摘要：大型空冷机组凝结水中的铁质类杂质含量要多于普通的水冷机组，特别是在机组启动阶段凝结水中铁含量明显高于正常运行状态。如果不设置除铁装置，单纯的依靠除盐水进行冲洗，不仅会浪费大量的除盐水，而且会直接影响机组启动的时间，同时对机组安全运行也有影响。通过对空冷机组凝结水中铁质杂质的来源、产生原理和清理方式的分析，阐述了过滤除铁、磁吸附除铁和离子交换除铁方式的原理，着重对比了前置式磁性除铁装置的三种布置方案的优劣，提出了装设前置除铁装置的必要性和较优方案。
关键词：空冷；凝结水；除铁
1.空冷机组凝结水中铁性杂质产生的原因
直接空冷机组的汽水与高温高压汽水管道和空冷凝汽器的接触面积非常大。汽水系统有更多的机会接触漏入的空气，造成汽水循环系统中局部或全部CO2含量、O2含量较高。CO2含量高使系统局部或全部pH值降低，引起腐蚀产生金属氧化物，其中铁的腐蚀产物最多。
空冷机组的背压比湿冷机组高，凝结水温度也较高，相对来说二氧化碳腐蚀速度更快，形成的腐蚀产物少而软，无粘附性，难于形成保护膜。因此，直接空冷机组的凝结水中铁氧化物含量会较高。
2.空冷机组凝结水除铁的必要性
机组冷态启动时凝结水质对机组的安全和经济运行有很大的影响。火电厂冷态启动时，凝结水中氧化铁等超标，导致机组启动时间长，浪费大量除盐水冲洗和排污，长时间烧油维持锅炉的低负荷，甚至为了抢负荷而降低汽水品质，造成受热面结垢腐蚀，严重影响机组运行的安全性和经济性。
凝结水系统中大约90%以上的金属污染物是固体颗粒状的，其中铁的比例最大。机组启动时随着水温的升高，固形物会溶解到凝结水中，从而导致系统中的溶解态的铁含量增加。为防止启动期间的污染物对水汽系统结垢的严重影响，超临界机组凝结水冲洗至Fe含量不大于1000PPB才能进入精处理；热态冲洗至启动分离器排水Fe含量不大于100PPB才停止排放。因此，这类杂质在冷态启动时将它们除去是非常有效和必要的。
3.凝结水铁质杂质去除方式
热力系统中的铁化合物按照其物理状态可分为固体、胶体和离子三种；按其化学组成可分为：固体（悬浮态主要为Fe2O3和Fe3O4）、胶体（包括带不同电荷的多种复合物）、离子态（主要有Fe2+和Fe3+）。这些物质在水中，受水的PH值、氧化还原电位的影响，其形态可因条件的变化而相互转变成其他形态。凝结水中化合物的去除方法可以分为物理法和化学法两种。物理法包括过滤法和磁吸附法；化学法一般采用离子交换法。
3.1基本除铁方式
3.1.1过滤除铁
3.1.1.1覆盖过滤器：由于金属绕丝滤元间隙较大，铺膜困难并存在容易漏过之分的问题，此工艺基本已经被淘汰。
3.1.1.2管式过滤器：采用机械筛分原理，使腐蚀产物与水分离，只能除去水中悬浮态的腐蚀产物，而对于溶解态的铁化合物没有去除能力，虽然有良好的去除颗粒状腐蚀产物的能力，但部分腐蚀产物渗透到滤元的绕线层内，难以反洗出来，增了滤元的更换频率，增大了设备的运行和维护费用。
3.1.1.3粉末树脂过滤器：正常运行过程中，基本上不具备出盐能力，只能作为除铁过滤器使用。
3.1.2磁吸附除铁
热力系统中的水由于全部处于低氧情况下，ORP较低，大部分悬浮态的铁腐蚀产物以Fe3O4的形式存在，可以用高强磁棒吸附除铁。影响磁吸附除铁效率的因素：只有固体颗粒状态存在的铁化合物，才能被磁力除铁器吸附，溶解态的铁离子和化合物不能磁力方法去除；固体颗粒中，磁化率高的物质容易被衣服除去；同样磁化率的颗粒，粒径大的容易除去；同样粒径、磁化率的固体颗粒，在磁场强度和磁场梯度高的情况下，容易除去。
固体物磁化率对比
磁吸附除铁装置分为永磁式和电磁式。
永磁式除铁装置结构简单，不需要外加能源。
电磁式除铁装置结构复杂并且在运行中需要消耗一定量的电能。
3.1.3离子交换除铁
用离子交换法去除水中溶解态的铁化合物非常有效。当出现离子交换器出水的含铁量大于或者等于进水时，则需要进行树脂的复苏，以恢复其除铁性能；树脂失去活性后更换树脂即可。
4.前置式磁性除铁装置的布置方式
前置式凝结水除铁器主要目的是除掉水中的铁质颗粒，提高凝结水水质，改善启动工况，保护机组安全运行的作用。被除掉的铁质成份为具有铁磁性的Fe3O4、r-Fe2o3和顺磁性的α-Fe2O3、FeO（OH）以及“胶体铁”等。随着水中铁质颗粒的减少，颗粒在水中溶解量也相应减少，从而使水中铁离子含量减少。机组正常运行时前置式除铁器可减轻精处理的负担，延长了其使用寿命。
根据设备布置位置的不同，前置式磁性除铁装置的设计方案有：
（1）除铁装置布置在凝结泵出口至精处理装置之间
（2）除铁装置布置在排汽装置凝结水出口至凝结泵滤网之间
（3）除铁装置布置在排汽装置凝结水出口前
第一种方案：在凝泵与精处理装置之间设置磁性过滤设备，结构复杂，占地面积大，增加了凝结水管道漏点。因凝结水流速度较高，冲击力大，铁屑吸附率差，部分铁屑随凝结水流走，除铁效果不佳。同时还增加了凝结水泵出口管道阻力，使得凝结水泵的电耗增加。如果磁性过滤设备堵塞，易造成凝结水断水。
第二种方案：在排汽装置和凝泵之间设置磁性过滤设备，结构复杂，占地面积大，增加了凝结水管道漏点。易造成凝结水断水。增大了凝泵入口阻力，易导致凝泵汽蚀。一般凝结水泵入口管道较短，空间狭小，增加了设备安装难度，制约了设备设计的尺寸。
第三种方案：在排汽装置内部凝结水出水口前布置磁性除铁装置。利用分散的小模块组成适当通流面积的封闭立体磁性除铁装置，将排汽装置凝结水出口笼罩在磁性除铁装置内，对凝结水进行全流场的吸附净化。磁性过滤器布置在排汽装置内部，可以有效的利用排汽装置内部空间，不用额外占用安装场地，通流面积倍率高，几乎不会明显增加凝泵入口阻力。不会造成凝结水管道的泄漏。实践证明，安装前置除铁装置后可使精处理更换树脂次数明显减少。
当凝结水除铁器吸附杂质以后，其表面堆积物越来越多使磁棒直径越来越大，磁场越来越弱，吸附铁质颗粒的能力也逐渐减弱。一般在机组停机检修时都要进行凝结水除铁器的清理工作。
结束语
空冷机组凝结水中的铁质杂质含量要多于水冷机组，特别是机组在启动阶段凝结水铁含量远远高于机组正常运行状态。如果不设置除铁装置，单纯的依靠除盐水进行冲洗，不仅会浪费大量的除盐水，还会影响机组的启动时间及安全经济性。在排汽装置内设置磁性除铁设备，可以有效的去除凝结水中的固态铁杂质，缩短凝结水管道冲洗时间，减轻凝结水精处理装置过滤除铁质类杂质的负担。从机组运行的经济性和安全性考虑，排汽装置内部设置磁性除铁装置是非常必要的。
参考文献
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[3]中国国家标准化管理委员会.火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量GB/T12145.中国标准出版社.2016.
论文作者:高秀芳
论文发表刊物:《电力设备》2019年第5期
论文发表时间:2019/7/24
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