0 引言

直接空冷机组在华北、西北等富煤缺水地区得到广泛应用，其凝结水具有总含盐量低、铁的质量浓度和水温较湿冷机组高等特点^[1]。而粉末树脂覆盖过滤器具有过滤吸附能力强、适用温度范围广、无需分离和再生、无再生酸碱废水排放、占地面积小、投资少等优势，因此，在已投运的直接空冷机组中，采用粉末树脂覆盖过滤器作为凝结水精处理系统的占绝大多数^[2]。然而，在运行中该系统普遍存在出水水质差、运行周期短、热力系统水汽介质氢电导率超标等问题^[3]，不仅增加了精处理系统的运行成本，而且热力设备存在腐蚀、结垢、积盐隐患，影响机组的安全、经济运行。本文针对某燃煤直接空冷机组在过滤器投运初期出现的水汽品质异常、炉水氢电导率超标问题，分析原因并提出解决措施。

1 设备概况及存在的问题

国内某燃煤电厂1号和2号机组为2×600 MW亚临界直接空冷机组，于2007年11月底通过试运行。锅炉为哈尔滨锅炉有限责任公司引进美国ABB-CE燃烧工程公司技术设计制造的亚临界压力、一次中间再热、单炉膛、控制循环、全钢构架、悬吊紧身全封闭π形锅炉，型号为HG-2070/17.5-HM8。汽轮机为东方汽轮机厂引进日本日立公司技术设计制造的亚临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、直接空冷凝汽式汽轮机，型号为NZK600-16.67/538/538。给水采用弱氧化性全挥发处理，pH值控制在9.5~9.8，炉水采用全挥发处理。凝结水精处理系统由3×50%粉末树脂覆盖过滤器（以下简称过滤器）组成，采用两运一备的运行方式。过滤器所铺滤料是出厂前已按比例混合好的阳、阴粉末树脂混合物，为A厂生产（以下简称A），每次铺膜量为200 kg。

2018年10月开始，机组频繁出现过滤器投运后，炉水氢电导率迅速上升至超标的现象。2018-10-20，1号机1-B、1-C过滤器投入运行十几分钟后，炉水氢电导率便开始上升，17 h后升至5.20 μS/cm，达到标准规定^[4]的水汽质量劣化三级处理（≥4.8 μS/cm）要求。为此，在加大锅炉排污的同时停运1-B过滤器，精处理旁路50%运行，炉水氢电导率开始下降，3 h后降至4.02 μS/cm；随后停运1-C过滤器，精处理旁路100%运行，54 h后水汽指标合格。期间，2号机也存在类似现象，只是炉水氢电导率超标程度和持续时间有所不同。在上述应急措施中，旁路精处理系统不利于降低直接空冷机组系统铁的质量浓度，锅炉排污量过大会造成水量和热量的浪费及燃料消耗量增加，不利于机组经济运行，故旁路精处理和加大锅炉排污量两种措施都有其弊端。

2 原因分析

造成直接空冷机组炉水氢电导率超标的原因很多，而该厂一个明显特征是每次汽水品质异常都是在精处理过滤器投运后出现的^[5-8]。因此，原因分析集中在凝结水精处理系统。

2.1 杂质成分分析

对氢电导率严重超标时的炉水进行取样分析^[9]，分析方法采用DL/T 954—2005《火力发电厂水汽试验方法痕量氟离子、乙酸根离子、甲酸根离子、氯离子、亚硝酸根离子、硝酸根离子、磷酸根离子和硫酸根离子的测定—离子色谱法》^[10]，分析结果见表 1。

由表 1可知，炉水中氯离子的质量浓度远超于DL/T 805.5—2013《火电厂汽水化学导则第5部分：汽包锅炉炉水全挥发处理》的要求（≤50 μg/L）^[11]。在25 ℃时，1 μg/L的氯离子对氢电导率的贡献值是0.012 μS/cm，由此计算可得，1号机炉水氯离子对氢电导率贡献为3.4 μS/cm，占比94%；2号机炉水氯离子对氢电导率贡献为3.0 μS/cm，占比96%。可见，过滤器投运初期炉水氢电导率超标是由于氯离子质量浓度超标造成的。

2.2 粉末树脂泄漏

当滤元或过滤器存在缺陷，如滤元断裂、绕线断裂或松脱、滤元骨架裸露、过滤器底部穹板有裂缝等，都会在过滤器投运后出现粉末树脂泄漏现象，而泄漏的粉末树脂进入锅炉后高温分解，其分解产物（如低分子有机酸、硫酸根离子、氯离子等）便会引起炉水氢电导率迅速上升。过滤器是否存在粉末树脂泄漏现象最简单、直接、准确地判断方法就是利用在线颗粒计数仪对过滤器进、出水中悬浮颗粒物的粒径分布和个数进行检测，若出水中某粒径范围内悬浮颗粒物的个数比进水中大幅增加，则表明有粉末树脂泄漏，反之则没有。2号机2-A过滤器投运后悬浮颗粒物的检测结果见表 2。

由表 2可知，在炉水氢电导率上升后，过滤器出水中粒径大于2 μm的颗粒物个数较进水没有增加，表明过滤器未发生粉末树脂泄漏。其余5台过滤器的检测结果也与此类似。由此说明，该厂炉水氢电导率超标不是粉末树脂泄漏引起的。从检测结果还可看出，过滤器出水中悬浮颗粒物的大幅减少，表明过滤器对悬浮颗粒物具有良好的去除作用。计算可得，过滤器对颗粒物去除效率为95.6%。

2.3 粉末树脂溶出物

离子交换树脂虽然是一种不溶于水的高分子聚合物，但由于制造过程中低聚物的存在和杂质的污染，在较高温度水中经浸泡和冲刷会有一些杂质溶出，包括有机物和无机离子，如树脂合成过程中残留在树脂骨架间隙的原料溶出、树脂骨架自身的降解产物溶出、树脂活性官能基团的脱落、生产工艺过程中添加的分散剂等药剂的溶出等。且因生产厂家、生产工艺、树脂种类以及阴阳树脂比例的不同，溶出物质量分数大小也不尽相同。

取适量样品于烧杯中，加入200 mL高纯水，用碱化剂调整pH值至9.6，无损转移至锥形瓶中，塞紧瓶盖，置于摇床，模拟现场凝结水温度，恒温水浴摇置数小时后用0.45 μm微滤膜过滤浸泡液，按DL/T 954—2005的方法测定浸泡液中阴离子的质量分数（见表 3）。

由表 3可知，现用粉末树脂溶出物中氯离子质量分数较大，每克粉末树脂可溶出28.42 μg的氯离子，按每次铺膜用粉末树脂200 kg计算，带入系统的氯离子总量为5.7 g，确定了炉水中氯离子的来源。因此，现用粉末树脂溶出物质量分数大是造成过滤器投运初期炉水氢电导率超标的主要原因。

3 治理措施 3.1 更换粉末树脂

按照上述方法对B、C 2个品牌的粉末树脂溶出物进行了检测，结果见表 4。通过对比，C粉末树脂溶物中阴离子质量分数较小。

2019年11月，该厂将C粉末树脂用于1号机。在线数据显示，过滤器投运10 min后，炉水氢电导率开始上升，16 h到达峰值，为1.47 μS/cm，随着运行时间的增加，氢电导率开始下降，30 h后水汽满足标准要求，期间2台过滤器始终同时运行。炉水氢电导率超标持续时间和程度虽然有了明显减轻，但过滤器投运后，炉水氢电导率超标的问题还没有彻底解决。表 5为过滤器在不同运行时间点水样中阴离子的质量浓度。

3.2 粉末树脂在线清洗技术（OPRCT）

粉末树脂溶出物在水中具有较高的溶解度，如果在过滤器投运前对其进行充分清洗，使溶出物质量分数减小到不影响水汽品质，炉水氢电导率就不会超标。为此，技术人员研发了一种粉末树脂在线清洗技术^[12]（On-line Powdered Resin Cleaning Technology，OPRCT），利用现有的过滤器铺膜系统，在过滤器投运前对铺膜成形的粉末树脂滤层进行在线清洗，清洗步骤如下。

（1）在铺膜箱中加入规定量的粉末树脂，充分搅拌，按照步骤完成铺膜，在过滤器滤元表面形成完整、均匀的滤层。

（2）维持铺膜辅助箱→铺膜泵→过滤器的循环。

（3）利用铺膜注射泵将除盐水不断地打入循环系统进行在线清洗，通过滤层后的冲洗水经辅助箱溢流管排出。

（4）清洗一段时间后，当冲洗水中氢电导率不再发生变化时，清洗完成。

在此过程中应设置排气系统，及时排出随除盐水带入的空气，防止破坏已成形的粉末树脂滤层；对溢流管进行改造，防止清洗初期溢流流量大于进水流量，导致过滤器水位下降，不能充分清洗粉末树脂滤层，还会破坏已成形的滤层。滤层一旦被破坏，就会引起滤元污染和过滤效率下降。

2019年12月，在1号机2台过滤器投运前，利用OPRCT技术对C粉末树脂进行了在线清洗。运行数据显示，经过在线清洗后，过滤器在整个运行周期内，炉水氢电导率最高上升至0.98 μS/cm，给水、蒸汽、凝结水等水样的各项指标均满足标准要求。可见，粉末树脂在线清洗技术可大幅降低粉末树脂溶出物质量分数。

4 结论和建议

本文通过综合分析某直接空冷机组单级粉末树脂覆盖过滤器投运初期炉水氢电导率超标的问题，确定了问题产生的原因并提出了相应的解决措施，确保了机组的安全、稳定、经济运行。针对此次处理过程，提出以下建议，可供存在类似问题的电厂参考。

（1）粉末树脂产品入厂前，应对粉末树脂的性能进行检测，重点关注溶出物指标的检测。

（2）在使用OPRCT技术前，对铺膜设备进行全面检查，对不满足要求之处（如溢流管高度、直径，排气管位置、直径等）进行相应的技改，确保使用时不破坏粉末树脂滤层。

（3）过滤器宜加装粉末树脂检漏装置，当发生粉末树脂泄漏时，能及时发现并处理，避免水汽品质恶化，尤其是以单级过滤器作为凝结水精处理工艺的机组。