1　除盐水箱密封的必要性
　　火力发电厂随着装机容量的增大,对水汽品质的要求也越来越高,除盐水箱的贮存过程使得水质劣化问题显得较为突出。除盐水一旦被空气中二氧化碳、氧和灰尘极微量或短时间污染,就会使其品质急剧下降,进而造成热力设备的结垢、腐蚀。因此对除盐水箱实施密封是十分必要的。
　　空气中的二氧化碳进入除盐水后立即生成碳酸(h2co3)。由于碳酸是化合物,因此用任何物理的方法都不易清除。不管是真空除气器、凝汽器或热力式除氧器,它们能将水中氧含量降至10μg/l以下,但却不能将水中的二氧化碳含量降至2mg/l以下。向水中加氨后,虽然ph值升高了,但只是将二氧化碳转化成了(nh4)2co3,并没有清除二氧化碳,结果co2或碳酸一旦分解出来,仍会使热力系统遭受腐蚀,使水中的fe、cu等含量居高不下。
　　co2+h2o=h2co3
　　co2+h2o+nh3=(nh4)2co3
　　绥电公司现有的2台630m3除盐自用水箱和3台5000m3除盐水箱,顶部均是直通大气,机组正常运行时,5000m3除盐水箱水位维持在8m以上,除盐水在水箱中平均停留时间在4～5d,水中溶解的二氧化碳和氧气均达到饱和状态。制水混床出口水进入除盐水箱时的电导率不到0.1μs/cm,而机组的补给水电导率已在0.6μs/cm以上,远远超出要求值,1号、2号机组小修割管时均发现有酸性腐蚀,与除盐水箱未实施密封有一定的关系。
　　绥电1号机组给水处理方式改为联合加氧后,要求给水电导率必须小于0.1μs/cm,这样,补给水的电导率必须小于0.2μs/cm才能满足要求。另外,绥电机组启动次数相对较频繁,启动初期,机组补水量非常大,而随补给水带入系统的二氧化碳和氧气量也较大,造成的腐蚀也较运行阶段严重。因此应尽快解决水箱密封问题,使其隔绝空气,保证补给水的品质。

　　2　除盐水箱密封方法
　　目前国内外有关水箱的密封方法较多,本文对一些常用方法的优缺点进行分析探讨。
　　2.1　缓冲水隔离法
　　将水箱的进出水管接在箱底部的一个接口上。当水箱充满水后,由于水箱仅对进出水流量差值起一个补充作用,所以箱底部管流量很小,箱中液位变化也很小,箱中的存水起了一种缓冲隔离作用,使箱内最上部易被空气污染的一段纯水不会立即流出,减轻了箱中出水水质变坏倾向。
　　该工艺在系统极其平稳运行时,对出水水质变坏有一定控制作用。但是,水箱存水就是考虑进出水量不平衡而进行调节。对除盐水箱来说,水箱要贮存离子交换器再生时对外供水量,要贮存再生自用水,由于机炉补水不稳定要贮存缓冲耗水,在正常运行时,箱内水位也要较大幅度地变化,尤其对调峰机组而言,其箱内液位变化更是频繁,因此,箱内的缓冲水区不易保证。即使缓冲区能够稳定存在,溶解得氧和二氧化碳的扩散作用仍然存在,在一定时间后,整个箱内的存水会无法避免地变坏。
　　优点:该法无需额外装置,无设备成本。
　　缺点:该工艺的作用是有限的,不能根本解决问题,只能在设计阶段考虑,对运行电厂不能应用,因为底部进水涉及基础结构。
　　2.2　密封液密封法
　　将比重小于1的密封液倒入箱中,密封液浮在水面上,将水与空气隔开,以达到密封保持水质的效果。
　　为了防止密封液随箱内水流出,在箱出水管上应采用倒虹吸管,由于空气与密封液接触,因此密封液也会被空气中尘埃所污染,因此应该定期更换。
　　优点:该法工艺简单,密封效果好,而且不受容器形状限制。
　　缺点:该法对密封液要求较高,它应该有良好的化学稳定性,而且应不含能溶于水且影响水质的任何成分。降低密封液成本是该工艺的主要问题。国内外市场比较少见。
　　2.3　氮气密封法
　　将箱内水面上空气全部更换为干净氮气,使箱内水不与外界空气接触,从而达到保持水质的目的。
　　优点:该方法根本上杜绝了外界空气的箱内存在,因而达到了预期的效果,在西方国家的设计中常能见到该种密封方案。
　　缺点:这种工艺对容器上设置的安全措施可靠性要求很高。否则会因为安全装置失灵造成箱体内压力上升或处真空态而造成爆炸。由于水箱要在一定压力下工作,因而对箱体的制造也有严格的要求。氮气在液位变化时要大量消耗氮气,因此该工艺的运行费用较高。
　　2.4　蒸汽密封法
　　该方法的原理与"氮气密封法"基本相同。其效果及对安全装置、容器制造要求也都同于"氮气密封法"。两种方法的主要区别在于:由于用蒸汽代替了氮气,蒸汽在箱内要不断凝结,因而蒸汽运行消耗量大大高于氮气密封法中的氮气消耗量。另外,蒸汽的品质不能低于箱内纯水水质,否则会使纯水水质下降。
　　2.5　塑料球密封法
　　将特制塑料球放在水箱内浮在水面上,隔绝了箱内水面与空气的接触,以达到保持水质的目的。
　　该工艺源于西德,从20世纪80年代中期引进,率先在冶金系统(上钢三厂等)上应用,主要防止钢板酸洗过程中酸槽酸雾挥发,对车间设备、电路等造成腐蚀,并且解决了用风机抽出酸雾的能源损耗问题(故最早的名称为"节能净化球")。20世纪80年代末期才引用到电力系统(望亭电厂等),主要解决酸罐酸雾挥发和除盐水箱污染问题,起到一定的作用。
　　因圆球采用的聚丙稀材料,其密度为0.91g/cm3,圆球运行时,大部分已沉入液体中,故覆盖率不尽理想。因为理论上只有当圆球的比重是覆盖液体比重的0.5倍时,覆盖率才是最大的。于是有了第二代空心圆球,旨在根据覆盖液体比重,设计生产不同比重的圆球,解决覆盖率最大化问题。因空心球制造工艺———吹塑封口技术未能得到完全解决,没有投入工业生产。在此基础上,研制了发泡圆球,外面是个圆实体,而球内部发泡,发泡的体积可调节圆球的比重。这一方法解决了技术、生产工艺诸问题。这就是第三代圆球(也称节能净化球、高效液面覆盖球等),也是目前市场最常见的产品。
　　第三代圆球尽管解决覆盖率最大化问题,但理论极限覆盖率是90.7%,还是没有完全密封的目的。这样,就研发了第四代———带边覆盖球、正六角形覆盖球、大球套小球等产品及方法,目的解决圆球相切后的空隙问题。该类产品在设计上解决了圆球与圆球之间的空隙问题,理论覆盖率达到95%以上。但在实际运行中存在问题较多,如放置数量计算问题,球体形成的覆盖层的外径与箱体内径的封边问题、容器的形状问题等,所以此类产品几乎不可能达到设计中"最佳排列"。另外,如果液面不是静态的,液面波动也会引起球本身的运动,从而引起除盐水水质的波动。
　　优点:该方法工艺简单,便于清扫。
　　缺点:密封效果不尽理想。
　　2.6　吸收法
　　主要是通过碱性物质将空气中的二氧化碳进行吸收,使其不能进入除盐水箱,常用的碱性物质有碱石棉和液体工业碱,在水箱溢流管和通空气管上连接一容器,将碱石棉或液体工业碱放入其中,定期进行更换。要求水箱运行时溢流管不能溢流,冬季要考虑防冻问题。
　　优点:阻止了二氧化碳进入水箱。
　　缺点:水箱运行状态要求严格;维护量大,特别是冬季;碱性物质不及时进行更换会引起水质波动。
　　2.7　浮顶密封法水箱内加一套浮顶,使其箱内水面与空气隔开。浮顶像活塞一样,随着水箱水位的下降或上升而浮动,从而达到防止箱内水质劣化的目的。浮顶有硬浮顶和软浮顶之分。硬浮顶有金属浮顶和钢架发泡eps浮顶,均因受制于价格及安装、维护等问题,在国内市场上鲜见。
　　软浮顶,其主体覆盖物是一层具有足够强度和气密性的膜,使气液两相隔绝,膜下固定若干浮块,使膜浮于液面。膜的外缘用几层刚性的环固定,在环的周边再固以橡皮环,保证装置外缘与容器壁滑动接触和密封。浮顶上因定绳索牵动了浮标式液位计标尺运动,指示液位。因浮顶与箱壁采用"活塞环"方式———密封橡皮设计,浮顶能上能下运动自如。全部零部件可由人孔门运入箱内,在容器底部拼装,无需搭脚手架,浮顶也无须自带支撑。目前市场常见的就是这种浮顶。
　　优点:基本上解决液面全密封问题,密封效果好。
　　缺点:除盐水箱不能从上部进水,底侧部、底部进水均可。
　　当然,与除盐水接触的大气对水质的污染因时、因地而异,即与所在地区的气候条件和当地的大气成分等有关,因此,同样的设备在不同的地区和不同的季节污染的程度也不尽相同,各地区因各地气候及设备结构的不同亦会采取不同的密封方法。以绥电为例,由于除盐水箱出入口管均位于水箱底部,因此笔者认为使用软浮顶来对水箱进行密封较为合适。
　　2台单机容量220mw的燃煤机组锅炉补给水采用一级除盐加混床的处理方法。按照《火力发电厂水汽化学监督导则》dl/t561-95(以下简称导则)的规定,机组对补给水的水质要求为:硬度≈0μmol/l;二氧化硅≤20μg/l;电导率≤0.2μs/cm;ph值≥6.7。但自机组投厂以来,除盐水箱进水电导率为0.1～0.2μs/cm(25℃),除盐水箱出水电导率为0.8μs/cm左右(25℃),ph值在5.5～6.0。除盐水水质的下降对凝结水水质造成一定影响,成为热力系统设备及管道腐蚀的隐患。针对这种情况,于2003年3月至5月为除盐水箱上加装呼吸器及管路系统进行了设计、制作、安装和调试。
　　1　除盐水水质污染原因
　　经过一级除盐加混床处理得到的除盐水,水质指标一般都能够达到"导则"规定的补给水标准。但是,当除盐水进入除盐水箱以后,随着存放时间的增加,除盐水电导率逐渐上升,ph值逐渐下降,说明此处有其他弱酸性物质在不断地溶解到除盐水中。当除盐水电导率和ph值达到一定程度后便稳定,此时除盐水对该种物质的溶解也达到了饱和状态。经取样分析表明,该物质为二氧化碳,主要来源于空气。空气中二氧化碳通过水箱呼吸孔直接进入水箱中,并通过与水箱进水水流的不断碰撞与扰动溶解于水中,导致除盐水电导率的上升和ph值的下降。
　　2　问题的解决
　　2.1　在原除盐水箱上增加一套密封呼吸系统
　　除盐水箱呼吸器及水封部分是根据除盐水箱有关参数,并结合现场设备实际布置情况来设计,整个系统不考虑使用阀门,平时运行不需任何操作,完全实现自动运行。
　　2.2　呼吸器的设计
　　水箱的呼吸器即为水箱的吸气装置。呼吸器的工作原理为外界的空气在受除盐水箱内部液位下降所形成的负压作用下而进入水箱,但在进入水箱前必须先通过吸收液。设计使用的吸收液为30%naoh碱液层,碱液与二氧化碳发生反应生成碳酸钠和水。
　　呼吸器的设计主要考虑运行时除盐水箱内部的负压状况。运行时内部负压与水箱液位的下降速度(除盐水泵的流量、水箱底排开启后放水流量)及碱液层的高度有关。根据除盐水箱制造技术条件:水箱应在压力为45kpa下做严密性试验,为保证一定的安全裕度,设计时应考虑最大出水情况,即2台除盐水泵运行、底排阀门故障开启时水箱能正常呼吸,且水箱内压力不低于78kpa。设计时取用的空气通流面积为原来的2倍,为保证吸收效果,取用的与吸收液接触的布气装置通流面积应为原先呼吸管的3倍。
　　2.3　水封的设计
　　水封的工作原理为水箱进水时水箱内空气通过水封排向大气,但在水箱吸气时外界大气不能通过水封而进入水箱,实际上它是水箱的排气装置。
　　水封的设计主要依据水箱运行时的负压状况进行,水封内水高度或者水容积要保证在水箱吸气时因不会因水箱内的负压而使空气吸入。

　　3　其他有关工作
　　(1)为进一步减少水流对空气的扰动,将除盐水箱的进水管及回水管的进口延伸至该水箱内约6m标高处(除盐水箱高度为13m)。
　　(2)全面排查除盐水箱的气水渗漏点,并进行封堵。
　　(3)调试时在吸气管上装设真空表及真空破坏门,调整吸收液的高度使水箱内压力不低于78kpa。

　　4　使用呼吸器前后水质情况对比
　　4.1　除盐水箱出水导电度
　　经比较,导电度平均值由0.81μs/cm下降为0.26μs/cm。
　　4.2　凝结水水质情况
　　经比较,氢导平均值由0.194μs/cm下降为0.122μs/cm。

　　5　总结
　　(1)虽然除盐水电导率较原来有了较为明显的下降,除盐水箱进出水电导率差亦小于0.1μs/cm,但离标准还稍有距离,其主要原因是:除盐水箱本身还有漏点,如水箱顶部就地液位计尼龙绳处还存在漏点;水箱内部存在一定的腐蚀,2003年3月初1号除盐水箱内部检查时发现水箱内壁及底部原树脂漆脱落约1m2,水箱内壁有大量鼓泡,手揿后有铁屑及水泡产生。
　　(2)因无在线ph表,通过人工取样分析误差较大,所以对ph值无对比分析。
　　(3)为防止冬天呼吸器内碱液结晶、水封冻住,特别是在北方地区,应考虑保温。
　　(4)呼吸器运行1年后,应对吸收液进行取样分析,并及时更换碱液。
　　(5)为了防止事故状态下水箱内部负压突然增大引起水箱吸瘪设备事故,可以考虑在水箱吸气管上增设电接点压力表与电动真空破坏门,设定水箱压力至83kpa时破坏门快速自动打开,以保护除盐水箱。