核电凝结水精处理(1)，凝结水

摘 要: 本文着重介绍核电站二回路凝结水精处理的目的、系统形式设置并分析了其优缺点, 对核电凝结水处理系统提出自己的观点。

1 核电的形势

中国的能源结构中煤电比重太大,到目前 为止核电所占比重不到总发电量的 2%。煤碳做为不可再生资源,全部用来发电是一种浪费,对环境也是一种污染。中国政府提出在2020年 之前使中国的核电装机达到 40,000MW,即中 国在未来 14 年间要相继建成 36 座核反应堆, 从而实现这一目标。(注:中国2020年总发电装 机预计为 1,200,000MW,核电将占 3.6%),2006 年核电三代招标美国西屋公司胜出,标志着最先进的核电技术将落户中国。 作为核电的水化学工作者学习是当务之急,我们要充分借鉴国外先进的化学管理和运 行经验,使我们的核电水化学技术跟上核电的 步伐。核电的凝结水处理系统在核电厂运行的安全性、经济性都起着重要作用。本文着重介 绍凝结水处理的重要性及核电厂凝结水处理 的两种典型系统。

2 凝结水精处理的重要性

2.1 从二回路系统有效地排除盐类

水和蒸汽,在热力系统中不断地循环,起着传送热量的作用。现分析一下二回路系统 的盐类平衡。

分析如下:

从图 1 可以看出:在热力系统中不装设凝 结水精处理设备时,热力系统中的盐类只有一个出口, 就是二回路排污。二回路排污排出 盐类的效率与给水在二回路内的浓缩倍率成 正比,也就是浓缩倍率越高,排出盐类的效率 也越高。换言之,当带入热力系统的盐类,在 允许的二回路浓度下,通过排污不能维持平衡 时,二回路浓度将上升,直接影响蒸汽的品质。 尤其是二回路的启动阶段,水质比较脏,靠排 污降低水质浓度需要很长的时间,影响机组的 正常投入运行。在装设了凝结水精处理设备 时, 因为全部凝结水都经过凝结水处理设备, 其去除盐类的效率是很高的,能很快地降低二 回路系统中的含盐量,使热力系统的水汽质量 合格, 保证机组的正常运行。

2.2 二回路凝结水精处理的目的 是保证二回路系统水质,防止和减少对蒸汽发生器传热管,汽轮机设备管道的腐蚀。目前核电站为提高蒸汽发生器的可靠性,对二回 路制定了严格的水质标准(见表1)。

大亚湾核电厂两台 900MW 压水堆核电机组于 1994 年 2 月和 5 月先后投入商业运行。 由于各种原因,两台核电机组均未设置凝水精 处理装置,这就给机组的安全经济运行带来十 分严重的影响。

(1)在机组安装结束,初次启动期间,花了 大量的时间进行系统冲洗,如 1 号机在初次启动时,光冲洗系统至水质合格就花了近一个月 时间,而每台机组每少发一天电,就少一百万 美元的收入。

(2)由于凝汽器的泄漏,给机组的安全经济 运行带来了很大的威胁。以 1 号机为例,该机组自 1993 年 8 月至 1994 年 4 月不到一年的时间内,凝汽器就发生了 5 次泄漏,其中3 次使机 组强迫停运,两次降负荷运行。3 次停运时间 共达 39 天,其中用于系统冲洗时间为 18 天, 直接经济损失达人民币三亿多元。若设凝水精处理装置,凝汽器小漏时可以维持机组正常 运行,大漏时可保证机组安全停堆并节省重新 启动时系统冲洗时间。

(3)今后每次机组大小修后,若没有凝结水精处理装置, 仍将耗费大量时间用于系统冲 洗。在机组启动时, 改善蒸汽发生器水质需 冲洗 7 天,有凝水精处理装置只需一至两天。

(4)根据法国 EDF 的规定,为保证蒸汽发 生器的安全运行,蒸汽发生器二次侧含 Na 量应小于 5μg/e。根据法国的运行经验,其水质应经常控制 Na 低于 lμg/e的水平。众所周知, 核电站二次回路的水质较大容量高参数火电 厂更为严格,因此不设凝水精处理设备是无法 保证核电厂安全运行的。因此,大亚湾核电厂补充设置了凝结水精 处理系统。

3 凝结水精处理的两种方式

3.1 凝结水精处理系统最常见处理方式

前置阳床 + 混床系统系统

流程为凝结水泵 - 阳床 - 混床 - 树 脂捕捉器 - 增压泵 - 凝结水系统。

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摘 要: 本文着重介绍核电站二回路凝结水精处理的目的、系统形式设置并分析了其优缺点, 对核电凝结水处理系统提出自己的观点。

1 核电的形势

中国的能源结构中煤电比重太大,到目前 为止核电所占比重不到总发电量的 2%。煤碳做为不可再生资源,全部用来发电是一种浪费,对环境也是一种污染。中国政府提出在2020年 之前使中国的核电装机达到 40,000MW,即中 国在未来 14 年间要相继建成 36 座核反应堆, 从而实现这一目标。(注:中国2020年总发电装 机预计为 1,200,000MW,核电将占 3.6%),2006 年核电三代招标美国西屋公司胜出,标志着最先进的核电技术将落户中国。 作为核电的水化学工作者学习是当务之急,我们要充分借鉴国外先进的化学管理和运 行经验,使我们的核电水化学技术跟上核电的 步伐。核电的凝结水处理系统在核电厂运行的安全性、经济性都起着重要作用。本文着重介 绍凝结水处理的重要性及核电厂凝结水处理 的两种典型系统。

2 凝结水精处理的重要性

2.1 从二回路系统有效地排除盐类

水和蒸汽,在热力系统中不断地循环,起着传送热量的作用。现分析一下二回路系统 的盐类平衡。

分析如下:

从图 1 可以看出:在热力系统中不装设凝 结水精处理设备时,热力系统中的盐类只有一个出口, 就是二回路排污。二回路排污排出 盐类的效率与给水在二回路内的浓缩倍率成 正比,也就是浓缩倍率越高,排出盐类的效率 也越高。换言之,当带入热力系统的盐类,在 允许的二回路浓度下,通过排污不能维持平衡 时,二回路浓度将上升,直接影响蒸汽的品质。 尤其是二回路的启动阶段,水质比较脏,靠排 污降低水质浓度需要很长的时间,影响机组的 正常投入运行。在装设了凝结水精处理设备 时, 因为全部凝结水都经过凝结水处理设备, 其去除盐类的效率是很高的,能很快地降低二 回路系统中的含盐量,使热力系统的水汽质量 合格, 保证机组的正常运行。

2.2 二回路凝结水精处理的目的 是保证二回路系统水质,防止和减少对蒸汽发生器传热管,汽轮机设备管道的腐蚀。目前核电站为提高蒸汽发生器的可靠性,对二回 路制定了严格的水质标准(见表1)。

大亚湾核电厂两台 900MW 压水堆核电机组于 1994 年 2 月和 5 月先后投入商业运行。 由于各种原因,两台核电机组均未设置凝水精 处理装置,这就给机组的安全经济运行带来十 分严重的影响。

(1)在机组安装结束,初次启动期间,花了 大量的时间进行系统冲洗,如 1 号机在初次启动时,光冲洗系统至水质合格就花了近一个月 时间,而每台机组每少发一天电,就少一百万 美元的收入。

(2)由于凝汽器的泄漏,给机组的安全经济 运行带来了很大的威胁。以 1 号机为例,该机组自 1993 年 8 月至 1994 年 4 月不到一年的时间内,凝汽器就发生了 5 次泄漏,其中3 次使机 组强迫停运,两次降负荷运行。3 次停运时间 共达 39 天,其中用于系统冲洗时间为 18 天, 直接经济损失达人民币三亿多元。若设凝水精处理装置,凝汽器小漏时可以维持机组正常 运行,大漏时可保证机组安全停堆并节省重新 启动时系统冲洗时间。

(3)今后每次机组大小修后,若没有凝结水精处理装置, 仍将耗费大量时间用于系统冲 洗。在机组启动时, 改善蒸汽发生器水质需 冲洗 7 天,有凝水精处理装置只需一至两天。

(4)根据法国 EDF 的规定,为保证蒸汽发 生器的安全运行,蒸汽发生器二次侧含 Na 量应小于 5μg/e。根据法国的运行经验,其水质应经常控制 Na 低于 lμg/e的水平。众所周知, 核电站二次回路的水质较大容量高参数火电 厂更为严格,因此不设凝水精处理设备是无法 保证核电厂安全运行的。因此,大亚湾核电厂补充设置了凝结水精 处理系统。

3 凝结水精处理的两种方式

3.1 凝结水精处理系统最常见处理方式

前置阳床 + 混床系统系统

流程为凝结水泵 - 阳床 - 混床 - 树 脂捕捉器 - 增压泵 - 凝结水系统。

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国内大多数核电厂都采用本处理系统。

这种系统的优点是:

a.由于有前置阳床, 出水水质高。

b.混床处理的是酸性水,增加了去除阴离子的能力, 阴树脂的工作交换容量也因此提 高。

c.混床运行周期大大提高, 若凝结水 pH为 9.6,混床的运行周期为单一混床的 30～40 倍。

d.混床中可提高阴树脂的比例,通常阴阳 树脂比均为 3 : 1, 而且还可高一些。

e.进入混床的铁含量大为减少,80% 的铁 被阳床除去,由于阴树脂比例增加以及铁污染减小,混床出水 cl- 、S0 2- 就比较低。

f.混床再生次数少,阴阳树脂的破裂相对 减少, 减少了价格较贵的阴树脂的补充量。

g.由于有前置氢,绝大部分钠离子已被除去, 再加上混床中已无氨离子与钠离子竞争, 混床出口钠离子的泄漏也减少了。

缺点:

a 、是一次投资大, 占地面积也较多。

b 、目前, 国内对核电厂二回路精处理 系统设计均考虑设置前置阳床加混床系统. 阳床基本是除铵离子, 混床除盐; 而当运行 混床时, 往往由于树脂或再生剂等问题引起 系统硫酸根或氯根超标而不得已又停止精处 理运行, 这样一来精处理系统成了一个污染源, 精处理系统应有的作用没有发挥出来。

3.2 前置阳床改为粉末树脂覆盖过滤器加混床系统

      鉴于前置阳床加混床的缺点,所以在国外 许多核电厂都在改变这种设置,将前置阳床改 为粉末树脂覆盖过滤器加混床系统。这种设 计利用了粉末树脂覆盖过滤器既有除盐功能又有过滤功能的优点,使机组在启动时主要铺纤维粉除铁,在正常运行时铺树脂粉除盐, 同 时由于是再生好的不需分离的粉末氢型和氢 氧型树脂, 不会泄漏氯根和硫酸根,从而使系 统出水水质得到保证; 另外, 覆盖过滤器使 用 5u 滤元,使得树脂粉根本无法过去进入二 回路系统, 而且阳树脂可以直接采用铵型树 脂,可以使粉末树脂覆盖过滤器直接进入铵化运行,延长运行周期可达3个月。这样一来,混 床可以长期不运行,只有在一些特殊情况如系 统水质恶化或存在凝汽器渗漏时才投运, 增 加了系统运行的灵活性。

表2是欧洲几个核(火)电厂将凝结水回路 前置阳床改为粉末覆盖过滤器后的运行情况。

由上可见,国内核电厂设计应该根据国内 核电厂二回路精处理系统的实际运行情况, 设计出符合我国特点的领先系统, 使我国核电厂二回路系统水质大幅度提高,从而有效保证机组的运行。

3 国内核电核电厂凝结水处理系统运行情 况简介

国内核电厂有秦山一期核电厂

1*300MW 、秦山二期核电厂 2*642MW 、 秦山三、期核电厂 2*728MW 、大亚湾核电 厂 2*984MW 、岭澳核电厂 2*985MW 、田 湾核电厂 2*1060MW 等核电站。其中, 秦山 二期核电厂是继秦山一期之后,由我国自行设 计建造的又一座核电厂:秦山三期核电厂是中国和加拿大两国政府的合作项目,采用加拿大成熟的重水堆机组:大亚湾和岭澳核电厂四台 核电机组均是引进法国设计的压水堆机组:田 湾核电厂压水堆机组则是中国和俄罗斯合作 的成果。

其中凝结水处理系统运行情况最好的是 秦山二期,秦山二期采用国内无锡锅炉厂引进的高塔分离再生工艺,设置前置阳床和混床系 统。前置阳床选用国产争光树脂厂生产的 D001Z 中压凝结水精处理树脂,混床选用德国 BAYER 生产的凝胶均粒树脂 LEWATIT S100/M500 凝结水专用树脂。从调试至正常运行情况看,系统运行正常,出水水质满足二 回路水质指标要求。

大亚湾核电站凝结水处理系统是后补上 去的,精处理系统自投运以来,基本没有正常 运行过。主要是系统投入运行就会导致系统硫酸根严重超标,从而使精处理总是处于待用状态。岭澳核电厂为大亚湾核电厂的翻版, 二回路完全一致, 运行状况也一样。

田湾核电厂二回路凝结水精处理系统是 由俄罗斯成套设备供货,采用前置阳床加混床 的布置方式,从整体运行看, 系统出水电导和SiO 在合格范围内, 但在精处理投运后, 发现蒸汽发生器排污水中氯离子总超标。 综上所述, 我们对水处理系统要立足国内, 要相信我们国内也能将精处理系统做好。

参考文献

[1] 藏希年,申世飞.核电厂系统及设备.清华 大学出版社.2003,9.

[2] 王方.国际通用离子交换技术手册.科学技 术文献出版社，2000.

[3] 丁训慎.我国核电站蒸汽发生器二次侧水 化学处理.中国核动力运行研究院.2001.

[4] 徐光平.电厂凝结水精处理铵化运行理论及实践.水处理设备技术,1998(2)

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