氧化鋁廠到熱電廠的生產(chǎn)回水指標(biāo)分析

單杰果

摘 要：在氧化鋁廠和熱電廠的水汽系統(tǒng)中，通過不斷提高系統(tǒng)的生產(chǎn)回水量，增加了系統(tǒng)熱效率，降低了鍋爐煤耗，減少了熱電水耗，為中鋁中州鋁業(yè)有限公司節(jié)能降本做出了突出貢獻(xiàn)。經(jīng)過一年多的監(jiān)測回水各項(xiàng)指標(biāo)，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合理論，為達(dá)到生產(chǎn)回水能夠安全穩(wěn)定使用，保證鍋爐蒸汽品質(zhì)合格及減少汽輪機(jī)葉片結(jié)垢，對生產(chǎn)回水的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：熱電廠；氧化鋁回水；電導(dǎo)率；含鈉量；二氧化硅

在氧化鋁廠到熱電廠的水汽系統(tǒng)閉環(huán)中，為防止熱力系統(tǒng)結(jié)垢、腐蝕和積鹽，水、汽質(zhì)量應(yīng)達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)。水、汽質(zhì)量監(jiān)督就是用儀表或化學(xué)分析的方法測定各種水、汽質(zhì)量，看其是否符合標(biāo)準(zhǔn)，以便必要時(shí)采取措施。第二氧化鋁廠熱電區(qū)域鍋爐的生產(chǎn)補(bǔ)給水有五部分，分別是除鹽水、凝汽式汽輪機(jī)的凝結(jié)水、疏水箱疏水、處理的不合格的蒸發(fā)回水、直接上爐的高閃回水，這些水混合后應(yīng)該滿足鍋爐給水標(biāo)準(zhǔn)，最終目的是保證鍋爐蒸汽品質(zhì)合格，防止汽輪機(jī)葉片積鹽結(jié)垢，保障汽輪機(jī)長期穩(wěn)定運(yùn)行。

蒸汽的污染通常是指蒸汽中含有鹽類物質(zhì)（硅酸、鈉鹽等）的現(xiàn)象，蒸汽品質(zhì)是指蒸汽中這些雜質(zhì)含量的多少。這些鹽類物質(zhì)會沉積在蒸汽通過的各個(gè)部位，這種現(xiàn)象常稱為積鹽。過熱器和汽輪機(jī)內(nèi)積鹽會影響機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。在汽包鍋爐中，過熱蒸汽的品質(zhì)主要取決于由汽包送出的飽和蒸汽的純度。飽和蒸汽被污染的原因是蒸汽帶水和蒸汽溶解雜質(zhì)。從汽包送出的飽和蒸汽常夾帶一些爐水的水滴，這樣爐水中的鈉鹽、硅化合物等各種雜質(zhì)都以水溶液狀態(tài)進(jìn)入蒸汽。這種現(xiàn)象稱為飽和蒸汽的水滴攜帶或機(jī)械攜帶，它是飽和蒸汽被污染的原因之一。蒸汽具有溶解某些物質(zhì)的能力，并且蒸汽壓力越高，其溶解能力越大。飽和蒸汽通過溶解方式攜帶水中某些物質(zhì)的現(xiàn)象，叫做蒸汽的溶解攜帶。它是蒸汽被污染的另一個(gè)原因。正常運(yùn)行過程中，只要減少進(jìn)入爐水中的雜質(zhì)量、保證爐水含鹽量不高、進(jìn)行鍋爐排污、采用適當(dāng)?shù)钠鼉?nèi)部裝置和調(diào)整鍋爐的運(yùn)行工況等，既可保證飽和蒸汽品質(zhì)合格。

為了防止蒸汽中的雜質(zhì)在過熱器和汽輪機(jī)內(nèi)沉積，就必須保證過熱蒸汽的純度。這要首先保證從汽包引出的飽和蒸汽是潔凈的，其次還要防止蒸汽在過熱器減溫器中被減溫水中的雜質(zhì)所污染。[1]鍋爐的減溫水一般都是鍋爐的給水，對于生產(chǎn)回水未經(jīng)處理大量使用的單位，回水對鍋爐給水中雜質(zhì)含量的多少有很大影響，正常運(yùn)行中保證獲得潔凈蒸汽的關(guān)鍵還是要關(guān)注給水的質(zhì)量。在沒有在線氫電導(dǎo)率提供指標(biāo)參考時(shí)，對于鍋爐補(bǔ)給水的各項(xiàng)指標(biāo)的監(jiān)控尤為重要，其中隱患最大的將是生產(chǎn)回水，一旦鍋爐補(bǔ)給水受到嚴(yán)重污染，將會面臨全面停爐事故。

一般來說，在熱用戶的用熱過程中，蒸汽往往受到污染，只是從熱用戶返回的熱蒸汽冷凝水（返回水）含有許多雜質(zhì)。較多熱用戶中，返回水中含鐵量、硬度和含油量較大，不經(jīng)過適當(dāng)處理不能回收作為鍋爐給水的組成部分。返回水先收集于返回水箱中。為保證給水水質(zhì)，應(yīng)定時(shí)取樣檢查，監(jiān)督返回水箱中的水中，確認(rèn)水質(zhì)符合規(guī)定后，方可送入鍋爐的給水系統(tǒng)。按規(guī)定，返回水的含鐵量應(yīng)不大于100μg/L，硬度應(yīng)不大于5.0μmol/L，含油量應(yīng)不大于1mg/L。[2]根據(jù)我們廠的實(shí)際生產(chǎn)情況，蒸汽所有可能被污染的污染源是帶有液堿NaOH的礦漿，所以最應(yīng)該監(jiān)督直接進(jìn)入除氧器的回水指標(biāo)有硬度、電導(dǎo)率、含鈉量和二氧化硅。

（1）硬度。為了防止熱力系統(tǒng)結(jié)鈣、鎂水垢，減少鍋爐內(nèi)磷酸鹽處理的用藥量，避免鍋爐水中產(chǎn)生過多的水渣，應(yīng)監(jiān)控直接進(jìn)入除氧器的溶出高閃回水硬度。在一年多的溶出高閃回水手工化驗(yàn)指標(biāo)當(dāng)中，只有在溶出進(jìn)行檢修后的水質(zhì)指標(biāo)會有硬度外，正常運(yùn)行當(dāng)中，高閃回水指標(biāo)是沒有硬度的，符合鍋爐給水標(biāo)準(zhǔn)，由于技術(shù)上較難實(shí)現(xiàn)在線硬度檢測，對回水的硬度可定時(shí)間斷檢測。指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)為0μmol/L。

（2）電導(dǎo)率和氫電導(dǎo)率。電導(dǎo)率是反映回水中含鹽量多少的一項(xiàng)基本指標(biāo)，也是判斷高閃回水系統(tǒng)是否有較大量以上泄漏導(dǎo)致污染的重要指標(biāo)，通過這個(gè)指標(biāo)來控制各管道上的進(jìn)水閥關(guān)閉、排污閥打開，將不會導(dǎo)致鍋爐給水系統(tǒng)大面積污染。但由于電導(dǎo)率測量水中離子含量較為粗放，且不容易判斷管道微量滲漏，還需要通過鈉含量來協(xié)助判斷，并且日常操作中也可以對鍋爐給水進(jìn)行精細(xì)調(diào)整。我們廠的汽包鍋爐采用的是爐水全揮發(fā)處理方式，通過加氨水調(diào)節(jié)給水PH來防止給水系統(tǒng)的金屬腐蝕，由于鋼鐵在PH為8.8—9.3之間時(shí)腐蝕速率最慢，所以需要調(diào)節(jié)整個(gè)給水系統(tǒng)的加氨量，來保證鍋爐給水PH合格。通過理論計(jì)算基本上可以得到純水中加入氨水調(diào)節(jié)PH在8.8—9.3之間時(shí)，對應(yīng)的電導(dǎo)率在1.71-5.41us/cm之間?？紤]到除鹽水自身還是有1us/cm左右的電導(dǎo)率，所以基本判定正常生產(chǎn)回水的電導(dǎo)率一般是不應(yīng)該超過8us/cm。

氫電導(dǎo)率。蒸汽凝結(jié)水（冷卻至25℃）通過氫型強(qiáng)酸陽離子交換樹脂處理后的電導(dǎo)率，簡稱氫電導(dǎo)率，可用來表征蒸汽含鹽量的多少。氫型強(qiáng)酸陽離子交換樹脂的作用是去除蒸汽中的NH4+，提高電導(dǎo)率監(jiān)測的靈敏度。之所以將氫電導(dǎo)率作為監(jiān)督蒸汽質(zhì)量的一個(gè)指標(biāo)，是因?yàn)椋孩侔笔菫榱颂岣咚鸓H值而加入的，不屬于鹽分；②水中NH4+被H+等摩爾替代后，增強(qiáng)了對應(yīng)的陰離子含量對電導(dǎo)率的貢獻(xiàn)，亦既提高了電導(dǎo)率對含鹽量變化響應(yīng)的靈敏度。對于各生產(chǎn)單位來說，使用氫電導(dǎo)率測量生產(chǎn)水質(zhì)有一定的局限性，考慮到很多生產(chǎn)、設(shè)備因素，在線氫電導(dǎo)率儀無法正常使用，但氫電導(dǎo)對于鍋爐給水、蒸汽品質(zhì)的監(jiān)測還是有很重要的意義，是判斷蒸汽中含有雜質(zhì)多少的重要指標(biāo)。

（3）鈉和二氧化硅。蒸汽含鈉量：因?yàn)檎羝械柠}類主要是鈉鹽，所以蒸汽中的含鈉量可以表征蒸汽含鹽量的多少，故含鈉量是蒸汽質(zhì)量的指標(biāo)之一。為了便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)蒸汽質(zhì)量劣化問題，應(yīng)連續(xù)測定蒸汽的含鈉量。不過對于生產(chǎn)單位情況，還不能達(dá)到連續(xù)監(jiān)測鈉含量的要求。蒸汽含硅量（以二氧化硅表征）：蒸汽中的硅酸會在汽輪機(jī)內(nèi)形成難溶于水的二氧化硅沉積物，從而危及汽輪機(jī)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。因此，必須將含硅量作為蒸汽品質(zhì)的重要指標(biāo)加以嚴(yán)格控制。

根據(jù)給水、飽和蒸汽、過熱蒸汽中的二氧化硅和鈉離子的含量，通過物料守恒定律，DbSb+DjSj=DgSg ，式中：Db為飽和蒸汽流量，t/h； Sb為飽和蒸汽中該物質(zhì)的含量，ug/L； Dj為減溫水流量，t/h； Sj為減溫水中該物質(zhì)的含量，ug/L； Dg為過熱蒸汽流量，t/h； Sg為過熱蒸汽中該物質(zhì)的含量，ug/L；以鈉離子含量為例，根據(jù)公式，如果飽和蒸汽產(chǎn)量210 t/h，含鈉量為6 ug/L，減溫水流量為10 t/h的鍋爐，給水鈉離子含量達(dá)到50 ug/L時(shí)，過熱蒸汽中的鈉離子含量將會達(dá)到8ug/L，接近規(guī)定值，指標(biāo)稍有波動就會超過標(biāo)準(zhǔn)。而隨著國家對汽輪機(jī)安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行要求的不斷提高，蒸汽中鈉含量的要求越來越嚴(yán)格，汽輪機(jī)長期運(yùn)行鈉離子含量要求在5 ug/L以下。結(jié)合中州鋁廠回水使用實(shí)際指標(biāo)監(jiān)控情況，直接進(jìn)除氧器的回水二氧化硅和鈉離子含量均不超過50us/cm時(shí)，高壓鍋爐過熱蒸汽品質(zhì)還能夠達(dá)標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]周柏青.電廠化學(xué)[M].北京：中國電力 出版社，2003.

[2]周柏青，陳志和 . 熱力發(fā)電廠水處理 [M]. 北京 ：中國電力出 版社，2009.