CN104813102A - 回收蒸汽动力装置过程排水的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有水汽循环(2)的蒸汽动力装置(1)运行方法，按本方法，将水汽循环(2)形成的过程排水(10)，相应于其各自的污染程度分成一些排水分量分别收集。在此过程中形成至少一个有第一种污染程度的第一排水分量(11)和至少一个有第二种污染程度的第二排水分量(12)。第二种污染程度比第一种污染程度严重。按本发明，第一排水分量(11)与第二排水分量(12)互相混合，形成合并的过程排水(21)，将它输入排水处理设备(19)。

Description

回收蒸汽动力装置过程排水的方法
技术领域
本发明涉及一种具有闭式水汽循环和过程水再处理设备的蒸汽动力装置运行方法，以及尤其涉及将来自水汽循环的排水恢复为过程水。
背景技术
蒸汽动力装置用于发电。它们可设计为火电厂设备(DKW)，其中，蒸汽通过燃烧矿物燃料的锅炉产生。除燃烧的锅炉外，火电厂设备主要还包括汽轮机、水汽循环和凝汽器。
蒸汽动力装置同样可以设计为燃气和蒸汽电厂设备(GUD)。这种燃气和蒸汽电厂设备包括至少燃气轮机、水汽循环、锅炉、汽轮机、发电机和凝汽器。
蒸汽动力装置还可以设计为集中的太阳能电厂设备(Concentrated Solarpower Anlagen-CSP)。这种蒸汽动力装置包括至少作为产生热量的阳光、作为传输介质的油、水汽循环、锅炉、汽轮机、发电机和凝汽器。
作为在蒸汽动力装置内的工质使用去离子水，它在锅炉中汽化。产生的蒸汽引入汽轮机并在那里膨胀。在此过程中释放的能量通过轴传给发电机。膨胀后的蒸汽接着供给凝汽器并凝结成液相。
为了强化冷凝过程，凝汽器连接了抽真空系统，当蒸汽动力装置起动时它在凝汽器中造成真空并在工作期间保持真空度。通过所述的真空，提高汽轮机效率以及从液流去除不能液化的气体。
在发电的过程中，各种杂质可能进入工质内。此外，为了调节或净化还要在工质内添加不同的物质。这种被杂质或添加物污染的工质，必须作为过程排水从水汽循环引出，因为这些杂质不允许作为工质在水汽循环中直接重新使用。
氨作为碱化剂用于调节给水。通过添加氨，可以达到提高工质的pH值，由此降纸给水的相对腐蚀率。因为氨在液体和蒸汽中的分配系数不同，所以在有蒸发和冷凝过程的系统部件中，可以出现局部明显增大的氨浓度(例如在凝汽器中、在抽真空系统和汽包排污装置中)。
过程排水在水汽循环中不同地方形成。在完全脱盐设备内制造完全脱盐水时附带形成的过程排水是再生排水，它构成最大部分污染的过程水。在起动和停车时必须平衡工质的缺额(通过补给工质)和工质的余额(通过排出工质)。此外，通过在水汽循环中连续取样和漏泄还形成过程排水。基于上述失水，水汽循环必须连续补给完全脱盐水(去离子水)。通过在完全脱盐设备和冷凝水净化装置中的回洗和再生过程，同样产生过程排水。
例如400MW的燃气和蒸汽电厂设备，在基本负荷运行时，在用直流式锅炉产生蒸汽的情况下，每年产生约14000吨的过程排水，而用循环式锅炉时约为22000吨。迄今大部分这种过程排水被舍弃。
例如2×1050MW有自然通风冷水塔和湿石灰石烟气净化设备烧矿物燃料的火电厂，在基本负荷运行时，每年甚至产生高达100000吨的过程排水，它必须排入公开的水域中。其中将近一半在冷水塔产生。
基于越来越严格的环境保护法律，以及对于那些存在水资源紧缺的国家，减少耗水量并因而在水汽循环内部的排水和过程水的再利用，具有日益重要的意义。尤其是，用于将排水排入公开水域的规程越来越严格。因此应尽可能减少蒸汽动力装置的水消耗量。
例如在燃气和蒸汽电厂设备的汽包内形成受污染的过程排水。通常存在多个压力水平不同的汽包。燃气和蒸汽电厂设备也可以有一个或多个所述的直流式锅炉，它们也称为本生锅炉，但它们大多安装在高压级内。基于从汽包提取饱和蒸汽，在汽包内留下不挥发的物质。这些不挥发的杂质浓集在汽包内，并因此必须通过清垢从循环去除。在此过程中造成循环失水，损失的水必须通过补水，所谓去离子水，重新补偿。
EP1706188B1说明了一种从蒸汽动力装置回收至少部分清垢水的方法。为了降低能量和水损失，将来自汽包具有高压力水平的清垢水，进一步引入较低压力水平的汽包内并膨胀(所谓Boiler Cascading Blowdown)。当然，在这里的缺点是，全部污垢从一个压力水平传给下一个压力水平。因此建议，将在高压水平的水汽分离装置中分离的蒸汽，供给较低压力水平的汽包(Advanced Cascading Blowdown)。这就有可能在水汽循环中充分利用能量和再利用至少部分蒸汽。然而遗留的清垢水必须完全作为废物排除。
通过排水产生其他的过程排水。例如在持续运行时从长的其中聚集冷凝水的封闭管道排水。为此，所涉及的管道短时打开并因此排水。在此过程中导致水循环失水，损失的水必须通过补水(去离子水)重新供给。排水尤其还在蒸汽动力装置起动和停车时多次发生，因为例如在蒸汽电厂设备停车时，处于水循环内的蒸汽逐渐凝结，以及如此产生的液化水不允许停留在设备部件内，尤其加热面内。在停车时，从水循环排出的水比补充的更多，直至最终不再补水。
EP1662096A1和US7487604B2分别介绍了一种方法，通过这种方法可以回收从蒸汽动力装置的排水。可以收集及聚合排水，以及也可以部分暂时储存在水箱内。储存的排水然后借助泵舍弃到环境中。水箱在这里用于减少泵的运行时间和间隔频度。排出的水也可以在分离容器中膨胀，使水和蒸汽彼此分离。分离的蒸汽和排出的去离子水排入环境中。因此建议，从水汽循环的至少一个压力级收集并储存全部排水，以及，将如此收集并储存的排水基本上完全经过水处理设备送回水循环。
然而，由先有技术迄今还未知任何方法，通过它们能从电厂收集全部过程排水，并重新基本上全部在水汽循环内再利用。
发明内容
因此本发明的目的是，提供一种蒸汽动力装置的运行方法，按本方法，使环境受过程排水的负担最轻以及使新鲜水的消耗量最小，几乎不再将过程排水向环境排放。此外，本发明的目的是降低蒸汽动力装置和用这种蒸汽动力装置发电的电厂的日常成本，这通过完全脱盐设备(去离子水制备装置)形成。
本发明的目的通过权利要求1的特征达到。蒸汽动力装置的运行方法包括水汽循环，按本方法，将水汽循环(同时或附带)形成的全部过程排水，相应于其各自的污染程度分成一些排水分量分别收集。在这里分别收集至少一个有第一种污染程度的第一排水分量和至少一个有第二种污染程度的第二排水分量。第二排水分量的第二种污染程度比第一排水分量的第一种污染程度高。第一排水分量与第二排水分量接着互相混合，形成一种过程排水，它有基本上恒定的污染程度。将这种过程排水输入排水处理设备。
排水处理设备在这里包括蒸发器，通过它使排水汽化。为了蒸发排水有各种技术。通过蒸发和结晶，理论上所有溶解的成分从排水去除。这些成分接着可以作为固体废物排除。这种有高纯的质量的馏出物能再使用于蒸汽动力装置。实施将馏出物引入生水箱内。有害物质过多的排水通过蒸发也完全净化。由此降低蒸汽动力装置的生水需求和排水量。
本发明从下述考虑出发：蒸汽动力装置的全部过程排水输入排水处理设备，以及过程排水在引入排水处理设备前以这样的方式分开和收集，亦即形成至少两个有不同污染程度的排水分量。由此便能回收来自蒸汽电厂设备的所有过程排水。
按本发明规定，除所述至少两个污染的过程排水的排水分量外，收集另一个洁净的过程排水的排水分量。在这里，看作是洁净的过程排水，是那些没有污染或只有允许的低污染程度的过程排水。洁净的过程排水例如是某些水的分流，它们为了测量取自水汽循环，不过通过测量未受损害。疏水同样可看作是洁净的过程排水。调节剂氨在这里不认为是杂质。
另一种洁净的过程排水的排水分量只有小量杂质(例如铁微粒和氨)。因此在送回水汽循环中之前，这种过程排水必须通过冷凝水净化设备净化。
在有些情况下送回的过程排水首先必须冷却。冷凝水净化设备的寿命由于高的离子含量缩短。必须由完全脱盐设备制备的去离子水的量会变得更小，因为只需要少量补水。在循环式锅炉的情况下，洁净和经净化的过程排水直接引入去矿物水的水箱内。在直流式锅炉的情况下，排水通过存在的冷凝水净化设备引入水汽循环中。
通过减少水需求或优化水处理，还可以降低化学制品消耗量，因此能资源保护地形成电厂的环境平衡。
通过将在排水处理设备中通过蒸发形成的冷凝水回送到完全脱盐设备，例如所述的火电厂(DKW)通过完全脱盐设备可每年少处理达75200吨的去离子水。其中每年15000吨来自锅炉冲洗时可回收的过程排水和锅炉起动，约每年4300吨来自辅助锅炉的清垢，每年达6000吨来自试样提取的过程排水，以及每年约50000吨来自回收的冷凝水。
按本发明方法的一种优选的进一步发展规定，通过排水处理设备净化的过程排水重新基本上完全送回水汽循环中。所述的送回优选地经过去矿物设备进行。通过将净化的过程排水回送到水汽循环中，形成一种闭合的循环。其结果是，可以实现蒸汽动力装置的一种运行，此时不必连续供给来自环境的生水，或不必将过程排水排入环境中。因此，按本发明的蒸汽动力装置尤其适用于那些地区，在那里存在水紧缺的状况，或由于环境保护的原因必须对大自然造成最小的影响。
特利有利的是，第二排水分量通过将取自蒸汽动力装置包括的去矿物质设备/完全脱盐设备的过程排水输入其中形成。这些用于制备去矿物水的设备产生一种污染比较严重的过程排水。附加地，还可以规定将来自冷凝水净化设备的过程排水输入第二排水分量。第二排水分量输入单独的集水箱，以及收集并暂存在集水箱内。
优选地将过程排水输入第一排水分量，此过程排水取自蒸汽动力装置包括的抽真空系统，以及源于从水汽循环连续提取的试样。来自抽真空系统和试样提取的过程排水受较轻的污染，但含有氨。第一排水分量也输入单独的集水箱，以及收集并暂存在集水箱内。它除了氨外还含有其他阴离子和阳离子。
若第一排水分量与第二排水分量互相混合为，可以将合并的具有基本上恒定污染程度的过程排水输入排水处理设备，则排水处理设备能特别有效地工作。混合比借助调节器调整。通过恒定的污染程度，使排水处理设备负荷均匀，以及以基本上恒定的水准运行。排水处理设备包括蒸发器，它以不变的污染程度工作。
第一排水分量和第二排水分量的污染程度优选地分别通过测量电导率确定。这些测量可以连续进行。测量结果可以由调节器实时评估，以及转换为混合比调整。
优选地，排水处理设备包括蒸发器，除了合并的过程排水外还给它输入添加剂，所以析出固体，例如硫酸铵。这些固体可以在肥料工业中继续使用。
按本发明另一种有利的实施形式，蒸汽动力装置还包括锅炉，它设计为直流式锅炉。冷凝水净化设备连接在此直流式锅炉的下游。冷凝水净化设备产生污染比较严重的过程排水，因此优选输入第一排水分量。
附图说明
下面借助附图详细说明本发明。其中：
图1表示有直流式锅炉的蒸汽动力装置运行方法；以及
图2表示有循环式锅炉的蒸汽动力装置运行方法。
具体实施方式
图1表示有水汽循环2的蒸汽动力装置1。在图中只示意表示水汽循环2。水汽循环2包括在这里没有详细表示的在其中产生蒸汽的直流式锅炉3、汽轮机和凝汽器。此外，为了蒸汽动力装置1的起动和停车，凝汽器还有抽真空系统，通过它可以调节真空度。
此外蒸汽动力装置1包括生水箱5，通过生水管6将来自新鲜水源的水输入生水箱5。有必要连续补充水，因为通过系统漏泄导致的水不断的损失。
生水箱5通过管道与去矿物质设备7(完全脱盐设备)连接。去矿物质设备7包括离子交换剂(离子交换树脂)，通过它使来自生水箱5的生水脱盐，形成去矿物水8。在去矿物水8外还形成形式上为再生排水17的过程排水10。去矿物水8在水箱9内暂存，以及接着转送到水汽循环2中。
在水汽循环2内，去矿物水8在直流式锅炉中汽化，在汽轮机内膨胀，以及在凝汽器中借助抽真空系统重新凝结。
从水汽循环2连续提取形式上为试样的过程排水15。通过测量形成已弄脏的过程排水15a和洁净的过程排水15b。洁净和弄脏的过程排水10全都离开水汽循环2。
来自抽真空系统的过程排水14和来自试样提取弄脏的过程排水15a，算作污染的过程排水10。
来自试样提取的过程排水15b是洁净的过程排水，它与过程排水10一起引入洁净过程排水用的集水箱18中，以及形成一个具有洁净过程排水的排水分量13。这一包括洁净过程排水的排水分量13，通过冷凝水净化装置24送回水汽循环。
来自抽真空系统的过程排水14，与承担试样提取的过程排水15a一样污染比较严重。过程排水14和15a在第一集水箱中会聚，以及形成第一个水分量11。来自去矿物设备7的过程排水17与来自冷凝水净化装置24的再生排水16，输入第二集水箱，以及形成第二个水分量12。
来自第一个水分量11的过程排水和来自第二个水分量12的过程排水，现在引出并互相混合，从而形成合并的过程排水21，它被输入排水处理设备19。在这里，在蒸汽动力装置1运行过程中连续调整混合比。这种调整的目的是，即使在第一水分量11和/或第二水分量12污染程度变更时，也能通过调整混合比获得一种合并的其污染程度基本恒定的过程排水21。因此使排水处理设备19能稳定工作。在这里，这些水分量的污染程度通过测量电导率确定。
排水处理设备19包括蒸发器，合并的过程排水21在其中汽化。然后通过蒸汽凝结形成净化的过程排水20，其导出至生水箱5，并因而也能重新供水汽循环2使用。通过已净化的过程排水20凝结，在排水处理设备19内形成固体残渣22，它主要包括硫酸铵。硫酸铵被排出并能提供其他应用。
在循环式锅炉的情况下，排水分量12仅由去矿物设备7的再生排水17组成。
图2表示图1中的蒸汽动力装置，不过水汽循环2不包括直流式锅炉，而是包括在这里仅示意表示的循环式锅炉4。此外，图2所示的蒸汽动力装置1还包括冷凝水净化设备24。
在直流式锅炉3的情况下，冷凝水23输入冷凝水净化设备24。
去矿物设备7的过程排水17和来自冷凝水净化设备24的再生排水引入第二集水箱，以及形成第二水分流12。
洁净的排水分流13通过冷凝水净化设备24净化，并送回水汽循环2。
通过本发明提供可能性，能将向环境输出的排水量降到最低程度。由此只须给蒸汽动力装置补充供给较少的新鲜水，从而也只须处理较少的工质。

Claims (10)

1.一种用于运行具有水汽循环(2)的蒸汽动力装置(1)的方法，按本方法，将水汽循环(2)形成的过程排水(10)，相应于其各自的污染程度分成一些排水分量分别收集，在此过程中形成至少一个有第一种污染程度的第一排水分量(11)和至少一个有第二种污染程度的第二排水分量(12)，其中第二种污染程度比第一种污染程度高，以及第一排水分量(11)与第二排水分量(12)互相混合，形成合并的过程排水(21)，将它输入排水处理设备(19)。
2.按照权利要求1所述的方法，其中，通过排水处理设备(19)净化的过程排水(20)重新基本上完全送回水汽循环(2)中。
3.按照权利要求1或2之一所述的方法，其中，将取自蒸汽动力装置(1)包括的完全脱盐设备(7)的过程排水(17)，输入第二排水分量(12)。
4.按照权利要求1至3之一所述的方法，其中，将过程排水(10)输入第一排水分量(11)，过程排水(10)取自水汽循环(2)包括的抽真空系统(14)，以及源于从水汽循环(2)提取的水试样(15)。
5.按照权利要求1至4之一所述的方法，其中，第一排水分量(11)与第二排水分量(12)互相混合，使合并的具有基本上恒定污染程度的过程排水(21)可以输入排水处理设备(19)。
6.按照权利要求1至5之一所述的方法，其中，第一排水分量(11)和第二排水分量(12)的污染程度分别通过测量电导率确定。
7.按照权利要求1至6之一所述的方法，其中，排水处理设备(19)包括蒸发器，它设计用于基本上连续工作。
8.按照权利要求1至7之一所述的方法，其中，此外分离并收集一个含有洁净过程排水的排水分量(13)，洁净的过程排水取自水汽循环(2)包括的凝汽器，和/或源于从水汽循环(2)提取的水试样(15b)。
9.按照权利要求1至8之一所述的方法，其特征为，蒸汽动力装置(1)包括锅炉，它设计为直流式锅炉(3)，其中，将过程排水(10)输入第二排水分量(12)，该过程排水(10)取自直流式锅炉(3)包括的冷凝水净化设备(24)。
10.按照权利要求1至7之一所述的方法，其特征为，蒸汽动力装置(1)包括锅炉，它设计为循环式锅炉(4)。
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