直接空冷機(jī)組爐水氫電導(dǎo)率異常原因分析及治理

李 鵬，陳 浩，滕維忠，丁愛琴

（1.西安熱工研究院有限公司，西安 710054；2.北方聯(lián)合電力有限責(zé)任公司內(nèi)蒙古上都發(fā)電有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 錫林浩特 027200）

0 引言

直接空冷機(jī)組在華北、西北等富煤缺水地區(qū)得到廣泛應(yīng)用，其凝結(jié)水具有總含鹽量低、鐵的質(zhì)量濃度和水溫較濕冷機(jī)組高等特點(diǎn)[1]。而粉末樹脂覆蓋過濾器具有過濾吸附能力強(qiáng)、適用溫度范圍廣、無需分離和再生、無再生酸堿廢水排放、占地面積小、投資少等優(yōu)勢，因此，在已投運(yùn)的直接空冷機(jī)組中，采用粉末樹脂覆蓋過濾器作為凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的占絕大多數(shù)[2]。然而，在運(yùn)行中該系統(tǒng)普遍存在出水水質(zhì)差、運(yùn)行周期短、熱力系統(tǒng)水汽介質(zhì)氫電導(dǎo)率超標(biāo)等問題[3]，不僅增加了精處理系統(tǒng)的運(yùn)行成本，而且熱力設(shè)備存在腐蝕、結(jié)垢、積鹽隱患，影響機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。本文針對某燃煤直接空冷機(jī)組在過濾器投運(yùn)初期出現(xiàn)的水汽品質(zhì)異常、爐水氫電導(dǎo)率超標(biāo)問題，分析原因并提出解決措施。

1 設(shè)備概況及存在的問題

國內(nèi)某燃煤電廠1號和2號機(jī)組為2×600 MW亞臨界直接空冷機(jī)組，于2007年11月底通過試運(yùn)行。鍋爐為哈爾濱鍋爐有限責(zé)任公司引進(jìn)美國ABB-CE燃燒工程公司技術(shù)設(shè)計制造的亞臨界壓力、一次中間再熱、單爐膛、控制循環(huán)、全鋼構(gòu)架、懸吊緊身全封閉π形鍋爐，型號為HG-2070/17.5-HM8。汽輪機(jī)為東方汽輪機(jī)廠引進(jìn)日本日立公司技術(shù)設(shè)計制造的亞臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、直接空冷凝汽式汽輪機(jī)，型號為NZK600-16.67/538/538。給水采用弱氧化性全揮發(fā)處理，pH值控制在9.5~9.8，爐水采用全揮發(fā)處理。凝結(jié)水精處理系統(tǒng)由3×50%粉末樹脂覆蓋過濾器（以下簡稱過濾器）組成，采用兩運(yùn)一備的運(yùn)行方式。過濾器所鋪濾料是出廠前已按比例混合好的陽、陰粉末樹脂混合物，為A廠生產(chǎn)（以下簡稱A），每次鋪膜量為200 kg。

2018年10月開始，機(jī)組頻繁出現(xiàn)過濾器投運(yùn)后，爐水氫電導(dǎo)率迅速上升至超標(biāo)的現(xiàn)象。2018-10-20，1號機(jī)1-B、1-C過濾器投入運(yùn)行十幾分鐘后，爐水氫電導(dǎo)率便開始上升，17 h后升至5.20μS/cm，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定[4]的水汽質(zhì)量劣化三級處理（≥4.8 μS/cm）要求。為此，在加大鍋爐排污的同時停運(yùn)1-B過濾器，精處理旁路50%運(yùn)行，爐水氫電導(dǎo)率開始下降，3 h后降至4.02μS/cm；隨后停運(yùn)1-C過濾器，精處理旁路100%運(yùn)行，54 h后水汽指標(biāo)合格。期間，2號機(jī)也存在類似現(xiàn)象，只是爐水氫電導(dǎo)率超標(biāo)程度和持續(xù)時間有所不同。在上述應(yīng)急措施中，旁路精處理系統(tǒng)不利于降低直接空冷機(jī)組系統(tǒng)鐵的質(zhì)量濃度，鍋爐排污量過大會造成水量和熱量的浪費(fèi)及燃料消耗量增加，不利于機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，故旁路精處理和加大鍋爐排污量兩種措施都有其弊端。

2 原因分析

造成直接空冷機(jī)組爐水氫電導(dǎo)率超標(biāo)的原因很多，而該廠一個明顯特征是每次汽水品質(zhì)異常都是在精處理過濾器投運(yùn)后出現(xiàn)的[5-8]。因此，原因分析集中在凝結(jié)水精處理系統(tǒng)。

2.1 雜質(zhì)成分分析

對氫電導(dǎo)率嚴(yán)重超標(biāo)時的爐水進(jìn)行取樣分析[9]，分析方法采用DL/T 954—2005《火力發(fā)電廠水汽試驗方法痕量氟離子、乙酸根離子、甲酸根離子、氯離子、亞硝酸根離子、硝酸根離子、磷酸根離子和硫酸根離子的測定—離子色譜法》[10]，分析結(jié)果見表1。

由表1可知，爐水中氯離子的質(zhì)量濃度遠(yuǎn)超于DL/T 805.5—2013《火電廠汽水化學(xué)導(dǎo)則 第5部分：汽包鍋爐爐水全揮發(fā)處理》的要求（≤50μg/L）[11]。在25℃時，1μg/L的氯離子對氫電導(dǎo)率的貢獻(xiàn)值是0.012μS/cm，由此計算可得，1號機(jī)爐水氯離子對氫電導(dǎo)率貢獻(xiàn)為3.4μS/cm，占比94%；2號機(jī)爐水氯離子對氫電導(dǎo)率貢獻(xiàn)為3.0μS/cm，占比96%?？梢?，過濾器投運(yùn)初期爐水氫電導(dǎo)率超標(biāo)是由于氯離子質(zhì)量濃度超標(biāo)造成的。

表1 爐水異常時氫電導(dǎo)率和陰離子質(zhì)量濃度Tab.1 Hydrogen conductivity and the mass concentration of anions in abnormal boiler water

2.2 粉末樹脂泄漏

當(dāng)濾元或過濾器存在缺陷，如濾元斷裂、繞線斷裂或松脫、濾元骨架裸露、過濾器底部穹板有裂縫等，都會在過濾器投運(yùn)后出現(xiàn)粉末樹脂泄漏現(xiàn)象，而泄漏的粉末樹脂進(jìn)入鍋爐后高溫分解，其分解產(chǎn)物（如低分子有機(jī)酸、硫酸根離子、氯離子等）便會引起爐水氫電導(dǎo)率迅速上升。過濾器是否存在粉末樹脂泄漏現(xiàn)象最簡單、直接、準(zhǔn)確地判斷方法就是利用在線顆粒計數(shù)儀對過濾器進(jìn)、出水中懸浮顆粒物的粒徑分布和個數(shù)進(jìn)行檢測，若出水中某粒徑范圍內(nèi)懸浮顆粒物的個數(shù)比進(jìn)水中大幅增加，則表明有粉末樹脂泄漏，反之則沒有。2號機(jī)2-A過濾器投運(yùn)后懸浮顆粒物的檢測結(jié)果見表2。

由表2可知，在爐水氫電導(dǎo)率上升后，過濾器出水中粒徑大于2μm的顆粒物個數(shù)較進(jìn)水沒有增加，表明過濾器未發(fā)生粉末樹脂泄漏。其余5臺過濾器的檢測結(jié)果也與此類似。由此說明，該廠爐水氫電導(dǎo)率超標(biāo)不是粉末樹脂泄漏引起的。從檢測結(jié)果還可看出，過濾器出水中懸浮顆粒物的大幅減少，表明過濾器對懸浮顆粒物具有良好的去除作用。計算可得，過濾器對顆粒物去除效率為95.6%。

表2 2-A過濾器投運(yùn)后懸浮顆粒物檢測結(jié)果1）Tab.2 Detection result of suspended particulate after operation of 2-A filter 個/mL

2.3 粉末樹脂溶出物

離子交換樹脂雖然是一種不溶于水的高分子聚合物，但由于制造過程中低聚物的存在和雜質(zhì)的污染，在較高溫度水中經(jīng)浸泡和沖刷會有一些雜質(zhì)溶出，包括有機(jī)物和無機(jī)離子，如樹脂合成過程中殘留在樹脂骨架間隙的原料溶出、樹脂骨架自身的降解產(chǎn)物溶出、樹脂活性官能基團(tuán)的脫落、生產(chǎn)工藝過程中添加的分散劑等藥劑的溶出等。且因生產(chǎn)廠家、生產(chǎn)工藝、樹脂種類以及陰陽樹脂比例的不同，溶出物質(zhì)量分?jǐn)?shù)大小也不盡相同。

取適量樣品于燒杯中，加入200 mL高純水，用堿化劑調(diào)整pH值至9.6，無損轉(zhuǎn)移至錐形瓶中，塞緊瓶蓋，置于搖床，模擬現(xiàn)場凝結(jié)水溫度，恒溫水浴搖置數(shù)小時后用0.45μm微濾膜過濾浸泡液，按DL/T 954—2005的方法測定浸泡液中陰離子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（見表3）。

由表3可知，現(xiàn)用粉末樹脂溶出物中氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)較大，每克粉末樹脂可溶出28.42μg的氯離子，按每次鋪膜用粉末樹脂200 kg計算，帶入系統(tǒng)的氯離子總量為5.7 g，確定了爐水中氯離子的來源。因此，現(xiàn)用粉末樹脂溶出物質(zhì)量分?jǐn)?shù)大是造成過濾器投運(yùn)初期爐水氫電導(dǎo)率超標(biāo)的主要原因。

表3 A粉末樹脂溶出物中陰離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)Tab.3 Mass fraction of leaching anions in the powder resin（A） 10-6

3 治理措施

3.1 更換粉末樹脂

按照上述方法對B、C 2個品牌的粉末樹脂溶出物進(jìn)行了檢測，結(jié)果見表4。通過對比，C粉末樹脂溶物中陰離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)較小。

表4 B和C粉末樹脂溶出物中陰離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)Tab.4 Mass fraction of leaching anions in the powder resin（B and C） 10-6

2019年11月，該廠將C粉末樹脂用于1號機(jī)。在線數(shù)據(jù)顯示，過濾器投運(yùn)10 min后，爐水氫電導(dǎo)率開始上升，16 h到達(dá)峰值，為1.47μS/cm，隨著運(yùn)行時間的增加，氫電導(dǎo)率開始下降，30 h后水汽滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，期間2臺過濾器始終同時運(yùn)行。爐水氫電導(dǎo)率超標(biāo)持續(xù)時間和程度雖然有了明顯減輕，但過濾器投運(yùn)后，爐水氫電導(dǎo)率超標(biāo)的問題還沒有徹底解決。表5為過濾器在不同運(yùn)行時間點(diǎn)水樣中陰離子的質(zhì)量濃度。

表5 過濾器在不同運(yùn)行時間點(diǎn)水樣陰離子質(zhì)量濃度Tab.5 Anion mass concentration of water samples at different operation time of the filter

3.2 粉末樹脂在線清洗技術(shù)（OPRCT）

粉末樹脂溶出物在水中具有較高的溶解度，如果在過濾器投運(yùn)前對其進(jìn)行充分清洗，使溶出物質(zhì)量分?jǐn)?shù)減小到不影響水汽品質(zhì)，爐水氫電導(dǎo)率就不會超標(biāo)。為此，技術(shù)人員研發(fā)了一種粉末樹脂在線清 洗 技 術(shù)[12]（On-line Powdered Resin Cleaning Technology，OPRCT），利用現(xiàn)有的過濾器鋪膜系統(tǒng)，在過濾器投運(yùn)前對鋪膜成形的粉末樹脂濾層進(jìn)行在線清洗，清洗步驟如下。

（1）在鋪膜箱中加入規(guī)定量的粉末樹脂，充分?jǐn)嚢瑁凑詹襟E完成鋪膜，在過濾器濾元表面形成完整、均勻的濾層。

（2）維持鋪膜輔助箱→鋪膜泵→過濾器的循環(huán)。

（3）利用鋪膜注射泵將除鹽水不斷地打入循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行在線清洗，通過濾層后的沖洗水經(jīng)輔助箱溢流管排出。

（4）清洗一段時間后，當(dāng)沖洗水中氫電導(dǎo)率不再發(fā)生變化時，清洗完成。

在此過程中應(yīng)設(shè)置排氣系統(tǒng)，及時排出隨除鹽水帶入的空氣，防止破壞已成形的粉末樹脂濾層；對溢流管進(jìn)行改造，防止清洗初期溢流流量大于進(jìn)水流量，導(dǎo)致過濾器水位下降，不能充分清洗粉末樹脂濾層，還會破壞已成形的濾層。濾層一旦被破壞，就會引起濾元污染和過濾效率下降。

2019年12月，在1號機(jī)2臺過濾器投運(yùn)前，利用OPRCT技術(shù)對C粉末樹脂進(jìn)行了在線清洗。運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示，經(jīng)過在線清洗后，過濾器在整個運(yùn)行周期內(nèi)，爐水氫電導(dǎo)率最高上升至0.98μS/cm，給水、蒸汽、凝結(jié)水等水樣的各項指標(biāo)均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。可見，粉末樹脂在線清洗技術(shù)可大幅降低粉末樹脂溶出物質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

4 結(jié)論和建議

本文通過綜合分析某直接空冷機(jī)組單級粉末樹脂覆蓋過濾器投運(yùn)初期爐水氫電導(dǎo)率超標(biāo)的問題，確定了問題產(chǎn)生的原因并提出了相應(yīng)的解決措施，確保了機(jī)組的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。針對此次處理過程，提出以下建議，可供存在類似問題的電廠參考。

（1）粉末樹脂產(chǎn)品入廠前，應(yīng)對粉末樹脂的性能進(jìn)行檢測，重點(diǎn)關(guān)注溶出物指標(biāo)的檢測。

（2）在使用OPRCT技術(shù)前，對鋪膜設(shè)備進(jìn)行全面檢查，對不滿足要求之處（如溢流管高度、直徑，排氣管位置、直徑等）進(jìn)行相應(yīng)的技改，確保使用時不破壞粉末樹脂濾層。

（3）過濾器宜加裝粉末樹脂檢漏裝置，當(dāng)發(fā)生粉末樹脂泄漏時，能及時發(fā)現(xiàn)并處理，避免水汽品質(zhì)惡化，尤其是以單級過濾器作為凝結(jié)水精處理工藝的機(jī)組。