒径粉末树脂的比例以及对受到污染的滤元直接予以更换或进行化学清洗。陕西某电厂 2600 MW 机 组实施上述措施后,粉末树脂覆盖过滤器运行压差和运行周期已能满足机组运行要求。 关键词直接空冷机组;粉末树脂;覆盖过滤器;滤元;压差;悬浮物;污染 中图分类号 TM621.8 文献标识码 A 文章编号 1002-3364(2010)07-0090-05 DOI 编号 10.3969/j.issn.1002-3364.2010.07.090 粉末树脂覆盖过滤器(简称过滤器)在直接空冷机组凝结水精处理系统使用较多1。运行情况表明,使用粉 末树脂覆盖过滤器的机组普遍存在过滤器因运行压差增加过快造成频繁解列的现象2。以陕西某电厂 2600 MW 机组为例,每台机组配备 3 台过滤器,每台过滤器设计的正常出力为 800 m3/h,而实际出力仅为 300400 m3/h 时过滤器进出口压差即超标,导致运行周期仅为 15 天左右,达不到运行周期21 天的设计值。 为此,在现场试验的基础上,通过分析找出了过滤器运行压差增加过快的原因并提出了相应的解决方案。该 方案实施后,对降低进水腐蚀产物含量,降低过滤器运行压差,延长过滤器运行周期具有明显效果。 1过滤器运行压差影响因素 过滤器运行压差即水流通过滤元时产生的水头损失,它包括覆盖滤层的水头损失和滤元的水头损失两部 分。 1.1 覆盖滤层水头损失 过滤器刚开始运行时,覆盖的粉末树脂未粘附悬浮物,滤层的水头损失可用 Carmen-Kozeny 公式计算2: 式中:hf,0 为运行初期滤层的水头损失; 为水的动力粘度系数;u 为滤速;m 为孔隙率; 为液体密度;g 为重 力加速度;de 为滤料的当量粒径;L 为滤层高度。由式(1)可见,滤层水头损失与过滤速度(即滤元流通量)成正 比,与滤层厚度(即铺膜量)成正比,与滤料(即粉末树脂和纤维粉)粒径的平方成反比,滤层孔隙率的减小也会明 显增大水头损失。 在过滤器运行的前期以至中期,由于悬浮物沉积在滤层表面,使孔隙率变小,这时滤层的水头损失可以用 Ives 经验公式3计算: 式中:t 为运行时间;hft 为 t 时刻滤层的水头损失;0 为原水悬浮杂质含量;m0 为树脂层初期孔隙率;K 为比 例系数。 式(2)表明,有悬浮物沉积的滤层其水头损失除与清洁滤层的初始水头损失有关外,还与进水悬浮物含量和 过滤时间成线性正相关。 当过滤器运行至后期时,随着悬浮物沉积总量的增大,滤层密实度增加,孔隙率将进一步减小,这时的水头损 失将随着过滤时间的增加而急剧增大。 1.2 滤元水头损失 对线绕式清洁滤元而言,滤元引起的水头损失(清洁滤元的初始压差)源于纤维线按照一定规则紧密缠绕后 产生的阻力,主要与绕线材料的选择、缠绕方式及紧密程度、绕线缠绕的厚度等因素有关。 对于投运后的滤元,其水头损失与滤层水头损失变化趋势相似。随着悬浮颗粒在滤元上不断被粘附和沉 积,滤元的孔隙率变小,水头损失将随着运行时间的增加线性增大。在过滤器运行后期,滤元水头损失的增加 速度将随着运行时间快速增加。另外,随着滤元受污染程度的不断加深,受污染滤元的初始压差将不断增加。 2过滤器运行压差增加过快的原因分析 2.1 试验仪器及方法 试验仪器包括: (1)激光粒度分析仪(S3500 型,美国); (2)扫描电子显微镜(FEI Quanta 400 型,荷兰); (3)能谱分析仪(OXFORD INCA 型,英国); (4)连续变体视显微镜(NTB-2B 型,宁波永新)。 试验方法及步骤:(1)用孔径为 0.45m 的微孔滤膜对凝结水精处理进口水样中悬浮物进行截留;(2)在连续 变体视显微镜下观察悬浮物;(3)采用扫描电子显微镜和能谱分析仪测定悬浮物的物化性质;(4)采用激光粒度 分析仪测定悬浮物粒度。 2.2 进水悬浮杂质 2008 年 10 月对过滤器进水的悬浮物进行了显微观察、物化性质测定以及定量测定,结果见图 1 和表 1。 从图 1 可见,滤膜表面有一层黄色悬浮物以及粒度不同的颗粒物。通过扫描电镜和能谱分析可知,其中主 要是铁的氧化产物,其次是硅的化合物。图 2 显示了陕西某电厂 2 号机组 2009 年 2 月 18 日至 2 月 26 日期 间凝结水精处理系统进水 Fe 含量的变化。 由图 2 可见,凝结水精处理系统进水 Fe 平均含量为 61g/L,是粉末树脂覆盖过滤器进水指标(15g/L)的 4 倍;出水 Fe 含量的平均值为 5g/L,过滤器截留的 Fe 量为 56g/L。与此同时,过滤器出力为 400 m3/h,这样 15 天后截留量将累积达到 8.1 kg,折合为铁氧化物数量更大,如此大量的 Fe 氧化物进入过滤器,将会污堵滤 层以及滤元的孔道,造成孔隙率下降,使运行压差大幅度增加。 造成进水中铁含量过高的原因如下: (1)机组安装工期较长且凝汽器设备未进行保护,致使设备长期暴露在空气中,造成铁的氧腐蚀。 (2)调试运行阶段系统中冲洗下来的泥沙铁屑存积在排气装置热井内,如不及时清理或者清理不彻底时,机 组运行时即被带入凝结水中,使过滤器的进水铁含量增加。 (3)正常运行中庞大的负压系统难免漏入空气且泄漏点不易查找,造成凝结水中 O2 和 CO2 含量较高而引 起铁的氧化腐蚀;在运行中由于负荷变动,引起汽水管道中腐蚀产物脱落,使得水系统带铁严重。 分析认为,进水铁含量高是造成过滤器运行压差增加过快的最主要原因。 2.3 粉末树脂粒度 2008 年 10 月对该电厂所用进口 NH+4/OH-型混合粉末树脂进行粒度分析,结果见图 3。此类树脂技术指 标要求见表 2。 由图 3 可知,粒度150m 的树脂占到 9.13%,粒度5m 的树脂占到 4.03%,明显高于标准中规定的要求。 对运行压差影响最大的是小粒径树脂的比例,这是因为小粒径树脂容易占据大颗粒树脂之间的孔道,减小滤 层的孔隙率,使过滤器的运行压差大幅度增加。 2.4 滤元清洁程度 分别对清洁滤元和现场爆膜后滤元上的聚丙烯纤维滤丝进行分析,结果见图 4 和图 5。 从外观上看,爆膜后滤元外层纤维滤丝悬浮物沉积较多,内层纤维滤丝局部有黄色沉积物。通过对这些沉 积物进行扫描电镜和能谱分析可知,外层纤维滤丝上的沉积物主要为铁的氧化产物或单质元素以及少量的 铝的氧化产物或者单质元素,内层纤维丝上的沉积物主要为铁的氧化产物以及少量 Mn、Si、Al、Fe、O 等 元素组成的化合物或者单质元素。 2.5 其它影响因素 目前,过滤器中广泛使用的滤元规格为 d50 mm1 778 mm,设计安装数量为 345 根,但普遍存在滤元实际安 装数量少于设计要求的现象(短缺根数少则 23 根,多则 58 根),这会造成单根滤元的流通量大于设计值,从 而引起滤元的污染速率加快,致使滤元运行阻力增加。因此,在设备安装阶段应严格按设计数量安装滤元,以 消除因为滤元安装数量不足对运行压差产生的影响。 另外,清洁滤元的初始阻力越高,过滤器越容易在短时间内上升至失效压差。因此,在选购滤元时应选择产 品质量好、初始压差小的滤元以增加过滤器的运行周期。 3解决方案及其实施效果 3.1 降低凝结水中铁含量 在机组正常运行阶段,降低凝结水中铁含量的关键是要防止热力设备的腐蚀,尤其是防止面积巨大的空冷 凝汽器产生腐蚀,因此需要在平时加强对空冷凝汽器严密性的检测和治理,以减少由于 CO2 和 O2 的漏入产 生的腐蚀。另外,在机组停用期间热力系统汽水侧会发生停用腐蚀,所以必须对停用期间的机组进行防锈蚀 保护。 该电厂机组已正式投运近两年,系统残留的杂质以及腐蚀产物被逐渐排出,加上停机检修时对凝汽器热井 等处沉积的腐蚀产物进行了彻底清理,所以目前凝结水水质得到了明显改善。2009 年 6 月8 月运行数据显 示,凝结水中铁含量基本维持在 20g/L 左右,过滤器因为运行压差增加过快造成频繁解列的现象已经消失。 3.2 加强粒径检测 不同时间段粉末树脂样品粒度下限分析结果及过滤器初始压差见表 3。由表 3 可知,粉末树脂粒径过小也 是造成压差过高的主要原因,所以应加强对入厂前粉末树脂原料粒径的检测,控制 5m 以下粉末树脂比例在 合格范围之内,避免使用不合格的粉末树脂。 3.3 更换或清洗受污染的滤元 当滤元发生严重污染且不能通过现场水-气反洗清除时,可通过化学清洗的方式清除滤元上沉积的杂质,提 高滤元的孔隙率;化学清洗效果不佳时也可直接将严重污染的滤元更换为新的清洁滤元。 2009 年 1 月 5 日将某电厂 2 号机组 3 号过滤器已运行 18 个月的污染滤元更换为新滤元,并与同台机组未 更换滤元的过滤器进行了比较。在相同条件下,继续使用污染滤元的过滤器运行周期为 13 天(运行压差接近 失效压差而解列),运行周期内过滤器出力在 20400 m3/h 之间,周期制水量为 9 万 t 以上;使用清洁滤元的过 滤器运行周期为 20 天,运行周期内过滤器出力保持在 400 580 m3/h 之间,在此期间未发生因过滤器运行压 差超标而解列的现象,周期制水量约为 2 万 t。20 天后因粉末树脂失效,水质恶化,过滤器退出运行。 在西安热工研究院有限公司设计的滤元清洗装置上,对该电厂的污染滤元进行化学清洗试验。经过化学 清洗后,滤元上沉积的污染物基本被清除干净,达到了预期效果。化学清洗前后滤元外观分别见图 6 和图 7。 3.4 降低滤元的流通量 在过滤器的安装过程中必须严格按照设计数量安装滤元,对滤元不足的过滤器应及时补足,以降低滤元的 流通量、减缓滤元的污染速率。 机组起动过程中,可将过滤器 2 运 1 备的运行方式改为 3 台同时运行,一方面可以将进水总量分配到 3 台 过滤器中,单台过滤器的最大流量将从 880 m3/h 降低到 587 m3/h,滤元表面流速将从原来的 9.1 m/h 降低到 6.1 m/h。另一方面,可以降低单位时间滤元的纳污量,减缓滤元的污染速率,从而使运行压差随过滤器运行时 间缓慢增加。 4结 论 (1)过滤器压差增加过快的主要原因是过滤器进水悬浮物含量高、小粒径粉末树脂的比例大以及滤元污 染。 (2)降低凝结水中悬浮物的含量控制小粒径粉末树脂的比例,对受到污染的滤元进行化学清洗或者直接予 以更换,以及确保滤元的安装数量达到设计要求并在机组起动过程中将过滤器 2 运 1 备的运行方式改为 3 台同时运行,有利于降低过滤器运行压差。工业试验表明,机组停用保护、降低小粒径粉末树脂的比例以及 更换滤元等解决方案对降低进水腐蚀产物含量、