超临界供热机组热网疏水回收方式及除铁处理方案论证

佟卫波

（东北电力设计院，长春 130021）

伴随着国内供热需求的不断扩大，超临界供热机组已成为电力市场的一种趋势，但同时也带来了新的问题。由于超临界机组对锅炉给水品质的要求非常高，也相应对进入给水系统中的凝结水和热网疏水的水质提出更高要求。目前凝结水精处理系统已经非常成熟，出水水质完全满足超临界机组汽水质量要求；以下主要讨论热网疏水水质情况及除铁处理方法，同时对两种除铁处理方案进行技术论证。

1 超临界机组热网疏水的水质特点

超临界供热机组的热网加热器疏水水量大，温度高，其疏水和热量的回收对机组的经济性影响较大，以350 MW 超临界燃煤热电联产机组为例，热网抽汽量约为550m3／h，绝对压力为1.8 MPa，温度为350℃左右的蒸汽，通过热网换热器凝结成水，疏水温度约140℃，压力0.4 MPa。一般情况下在高温蒸汽环境下，热交换器材质为SS30408不锈钢时，换热器表面的腐蚀产物为砖红色或黑褐色的Fe2O3和Fe3O4。热交换过程中由于蒸汽急骤冷却，温差变化较大，蒸汽凝结成水，腐蚀产物多为大粒径的Fe3O4。

具体氧化腐蚀化学反应过程如下。

阳极反应：Fe→Fe2＋＋2e

阴极反应：O2＋2H2O＋4e→4OH－

以上反应的产物Fe2＋在水中会与其他相关物质进一步进行反应，其过程为：

Fe2＋＋2OH→Fe（OH）2

4Fe（OH）2＋2H2O＋O2→4Fe（OH）3

Fe（OH）2＋2Fe（OH）3→Fe3O4＋4H2O

氧腐蚀的影响因素很多，影响冷凝水氧腐蚀的因素主要有：pH 值、溶解氧浓度、水流速、温度等，当pH 值低时，溶解氧浓度高，水流速快和温度越高，腐蚀速度都会加快［1］。

热网疏水水质主要以铁的腐蚀产物Fe3O4、Fe2O3为主及少量的铁离子（实测铁离子质量浓度不大于5μg／L，可忽略不计）。

2 热网疏水回收方式

2.1 直接回收至除氧器

热网加热器疏水正常运行回主机除氧器，水质不合格时根据情况回凝汽器或循环水井，系统图见图1。

热网疏水直接排至除氧器需要解决的问题就是在高温及一定压力下，热网疏水处理设备及元件耐高温及稳定性。

图1 热网加热器疏水系统图

2.2 回收至凝汽器热井

热网加热器疏水不回除氧器，其疏水排至凝汽器，水质不合格时回循环水井。其简要系统见图2。

回收至凝汽器热井，由于疏水温度高、水量大，直接回到凝汽器热井对凝汽器的真空影响较大，因此需在疏水进入热井前增加减温设备。如图2 所示，在加热器疏水至凝汽器疏水管路上设置2级换热器，用以回收热网加热器疏水热量，经过2级换热后，热网加热器疏水将从约140℃降温至约53℃后排至凝汽器，在凝汽器处被循环水降温至33℃，但仍然存在约20℃的热量损失，另外还要考虑到2级换热器的换热效率。所以，此种回收方式不仅要增加减温设备，还造成机组热效率降低。

2.3 直接排至循环冷却水系统中

在超临界供热机组实际运行中，只有当热网换热器大量泄漏，热网疏水被严重污染的情况才会采取第3种方式，即放掉所有的热网疏水，对换热器进行检修。

上述3种热网疏水回收方式，直接回到除氧器的回收方式系统相对简单，热效率高，机组运行经济性更好。

3 热网疏水除铁处理方案

3.1 高温滤芯除铁过滤器

图2 热网加热器疏水回凝汽器或循环井系统图

高温滤芯除铁过滤器为在高温高压条件下，利用耐高温滤芯去除热网疏水及工业蒸汽回收水中铁及铁的腐蚀产物的新型处理设备。高温热网疏水处理系统，包括高温滤元式除铁过滤器、反冲洗系统、升压旁路系统、旁路系统、进出水管道，升压旁路系统接通进水管道和高温滤元式除铁过滤器的进水口，高温滤元式除铁过滤器的出水口与出水管相接通，反冲洗系统与所述高温滤元式除铁过滤器接通；高温滤元式除铁过滤器的进水口和出水口均设置在该高温滤元式除铁过滤器的底部；进水管道上设置有热电阻。

热网疏水通过进水管道进入罐体的进液区内，再经过滤芯空心结构的缠绕纤维后从滤芯底部的出液口进入罐体的排液区，铁腐蚀物受到滤芯滤网的过滤作用，被吸附在滤芯上，去除铁腐蚀物的热网疏水由排液区从出水装置通过出水管道流出；可以在线反冲洗。该设备在保证处理精度高的基础上，最大限度地节约热能和最大程度地延长了滤元的使用寿命，并能够实现全自动控制。

3.2 新型高梯度磁过滤器

高梯度磁过滤器是借助于励磁线圈中直流电流产生的定向磁场，磁化充填层中的专用高聚磁不锈钢软磁基体，再通过磁化基体对水中磁性物质颗粒的磁力吸引，将杂质吸着在基体表面，达到水净化的目的。

在磁过滤器中，基体作用于悬浮粒子的磁力可用下列方程式来表示：

Fx＝V·X·H·d H／dX

式中：Fx为基体作用于粒子的磁力；V为悬浮颗粒的体积；X为颗粒的磁化率；H为背景磁场强度；d H／dX为磁场梯度。

当基体吸引粒子的磁力远超过阻碍粒子运动的反力（即颗粒的重力、流体的粘滞阻力、摩擦力和惯性力）时，磁分离作用才能得到有效利用。

高梯度磁过滤器系统配置过滤器、反冲洗系统、空气擦洗功能等设备，配有电控柜、压力表，在线进出口压力表等配套设施。

高梯度磁过滤器作为热网疏水除铁设备，具有适应性强，耐高温、结构紧凑、系统简单、操作方便和效果显著的特点，对环境也无污染。随着进水含铁量的增高，去除率相应升高。对各种铁腐蚀产物（Fe3O4、Fe2O3及抗磁性铁氧化物FeO（OH））都有很好的去除效果［2］。

3.3 两种方案比较

3.3.1 滤元式过滤器

a.滤芯式过滤器处理精度高，出水稳定。

b.滤芯应用受温度限制，温度过高，过滤材质可能会有离子析出。

c.滤芯式过滤器需要定期的更换滤芯，每次更换都会花费大量的人力物力，运行费用较高。且对滤芯的安装要求较高，如果上百个滤芯中有一只滤芯质量有问题或在安装过程中出现问题，将会导致整个过滤器失效。

d.滤芯式过滤器对凝结水的进水铁含量有严格的要求，凝结水中如有大颗粒的金属杂质存在，就有可能击穿滤芯，造成滤芯穿孔使过滤器丧失除铁能力。

3.3.2 高梯度磁过滤器

a.滤芯无须更换，高梯度磁过滤器内部填充的是高聚磁不锈钢介质，耐腐蚀、耐磨损；高梯度磁过滤器采用气－水结合脉冲式擦洗方式，加之滤芯的特殊排布方式，反洗效果好，使用寿命比较长。

b.耐高温，高梯度磁过滤器滤芯采用的是居里温度为618℃的不锈钢软磁材料，滤芯强度大、韧性高、耐高温，进水铁质量浓度低于5mg／L、温度低于180℃即可投入运行，可缩短机组启动时间。

c.运行费用低，高梯度磁过滤器的运行费用仅为设备自身的用电费用。

d.过滤精度会受磁场强度变化的影响，不稳定。

4 结论

国内市场对于热网疏水除铁处理多以高温滤芯和高梯度磁过滤的方式。高温滤芯过滤方式过滤器处理精度高，出水稳定，缺点是对滤芯耐高温性能要求较高，而且运行成本高，维护复杂，需要定期更换滤芯；高梯度磁过滤器适应性强，耐高温、运行成本低等优点，缺点是过滤精度不稳定。在实际工程设计中，设计者应根据工程中的热网疏水水质和处理要求进行技术经济比较来选择合适的热网疏水处理方式。

［1］赵小恰.蒸汽供暖凝结水的回收利用［J］.工业技术，2009，（29）：34.

［2］周建伟.新型高梯度磁过滤器在热网疏水回收中的应用［C］.出版者不详：电厂化学学术议论文集，2010.