发电厂对外供汽高温冷凝水处理技术研究进展

前言：蒸汽作为热源被广泛应用于工业领域，随着工业用汽用户的增加，电厂对外供蒸汽量逐渐增大，大量的蒸汽冷凝水属于优质水源，并且温度高，蕴含着大量的热量，可达蒸汽全部热量的 20%～30% 。若不能有效回收，不仅会造成较大的能量浪费，还会造成热污染，因此回收冷凝水及其热能对于电厂节能、减少新鲜水补充量、提高水资源的重复利用率有重要的意义。冷凝水在实际运行中受设备泄漏、管道腐蚀、系统污染等因素影响，无法直接回用于锅炉的给水系统，需要进行处理后方可回收利用。

当前，冷凝水处理技术面临多重挑战：1.发电机组参数不断提高，对给水水质的要求日趋严格；2.受外部蒸汽用户的影响，冷凝水水质复杂，并且波动性大；3.对水处理设备的耐温性要求更高。针对上述挑战，本文将对高温冷凝水处理领域的研究现状和进展予以综述，并提出这一领域的发展趋势和研究走向，为电厂冷凝水回收系统的设计、改造与运行提供技术参考。

1.高温冷凝水的特性与分析

外供蒸汽冷凝水的水质特征直接决定了处理工艺的选择与设计。冷凝水温度大多在 90℃左右，而水中杂质的含量则受蒸汽用户的生产工艺、设备运行状况以及管道输送过程的影响有很大的差别。油类污染物是外供蒸汽冷凝水最常见的杂质，主要来源于用户端设备的润滑油等油品泄漏。金属腐蚀产物主要以铁的氧化物（Fe₂O₃、Fe₃O₄）形式存在，来源于碳钢管道和设备的腐蚀。溶解性无机盐包括Na⁺、Cl⁻、SO₄²⁻等常规离子，以及NH₄⁺、SiO₂等特殊组分，主要来源于用户端工艺介质泄漏或水处理药剂残留，

通常冷凝水水质会受上述多种污染物的影响，并且污染程度不同，处理方式也不同，这就要求冷凝水在回收利用时需要根据具体情况针对不同的水质进行有针对性的处理，并且还要具有更强的适应能力来面对水质的波动性。

2.冷凝水处理技术

冷凝水的水质特性决定了冷凝水的回用方式，现有回用方式主要有以下两种：1.冷凝水降温至40℃以下进入锅炉补给水处理系统，这种方式工艺简单，但是增加了厂用冷却水用量，造成了热能和凝结水高品质的浪费，失去了回收的意义；2.冷凝水经过处理后直接回用至热力系统，这种方式冷凝水温度可以降到60 度，是冷凝水回用的主要方向。本文将基于第二种回用方式来探讨污染物的去除技术。

2.1 冷凝水悬浮物及金属腐蚀产物的去除技术

冷凝水悬浮物及金属腐蚀产物主要采用过滤的方式进行去除。高铁牛等提出了粉末覆盖过滤器运行评价方法，对运行过程进行在线监测，提高了粉末覆盖过滤器的运行水平。永磁除铁过滤器利用强磁特性，可以对水中的铁磁性杂质进行吸附，具有较好的处理效果，甘天保等研究成功设计并实现了一套高效稳定的永磁除铁控制系统，能够实时监测和调节永磁除铁过滤装置的工作状态，确保凝结水中铁含量的有效去除。 任培杰等采用磁增益除铁器，针对性地用电磁化吸附冷凝水中的氧化铁颗粒物和胶体，便于滤除极微细的氧化铁。电磁除铁过滤器对于铁的腐蚀产物有很好的去除效果，但是对于水中其他的悬浮物的去除能力较差。何柳东等采用热致相分离（TIPS）法制备耐高温PVDF 超滤膜，并用此膜对75~90℃的高温凝结水进行处理，产水水质稳定，可有效去除原水中的悬浮物和胶体。

2.2 冷凝水除油技术

油含量的去除是冷凝水处理的难点也是关键。因冷凝水温度高，常规的超滤、反渗透无法应用于高温场合。目前，针对冷凝水中油的处理技术主要有以下几种：

（1）吸附技术

蒸汽凝结水中的油主要是乳化油和溶解油且含量少。活性炭纤维ACF 具有较高的耐高温性能，并且对石油类的去除率可高达 67.7% ，并对部分有机物也都有很好的处理效果，活性碳纤维的价格比较高，并且随着使用时间的延长，ACF 会因吸附饱和而失效，需要定期进行再生，但是现有的再生程序复杂，限制了其应用场景。

还有一种吸附方式是用特种耐高温树脂通过亲油疏水特性吸附油分子，伍振毅等设计合成了一种大孔吸附树脂在 60～80° ，10 BV/h 的流速条件下，经过大孔吸附树脂除油后，出水油≤1 mg/L。吸附树脂现在面临的问题是树脂的耐高温性能，能否满足高温下长周期的安全运行，而且树脂再生工艺复杂，限制了其应用。

（2）过滤技术

过滤除油是一种完全不同于吸附的新型油水分离技术，它利用独特的亲水疏油材料，实现对水中憎水性分散质的分离。过滤器通常为立式，筒体分填料、隔油、产水腔体。填料腔体的聚集填料可破乳，捕捉油分子聚集成油膜后破除乳化。隔油腔体用特殊滤芯，水分子通过，油被阻截碰撞长大浮升实现分离，分离效率超 99.9% ，精度达0.1mg/L 以上，95℃水温下效果好，无多种消耗，操作简便，节省人力、物力、财力。HK 阻截除油技术就是利用上述原理来实现油水的分析，现已有成熟的工艺，并在在炼化企业高压机组冷凝水处理中得到了应用，出水水质小于0.3mg/L，满足高压机组凝结水的水质要求。

（3）复合双层膜技术

复合双层膜技术可以同步除油、除铁和悬浮物，它利用桥架原理，将吸附能力强、稳定性好的微孔粉状质附着在特制多孔滤元上形成薄层，通过机械阻留、吸附等作用去除凝结水中的油、铁等杂质。该技术具有双膜多功能、去除效率高、投资回收期短、占地面积小等特点，但是运行时需要经常进行重新铺膜，操作复杂，并且容易产生铺膜不均和曝膜的问题。

（4）膜处理技术

陶瓷超滤膜是一种以多孔陶瓷材料为介质制成的超滤膜，多是以玻璃、二氧化硅、氧化铝等原料经过高温烧结而成，孔径一般在50 nm 左右。陶瓷膜耐温能力可达100℃以上，当进口水质油含量主要在 6～21mg/L 时，出口水质油含量不超过1 mg/L ，对油具有很高的去除率，可以在线反洗，运行方便，但是陶瓷膜脆性大，易产生污堵。

PolyCera 聚瓷膜是一种新型的有机金属膜，具有其他有机材质膜所不具备的亲水性，可以制备成不同过滤孔径的微滤和纳滤膜。具有同时拦截悬浮物 括胶 和油的作用，并且能够在较高的温度下运行。宁夏煤业烯烃二分公司工艺冷凝液采用聚瓷膜进行处 进水油含量≤5mg/L,处理温度60℃，处理后油含量≤0.3mg/L。聚瓷膜以其超亲水疏油表面，耐污染、极易清洗的特性，在冷凝水中的应用具有很大的前景。

2.3 冷凝水除盐技术

离子交换技术是冷凝水除盐的常用方法，根据水质情况可以选择阴、阳床离子交换系统或混床离子交换技术，或者为二者的组合。目前离子交换技术 已经很成熟， 主要研究方 于树脂性能的提高和设备的改进。例如采用多层床体工艺、吸附-解吸循环 提高树脂的吸附效率和再生效率。中电环保研究了一种大直径凝结水精处理设备，采用大直径柱形 设计，设备直径显著大于常规精处理设备，单台处理能力大幅提升，创新性采用了不均匀布水、集水装置，优化了水流分布，并配套智能识别控制系统，减少再生频次和酸碱消耗。

3.结论与展望

高温冷凝水处理技术多用于中、高压机组，虽然取得了显著进步，但随着发电机组参数不断提高、环保法规日益严格以及水资源短缺形势加剧，仍然面临诸多技术挑战，比如复杂水质的适应性，高温材料的制约、污染物的去除精度等。目前制约冷凝水处理的关键因素是油的去除，吸附树脂对油有不错的去除率，但是能否满足超超临界等高机组参数的用水要求，还有待研究，吸附树脂的再生较为复杂并且不具备除盐能力，研究出多功能的树脂也将是一个方向；ACF 吸附效果好，并且对有机物也有很好的去除功能，如果可以解决再生及成本问题，可大大提高其在冷凝水处理中的应用；陶瓷、聚瓷等超滤膜在冷凝水中的应用，是膜技术在冷凝水处理领域的突破，但是对于有机物的去除还不能达到理想的效果，而反渗透、EDI 膜耐温性能差，限制了其在高温冷凝水中的发展。未来，随着新材料、新工艺的突破，研究出耐高温的反渗透、EDI 膜，将会使高温冷凝水处理技术更加完善。

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