660 MW超超臨界燃煤機(jī)組水汽氫電導(dǎo)率異常原因分析

邱敏,邱吉晗

(1.華電電力科學(xué)研究院有限公司,浙江 杭州 310030;2.福建棉花灘水電開(kāi)發(fā)有限公司,福建 龍巖 364000)

水汽指標(biāo)氫電導(dǎo)率的監(jiān)督是保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要指標(biāo),能有效反映水汽系統(tǒng)的腐蝕、結(jié)垢和積鹽等[1]。在超超臨界直流爐中水是一次性通過(guò)鍋爐各管段無(wú)再循環(huán),當(dāng)不合格的汽水進(jìn)入熱力系統(tǒng)時(shí)容易造成鍋爐受熱面結(jié)垢,甚至爆管。本文結(jié)合華東地區(qū)某2×660 MW超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組水汽指標(biāo)氫電導(dǎo)率超標(biāo)進(jìn)行分析并提出解決方案。

1 機(jī)組概況

1.1 鍋爐系統(tǒng)

該電廠(chǎng)#1、#2機(jī)組采用由上海鍋爐廠(chǎng)有限公司設(shè)計(jì)制造的660 MW超超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行螺旋管圈直流爐,一次中間再熱、單爐膛、四角切圓燃燒方式、平衡通風(fēng)、п型半露天布置、除灰渣系統(tǒng)為干式(風(fēng)冷)機(jī)械式除渣系統(tǒng)、全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)。爐后尾部布置兩臺(tái)轉(zhuǎn)子直徑為Φ14 236 mm的三分倉(cāng)容克式空氣預(yù)熱器。鍋爐型號(hào)為SG-2024/26.15 M6002。

1.2 汽輪機(jī)系統(tǒng)

該電廠(chǎng)#1、#2機(jī)組汽輪機(jī)為上海汽輪機(jī)有限公司和德國(guó)SIEMENS公司聯(lián)合設(shè)計(jì)制造的超超臨界汽輪機(jī),型號(hào)為N660-25/600/600,該汽輪機(jī)為一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、雙背壓、純凝汽式汽輪機(jī)。最大連續(xù)出力為718 MW,額定出力660 MW。采用復(fù)合變壓運(yùn)行方式,額定轉(zhuǎn)速為3 000 r/min。汽輪機(jī)設(shè)置2個(gè)高壓主汽門(mén)、2個(gè)高壓調(diào)門(mén)以及2個(gè)中壓主汽門(mén)、2個(gè)中壓調(diào)門(mén)和一個(gè)過(guò)載補(bǔ)汽閥,主汽門(mén)和調(diào)門(mén)放置在共用的閥體內(nèi),并具有各自的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。機(jī)組采用全周進(jìn)汽沒(méi)有調(diào)節(jié)級(jí),第一級(jí)采用斜置噴組,采用切向進(jìn)汽,節(jié)流損失小。汽輪機(jī)具有八級(jí)非調(diào)整回?zé)岢槠?設(shè)有三臺(tái)高壓加熱器、一臺(tái)除氧器、四臺(tái)低壓加熱器和一臺(tái)疏水冷卻器。機(jī)組設(shè)置一套高壓和低壓兩級(jí)串聯(lián)汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)用以機(jī)組的啟動(dòng)。

1.3 鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)

鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)由澄清池、無(wú)閥濾池、高效過(guò)濾器、活性炭過(guò)濾器和二級(jí)除鹽系統(tǒng)組成,除鹽水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)最大出力3×100 m3/h。鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)流程為:絮凝澄清池→無(wú)閥濾池→高效過(guò)濾器→活性炭過(guò)濾器→陽(yáng)床→除碳器→陰床→混床→除鹽水箱。系統(tǒng)連接方式:澄清池、無(wú)閥濾池、高效過(guò)濾器、活性炭過(guò)濾器采用母管制連接,二級(jí)除鹽系統(tǒng)采用單元制連接。

1.4 熱力系統(tǒng)

該廠(chǎng)機(jī)組熱力系統(tǒng)包括除鹽水泵、凝汽器、精處理系統(tǒng)等。每臺(tái)機(jī)組由2臺(tái)50%前置過(guò)濾器和3×50%高速混床組成凝結(jié)水精處理系統(tǒng)。高速混床樹(shù)脂失效后采用高塔法體外再生系統(tǒng),3號(hào)、4號(hào)機(jī)組6臺(tái)高速混床共設(shè)置一套體外再生裝置,再生系統(tǒng)則由三塔系統(tǒng)(分離塔、陰塔、陽(yáng)塔)、再生液系統(tǒng)、高速混床再生沖洗水系統(tǒng)、前置過(guò)濾器反洗水系統(tǒng)、羅茨風(fēng)機(jī)和壓縮空氣系統(tǒng)、廢水排放系統(tǒng)組成。

2 異常原因分析

2022年9月21日下午,2號(hào)機(jī)組帶工業(yè)抽汽供熱運(yùn)行,蒸汽氫電導(dǎo)率指標(biāo)出現(xiàn)異常,主蒸汽氫電導(dǎo)率最高達(dá)0.16 μs/cm,已超標(biāo)準(zhǔn)值,14:00化學(xué)運(yùn)行人員將供熱切換到1號(hào)機(jī)組后,2號(hào)機(jī)組主蒸汽氫電導(dǎo)率指標(biāo)呈下降趨勢(shì),到下午16:30,主蒸汽氫電導(dǎo)率指標(biāo)恢復(fù)至標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。2022年9月22日上午,隨著機(jī)組供熱抽汽負(fù)荷上漲,帶供熱的1號(hào)機(jī)組主蒸汽氫電導(dǎo)率出現(xiàn)上漲趨勢(shì),最高達(dá)0.13 μs/cm,后由2號(hào)機(jī)組分?jǐn)偛糠止岷笳羝麣潆妼?dǎo)率才慢慢下降至標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)。從以上分析看出,1號(hào)、2號(hào)機(jī)組水汽氫電導(dǎo)率變化特征為隨著機(jī)組供熱抽汽量的增大,其主蒸汽氫電導(dǎo)率上升趨勢(shì)明顯;當(dāng)機(jī)組供熱抽汽量降低時(shí),其主蒸汽氫電導(dǎo)率指標(biāo)又恢復(fù)至標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)。

2.1 機(jī)組水汽分析

機(jī)組水汽氫電導(dǎo)率異常期間對(duì)2號(hào)機(jī)組水汽指標(biāo)SiO2、Na+和Cl-進(jìn)行化驗(yàn)分析,結(jié)果見(jiàn)表1。對(duì)2號(hào)機(jī)組各水汽取樣點(diǎn)水樣進(jìn)行陰離子色譜分析,分析結(jié)果見(jiàn)表2。

表1 2號(hào)機(jī)組水汽化驗(yàn)分析結(jié)果

機(jī)組水汽氫電導(dǎo)率異常期間對(duì)2號(hào)機(jī)組主要水汽指標(biāo)SiO2、Na+、Cl-等進(jìn)行分析,從化驗(yàn)結(jié)果各指標(biāo)均在正常范圍內(nèi),未出現(xiàn)超標(biāo)情況,說(shuō)明不是因硅、鈉和氯含量指標(biāo)異常導(dǎo)致水汽氫電導(dǎo)率不合格。

從表2水汽取樣點(diǎn)水汽陰離子色譜分析結(jié)果看出,在水汽氫電導(dǎo)率異常期間2號(hào)機(jī)組主蒸汽和再熱蒸汽中HCOO-和CH3COO-離子含量明顯異常,而主蒸汽和再熱蒸汽中HCOO-和CH3COO-一般來(lái)源于有機(jī)物的高溫分解,說(shuō)明機(jī)組在供熱時(shí)進(jìn)入水汽系統(tǒng)的有機(jī)物明顯增加[2]。

2.2 補(bǔ)給水除鹽系統(tǒng)分析

機(jī)組水汽氫電導(dǎo)率異常期間,對(duì)補(bǔ)給水系統(tǒng)除鹽系統(tǒng)運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行排查,一級(jí)除鹽#3陰床出水電導(dǎo)率0.10 μs/cm,#1混床出水電導(dǎo)率0.08 μs/cm,未見(jiàn)明顯異常。

2.3 低壓給水系統(tǒng)分析

在機(jī)組水汽氫電導(dǎo)率異常期間,檢查1號(hào)機(jī)組低壓給水水汽指標(biāo)情況:#1A高混出水電導(dǎo)率0.06 μs/cm,#1B高混出水電導(dǎo)率0.07 μs/cm,1號(hào)機(jī)組除氧器入口氫電導(dǎo)率0.06～0.07 μs/cm,無(wú)明顯異常;檢查2號(hào)機(jī)組低壓給水水汽指標(biāo)情況:2A高混出水電導(dǎo)率0.07 μs/cm,2B高混出水電導(dǎo)率0.07 μs/cm,2號(hào)機(jī)組除氧器入口氫電導(dǎo)率0.06～0.07 μs/cm,無(wú)明顯異常。分析1號(hào)、2號(hào)機(jī)組蒸汽氫電導(dǎo)率指標(biāo)異常,其主要由省煤器入口至蒸汽系統(tǒng)影響所致。

2.4 補(bǔ)給水及水汽系統(tǒng)TOC分析

對(duì)鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)陽(yáng)床出口、陰床出口、混床出口、除鹽水箱以及1號(hào)機(jī)組凝補(bǔ)水箱入口、凝泵出口、高混出口母管、除氧器入口、省煤器入口、主蒸汽、再熱蒸汽等水樣進(jìn)行取樣分析,化驗(yàn)TOC含量。其化驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 水汽系統(tǒng)TOC化驗(yàn)數(shù)據(jù)

從表3可以看出原水TOC含量較高,經(jīng)過(guò)澄清池絮凝沉淀后TOC含量有少量去除,去除效果比較明顯的是活性炭過(guò)濾器及陰床。

機(jī)械加速澄清池、絮凝沉淀池等沉淀池通過(guò)添加絮凝劑或助凝劑等等藥物能有效脫除水中的懸浮物。當(dāng)澄清池中絮凝劑或者混凝劑將水中懸浮物等小顆粒物質(zhì)凝聚時(shí)間能攜帶一定量的小分子無(wú)機(jī)物凝聚變大,然后通過(guò)自身重力沉降后脫除。但是在澄清池中通過(guò)藥劑絮凝沉淀脫除懸浮物協(xié)同脫除有機(jī)物的方式對(duì)不同形態(tài)的有機(jī)物如溶解態(tài)、膠體態(tài)及懸浮態(tài)等脫除效果不一樣,有很明顯區(qū)別。一般學(xué)者都認(rèn)為絮凝沉淀過(guò)程能有效脫除膠體態(tài)和懸浮態(tài)的有機(jī)物,對(duì)溶解態(tài)有機(jī)物的脫除效率不是很高。該廠(chǎng)澄清池對(duì)TOC的脫除率范圍在8%～29%。

活性炭由于其制備原料決定其具有高度發(fā)達(dá)的孔結(jié)構(gòu),在處理水樣過(guò)程可以依靠自身的孔結(jié)構(gòu)有效吸附水中的懸浮物及有機(jī)物等物質(zhì),活性炭的吸附一般依靠范德華力?；钚蕴繉?duì)有機(jī)物的脫除率依據(jù)有機(jī)物種類(lèi)根據(jù)不同有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量大小及在水中的溶解度決定脫除率。由于活性炭孔徑比較小,當(dāng)有機(jī)物分子尺寸過(guò)大時(shí)就不能通過(guò)活性炭的孔隙,則不能被吸附,當(dāng)有機(jī)物的尺寸和活性炭的孔徑大小相差不大時(shí)可能會(huì)堵塞在活性炭的孔隙中,導(dǎo)致活性炭吸附能力下降。通常認(rèn)為活性炭過(guò)濾器對(duì)有機(jī)物相對(duì)分子質(zhì)量在450～900的有機(jī)物脫除效果比較好,脫除率可達(dá)80%左右。但是活性炭過(guò)濾器也有自身的弊端,其對(duì)有機(jī)物的脫除率隨著運(yùn)行時(shí)間而逐漸降低,無(wú)法通過(guò)反洗恢復(fù)投運(yùn)初期的吸附容量。該廠(chǎng)活性炭對(duì)TOC的脫除率范圍在45%～55%。

一般認(rèn)為陽(yáng)離子交換樹(shù)脂對(duì)有機(jī)物沒(méi)有脫除能力,混床樹(shù)脂對(duì)有機(jī)物的脫除能力較弱,陰床對(duì)有機(jī)物的脫除效率較高。陰床中陰離子樹(shù)脂優(yōu)先通過(guò)離子交換作用脫除有機(jī)物,其次是吸附,凝膠型陰離子樹(shù)脂脫除有機(jī)物的同時(shí)將犧牲本身的交換能力,大孔型陰離子樹(shù)脂通過(guò)吸附作用能夠降低80%的COD,但容易解吸。當(dāng)陰離子樹(shù)脂受有機(jī)物污染過(guò)多時(shí),將不再脫除有機(jī)物,反而釋放有機(jī)物,污染后續(xù)混床。該廠(chǎng)陰床對(duì)TOC的脫除率在80%以上。

3 優(yōu)化調(diào)整

在機(jī)組水汽氫電導(dǎo)率異常期間通過(guò)對(duì)機(jī)組水汽指標(biāo)SiO2、Na+和Cl-進(jìn)行分析化驗(yàn)結(jié)果各指標(biāo)均在正常范圍內(nèi),未出現(xiàn)超標(biāo)情況,說(shuō)明不是因硅、鈉和氯含量指標(biāo)異常導(dǎo)致水汽氫電導(dǎo)率不合格。主蒸汽和再熱蒸汽中HCOO-和CH3COO-離子含量明顯異常,主蒸汽和再熱蒸汽中HCOO-和CH3COO-一般來(lái)源于有機(jī)物的高溫分解,說(shuō)明機(jī)組在供熱時(shí)進(jìn)入水汽系統(tǒng)的有機(jī)物明顯增加。結(jié)合原水和除鹽水的TOC檢測(cè)結(jié)果說(shuō)明鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)設(shè)備未能達(dá)到最大有機(jī)物脫除率,可以?xún)?yōu)化運(yùn)行調(diào)整。

3.1 燒杯模擬聚鋁添加量

取4個(gè)燒杯分別加入1 L原水和20,30,40,50 mg聚合氯化鋁,模擬燒杯試驗(yàn),澄清后取上清液測(cè)TOC含量。檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 燒杯試驗(yàn)TOC化驗(yàn)數(shù)據(jù)

從表4可以看出原水添加聚合氯化鋁絮凝沉淀過(guò)程能去除一部分有機(jī)物,但是隨著聚合氯化鋁添加量的增加,有機(jī)物脫除率不再增大。

3.2 澄清池添加20 mg/L聚氯

從表4可以看出原水添加30 mg/L聚合氯化鋁對(duì)有機(jī)物脫除效果比較好,但是考慮到一定經(jīng)濟(jì)性在澄清池上添加20 mg/L聚合氯化鋁,同時(shí)加強(qiáng)活性炭過(guò)濾器反洗,對(duì)陽(yáng)床、陰床及混床再生,優(yōu)化運(yùn)行后出水TOC檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 優(yōu)化運(yùn)行后水處理設(shè)備TOC含量

從表5看出,在澄清池上添加20 mg/L聚合氯化鋁,同時(shí)加強(qiáng)活性炭過(guò)濾器反洗,并對(duì)陽(yáng)床、陰床及混床再生。通過(guò)以上調(diào)整后各制水設(shè)備產(chǎn)水TOC含量有明顯降低,混床產(chǎn)水TOC降低到97～109 μg·L-1,產(chǎn)水水質(zhì)較好,達(dá)到除鹽水TOC含量小于200 μg·L-1的要求。

4 結(jié)論

通過(guò)排查機(jī)組水汽系統(tǒng)和鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)水質(zhì)指標(biāo),發(fā)現(xiàn)機(jī)組主蒸汽氫電導(dǎo)率超標(biāo)原因是除鹽水TOC含量過(guò)高。通過(guò)優(yōu)化澄清池加藥量,加強(qiáng)活性炭過(guò)濾器反洗,并對(duì)陽(yáng)床、陰床及混床再生后,各設(shè)備產(chǎn)水TOC含量明顯降低,除鹽水TOC含量達(dá)到運(yùn)行要求。