基建機組啟動過程中水汽質量控制途徑
發布時間：2010-01-14 共1頁
摘要：根據基建機組特點，結合多臺機組調試的實際，分析了基建機組試運中水汽的雜質特點，提出了最佳除去時機和手段，進而提出了全面水汽質量控制途徑，并在有關的電廠應用中得到證明。
關鍵詞：水汽質量 腐蝕結垢 整套啟動 控制途徑
隨著電力工業的發展，新建300MW機組越來越多，在基建機組的每次整套啟動過程中，化學工作者總要面臨著水汽品質調整的任務。機組在首次啟動時，汽水品質從不合格到合格是一個漫長的過程，如何通過一些有效的措施，縮短這一過程，本文針對凝汽式、有汽包的300MW機組，作一些有益的探討。
1、基建機組系統內雜質
1.1 雜質來源
管道軋制、加工過程中形成的高溫氧化軋皮；存放、運輸、安裝過程中產生的腐蝕產物；焊渣、泥沙污染物；凝汽器泄漏帶來的鹽類；鍋爐補給水帶來的鹽類；金屬腐蝕產物。
1.2 雜質除去時機及手段
凝結水主管道、給水主管道、省煤器、汽包、水冷壁、集中下降管、水冷壁上下聯箱等部位的雜質，除去主要手段為：化學清洗、容器底部沉積物的人工清除、冷熱態水沖洗、吹管時的排污換水，經過以上步驟后，這些部位的雜質基本清除干凈。但隨著機組的整套啟動進行，鍋爐溫度、壓力的逐步提高，未徹底清除的腐蝕產物、泥沙污染物又會重新溶解下來。這時，只能靠鍋爐排污和凝結水精處理來除去。
再熱器、過熱器的雜質，主要靠蒸汽吹管時除去，清除不盡的腐蝕產物、泥沙污染物，在整套啟動時，由蒸汽帶入凝汽器，通過凝結水精處理除去。
高、低壓加熱器汽側雜質，在整套啟動時，汽側投入后，通過疏水的排放清除。凝汽器泄漏和鍋爐補給水帶來的鹽類及機組運行過程中產生的腐蝕產物等主要通過凝結水精處理來去除，這些雜質在基建機組中不占主要地位。
2、基建機組啟動過程中的化學工作
機組的化學加藥系統要隨機組的試運及時啟動。在凝結水泵啟動后要啟動凝結水加氨裝置；除氧器水箱水位較高時，啟動給水加氨及聯胺裝置，并通知主控開啟除氧器再循環泵，將加入的藥品混合均勻；汽包見水后，啟動磷酸鹽加藥裝置。
從機組上水時就及時分析各水水質，控制各階段水質。凝汽器水質合格后，才啟動凝結水泵向除氧器上水；除氧器水質合格后，才啟動給水泵向鍋爐上水；汽包水質合格后，鍋爐才點火；蒸汽品質合格后，才進行汽機沖轉。
鍋爐點火后通知主控開連排，以便取得有代表性爐水水樣。
3、基建機組啟動時的水汽質量控制
3.1 從設計、制造、安裝開始
機組啟動時的水汽品質有很多方面在設計、制造、安裝過程中就被決定。汽包內部裝置是實現汽水分離的場所，它的制造安裝質量就會影響蒸汽的品質，所以對排污管的位置和方向、加藥管的位置、旋風分離器的高度等必需嚴格控制；汽包水位高低也會影響蒸汽質量，汽包水位過高會導致蒸汽帶水，引起蒸汽品質不合格，因此對水位計指示水位與真實水位的關系也需引起化學工程師的關心；爐管及加熱器的保護狀態和機組建設工期會影響到爐管的銹蝕程度；取樣、磷酸鹽加藥管道的安裝，會影響到試運行時的取樣代表性和磷酸鹽能否正常加入。例如某廠由于場地原因，磷酸鹽加藥管彎頭過多，有時磷酸鹽就不能加入汽包。某廠2號爐因爐水取樣管安裝位置不合理，取得的爐水樣中始終檢測不出磷酸鹽。因此，機組水汽質量的控制應從設計、制造、安裝開始，建立一整套的檢查監督機制。
3.2 化學清洗是重要步驟
根據《火力發電廠鍋爐清洗導則SD135－86》 規定，300 MW基建機組啟動前必需進行化學清洗，清洗范圍包括鍋爐本體和爐前系統。針對300 MW機組化學清洗的方法有很多，一定要制定出符合機組特點的方案。對于有下水包的強制循環鍋爐或下聯箱帶有隔板的鍋爐（多見在福斯特惠勒公司鍋爐），一定要制定出確保酸洗中良好循環的措施。爐前系統的清洗，與正式設備相連的直徑管道可以考慮用法蘭連接，避免使用焊接接連，減少切割引起系統的再次污染。清洗完成之后，對汽包、水冷壁下聯箱、除氧器水箱（在參加酸洗時）等進行一次全面的清理，將雜物清理出系統后可減輕啟動時的負擔。據有關資料報道，1 kg泥沙在熱力系統中，若僅通過蒸汽攜帶將其排出系統外，則要污染10 000 t以上的蒸汽。外方在中國清洗的機組，對清洗后的清掃要求得非常嚴格，甚至用面團粘去小的顆粒，直至無肉眼看得見的固形顆粒。這一點值得國內化學清洗時借鑒。清洗質量的好壞及系統清理干凈程度，關系到啟動時的水質。
3.3 冷、熱態水沖洗是關鍵
根據《電力基本建設熱力設備化學監督導則（SDJJS-03-88）》，鍋爐經化學清洗后，為使水質達到具備點火和蒸汽管道吹洗的條件，要進行冷態沖洗和熱態沖洗，這已引起各方重視。在帶負荷試運期間，停爐后的每次啟動前，還應進行水沖洗，比較可行的辦法是每次上水后，第一爐水全排，上第二爐水后，鍋爐才開始點火，鍋爐起壓后還應進行量排污。
3.4 吹管是清除系統內雜物最佳時期
鍋爐蒸汽吹管時，熱力系統基本投運，產生的蒸汽又不進汽缸，這是清潔熱力系統的最佳時期。但是，吹管完成后的清理工作往往被忽視。吹管完成，為了保證系統的清潔，需對如下部位進行清理：凝汽器熱水井、凝結水泵濾網、除氧器給水箱、給水泵濾網、汽包。
3.5 補給水質量是前提
在某廠4號爐168 h試運過程中，由于除鹽系統失效后繼續運行，鍋爐補充水的二氧化硅高達700 μg/kg，導致爐水和蒸汽的全面劣化。所以，補給水的質量沒有保證，機組水汽質量控制無從談起。
3.6 分析數據的準確性是基礎
水汽質量控制的依據就是測試得出的數據，數據的可靠性、準確性決定了水汽質量控制的基礎。某廠試運中，凝結水突然出現較硬度、鈉離子含量顯著升高，由于測試準確，及時判斷出凝汽器的泄漏并進行停機檢查，縮短了水質不合格的運行時間。基建機組凝汽器的泄漏往往是一根或幾根銅管斷裂，而非滲漏，這樣的泄漏若不及時被判斷后果是很嚴重的。
3.7 精處理的早期投運是最有效方法
精處理的早期投運就是在機組第一次整套啟動的沖轉前即投入凝結水精處理設備，并對凝結水進行了100%處理，以后精處理設備不管進水水質如何，機組啟動（鍋爐點火或汽機沖轉時）立即100%投入，中間即使降負荷或解列，只要凝結水泵不停，精處理就不退出。這樣，在整套試運期間，洗硅時間縮短，凝結水、給水、爐水、蒸汽的二氧化硅等項指標，都得到了全面的改善［1］。該方法已成功應用于湖北省內9臺300 MW基建機組的試運行中，取得了良好的效益。
3.8 合理的鍋爐排污是必不可少的途徑
凝結水精處理主要作用是除去凝結水中的雜質，純化給水。精處理的早期投運解決了系統中能通過蒸汽帶到凝結水中的雜質問題，精處理對爐水的純化表現在蒸汽攜帶系數比較的那部分雜質。這也是為什么精處理對降低系統中的硅效果明顯，而對爐水中的鐵不是很明顯。所以，鍋爐的排污仍是必不可少的手段之一。在試運初期，連排開度應在100%，定排每隔1～2h進行一次，以后視水質情況，逐漸減少排污量。在每次停爐的間隙，可能情況下盡量將爐水全部排盡。
3.9 洗硅運行是重要措施
基建機組在帶初負荷試運后，帶負荷之前，往往面臨蒸汽硅超標，這就需要進行洗硅運行。這是因為，硅酸在蒸汽中的溶解攜帶系數最。硅在蒸汽中的溶解攜帶系數受蒸汽壓力和爐水的pH值的影響。蒸汽壓力越，硅酸溶解攜帶系數也越［2］。
HSiO3－＋H2OnOH－＋H2SiO3
HSi2O5－＋2H2OnOH－＋2H2SiO3
在爐水中，硅酸與硅酸鹽之間處在水解平衡狀態。
如果提高爐水的pH值，OH－離子濃度增，平衡向生成硅酸鹽方向移動，而硅酸鹽的溶解攜帶系數比硅酸小得多，因此，飽和蒸汽溶解攜帶的二氧化硅將減少。但當pH值超過12，pH值對硅酸溶解攜帶系數影響減小，pH值太高爐管有苛性脆化的危險。
在洗硅運行時需注意以下二點：第一，洗硅時盡量將爐水pH值調高，但不宜超過10.0，減少蒸汽帶硅量；第二，在洗硅運行時，盡量將汽機的調門開度關小，提高汽包壓力，這樣就做到了帶低電負荷，實現洗硅目的。這在試運中電負荷不能按洗硅曲線的要求變化時，顯得特別重要。
3.10 合理的停爐保護方法是要點
基建機組的特點是：停爐隨機性，停爐的持續時間不確定性，停爐后有時還需進行爐管檢修。這就決定了保護方法多用帶壓放水、余熱烘干法。這被證明是較有效的方法，但對停用時間長的鍋爐，還需使用其他成膜保護方法。
3.11 熱力設備的提前投入
熱力系統中的設備和管道能在空負荷或低負荷時投入應盡量在空負荷或低負荷時投入，不把在低負荷能完成的項目帶到高負荷時進行。高、低加的水側可在上水時就投入，旁路在爐升溫時投入，小汽機也可在空負荷時完成沖轉試運，高、低加的汽側在機沖轉后逐漸投入。因為，這些系統在首次投入前未進行任何的沖洗，第一次投入時，表面附著物必將進入熱力系統，對系統造成污染。在空負荷時，雜質進入系統，通過排放等措施，能將其排出，而在帶負荷時將會帶入汽缸。
3.12 凝結水部分排放及疏水合格回收
在機組啟動的最初時候，機組帶低負荷，這時凝結水比較臟，而蒸發量又不，可以將部分凝結水從凝結水泵出口或降氧器處排放掉，這也是減輕熱力系統污染的可行方法。試運中時刻注意疏水對系統水質的影響，如某廠在168 h連續運行前一天試運中出現過凝結水硅含量較低，但給水硅卻較高。給水的污染主要來自高加的疏水，從運行記錄可明顯得到印證。這一天，在21：20之前由于泄漏高加未投入，20：00時給水硅為18.3μg/kg、凝結水硅為19.0μg/kg，而22：00時給水硅為62.4μg/kg.所以，高低加的疏水系統在首次投運時，將疏水全排，在后續的試運中出現不合格，也應及時排放。
3.13 密切關注汽機真空及除氧效果
對堿性工況下的熱力系統，極易發生氧腐蝕，所以要嚴格控制氧的含量。凝結水溶解氧的除去部位在凝汽器中，從除氧這個角度看，汽機真空系統的投入應在鍋爐點火前甚至在凝汽器上水時就投入的好。試運中還應注意真空系統的泄漏和凝結水泵軸封的泄漏。給水的熱力除氧在除氧器中進行，要維持除氧器的水溫、壓力，保證除氧效果。除氧器的對空排汽門要根據溶解氧量，及時調整。
4、總結
在總結各種水汽質量控制措施的基礎上，根據基建機組污染物的特點，提出一些行之有效的方法，如凝結水精處理的早期投運、各試運過程中各階段的系統清掃、由汽機控制汽包壓力的洗硅運行、熱力系統的設備管道的盡早投運等。盡管基建機組的試運情況千差萬別，根據以上的水汽質量控制途徑，結合機組的試運特點，一定能找到一套符合該機組的水質控制措施，使水汽品質盡快合格。
關鍵詞：水汽質量 腐蝕結垢 整套啟動 控制途徑
隨著電力工業的發展，新建300MW機組越來越多，在基建機組的每次整套啟動過程中，化學工作者總要面臨著水汽品質調整的任務。機組在首次啟動時，汽水品質從不合格到合格是一個漫長的過程，如何通過一些有效的措施，縮短這一過程，本文針對凝汽式、有汽包的300MW機組，作一些有益的探討。
1、基建機組系統內雜質
1.1 雜質來源
管道軋制、加工過程中形成的高溫氧化軋皮；存放、運輸、安裝過程中產生的腐蝕產物；焊渣、泥沙污染物；凝汽器泄漏帶來的鹽類；鍋爐補給水帶來的鹽類；金屬腐蝕產物。
1.2 雜質除去時機及手段
凝結水主管道、給水主管道、省煤器、汽包、水冷壁、集中下降管、水冷壁上下聯箱等部位的雜質，除去主要手段為：化學清洗、容器底部沉積物的人工清除、冷熱態水沖洗、吹管時的排污換水，經過以上步驟后，這些部位的雜質基本清除干凈。但隨著機組的整套啟動進行，鍋爐溫度、壓力的逐步提高，未徹底清除的腐蝕產物、泥沙污染物又會重新溶解下來。這時，只能靠鍋爐排污和凝結水精處理來除去。
再熱器、過熱器的雜質，主要靠蒸汽吹管時除去，清除不盡的腐蝕產物、泥沙污染物，在整套啟動時，由蒸汽帶入凝汽器，通過凝結水精處理除去。
高、低壓加熱器汽側雜質，在整套啟動時，汽側投入后，通過疏水的排放清除。凝汽器泄漏和鍋爐補給水帶來的鹽類及機組運行過程中產生的腐蝕產物等主要通過凝結水精處理來去除，這些雜質在基建機組中不占主要地位。
2、基建機組啟動過程中的化學工作
機組的化學加藥系統要隨機組的試運及時啟動。在凝結水泵啟動后要啟動凝結水加氨裝置；除氧器水箱水位較高時，啟動給水加氨及聯胺裝置，并通知主控開啟除氧器再循環泵，將加入的藥品混合均勻；汽包見水后，啟動磷酸鹽加藥裝置。
從機組上水時就及時分析各水水質，控制各階段水質。凝汽器水質合格后，才啟動凝結水泵向除氧器上水；除氧器水質合格后，才啟動給水泵向鍋爐上水；汽包水質合格后，鍋爐才點火；蒸汽品質合格后，才進行汽機沖轉。
鍋爐點火后通知主控開連排，以便取得有代表性爐水水樣。
3、基建機組啟動時的水汽質量控制
3.1 從設計、制造、安裝開始
機組啟動時的水汽品質有很多方面在設計、制造、安裝過程中就被決定。汽包內部裝置是實現汽水分離的場所，它的制造安裝質量就會影響蒸汽的品質，所以對排污管的位置和方向、加藥管的位置、旋風分離器的高度等必需嚴格控制；汽包水位高低也會影響蒸汽質量，汽包水位過高會導致蒸汽帶水，引起蒸汽品質不合格，因此對水位計指示水位與真實水位的關系也需引起化學工程師的關心；爐管及加熱器的保護狀態和機組建設工期會影響到爐管的銹蝕程度；取樣、磷酸鹽加藥管道的安裝，會影響到試運行時的取樣代表性和磷酸鹽能否正常加入。例如某廠由于場地原因，磷酸鹽加藥管彎頭過多，有時磷酸鹽就不能加入汽包。某廠2號爐因爐水取樣管安裝位置不合理，取得的爐水樣中始終檢測不出磷酸鹽。因此，機組水汽質量的控制應從設計、制造、安裝開始，建立一整套的檢查監督機制。
3.2 化學清洗是重要步驟
根據《火力發電廠鍋爐清洗導則SD135－86》 規定，300 MW基建機組啟動前必需進行化學清洗，清洗范圍包括鍋爐本體和爐前系統。針對300 MW機組化學清洗的方法有很多，一定要制定出符合機組特點的方案。對于有下水包的強制循環鍋爐或下聯箱帶有隔板的鍋爐（多見在福斯特惠勒公司鍋爐），一定要制定出確保酸洗中良好循環的措施。爐前系統的清洗，與正式設備相連的直徑管道可以考慮用法蘭連接，避免使用焊接接連，減少切割引起系統的再次污染。清洗完成之后，對汽包、水冷壁下聯箱、除氧器水箱（在參加酸洗時）等進行一次全面的清理，將雜物清理出系統后可減輕啟動時的負擔。據有關資料報道，1 kg泥沙在熱力系統中，若僅通過蒸汽攜帶將其排出系統外，則要污染10 000 t以上的蒸汽。外方在中國清洗的機組，對清洗后的清掃要求得非常嚴格，甚至用面團粘去小的顆粒，直至無肉眼看得見的固形顆粒。這一點值得國內化學清洗時借鑒。清洗質量的好壞及系統清理干凈程度，關系到啟動時的水質。
3.3 冷、熱態水沖洗是關鍵
根據《電力基本建設熱力設備化學監督導則（SDJJS-03-88）》，鍋爐經化學清洗后，為使水質達到具備點火和蒸汽管道吹洗的條件，要進行冷態沖洗和熱態沖洗，這已引起各方重視。在帶負荷試運期間，停爐后的每次啟動前，還應進行水沖洗，比較可行的辦法是每次上水后，第一爐水全排，上第二爐水后，鍋爐才開始點火，鍋爐起壓后還應進行量排污。
3.4 吹管是清除系統內雜物最佳時期
鍋爐蒸汽吹管時，熱力系統基本投運，產生的蒸汽又不進汽缸，這是清潔熱力系統的最佳時期。但是，吹管完成后的清理工作往往被忽視。吹管完成，為了保證系統的清潔，需對如下部位進行清理：凝汽器熱水井、凝結水泵濾網、除氧器給水箱、給水泵濾網、汽包。
3.5 補給水質量是前提
在某廠4號爐168 h試運過程中，由于除鹽系統失效后繼續運行，鍋爐補充水的二氧化硅高達700 μg/kg，導致爐水和蒸汽的全面劣化。所以，補給水的質量沒有保證，機組水汽質量控制無從談起。
3.6 分析數據的準確性是基礎
水汽質量控制的依據就是測試得出的數據，數據的可靠性、準確性決定了水汽質量控制的基礎。某廠試運中，凝結水突然出現較硬度、鈉離子含量顯著升高，由于測試準確，及時判斷出凝汽器的泄漏并進行停機檢查，縮短了水質不合格的運行時間。基建機組凝汽器的泄漏往往是一根或幾根銅管斷裂，而非滲漏，這樣的泄漏若不及時被判斷后果是很嚴重的。
3.7 精處理的早期投運是最有效方法
精處理的早期投運就是在機組第一次整套啟動的沖轉前即投入凝結水精處理設備，并對凝結水進行了100%處理，以后精處理設備不管進水水質如何，機組啟動（鍋爐點火或汽機沖轉時）立即100%投入，中間即使降負荷或解列，只要凝結水泵不停，精處理就不退出。這樣，在整套試運期間，洗硅時間縮短，凝結水、給水、爐水、蒸汽的二氧化硅等項指標，都得到了全面的改善［1］。該方法已成功應用于湖北省內9臺300 MW基建機組的試運行中，取得了良好的效益。
3.8 合理的鍋爐排污是必不可少的途徑
凝結水精處理主要作用是除去凝結水中的雜質，純化給水。精處理的早期投運解決了系統中能通過蒸汽帶到凝結水中的雜質問題，精處理對爐水的純化表現在蒸汽攜帶系數比較的那部分雜質。這也是為什么精處理對降低系統中的硅效果明顯，而對爐水中的鐵不是很明顯。所以，鍋爐的排污仍是必不可少的手段之一。在試運初期，連排開度應在100%，定排每隔1～2h進行一次，以后視水質情況，逐漸減少排污量。在每次停爐的間隙，可能情況下盡量將爐水全部排盡。
3.9 洗硅運行是重要措施
基建機組在帶初負荷試運后，帶負荷之前，往往面臨蒸汽硅超標，這就需要進行洗硅運行。這是因為，硅酸在蒸汽中的溶解攜帶系數最。硅在蒸汽中的溶解攜帶系數受蒸汽壓力和爐水的pH值的影響。蒸汽壓力越，硅酸溶解攜帶系數也越［2］。
HSiO3－＋H2OnOH－＋H2SiO3
HSi2O5－＋2H2OnOH－＋2H2SiO3
在爐水中，硅酸與硅酸鹽之間處在水解平衡狀態。
如果提高爐水的pH值，OH－離子濃度增，平衡向生成硅酸鹽方向移動，而硅酸鹽的溶解攜帶系數比硅酸小得多，因此，飽和蒸汽溶解攜帶的二氧化硅將減少。但當pH值超過12，pH值對硅酸溶解攜帶系數影響減小，pH值太高爐管有苛性脆化的危險。
在洗硅運行時需注意以下二點：第一，洗硅時盡量將爐水pH值調高，但不宜超過10.0，減少蒸汽帶硅量；第二，在洗硅運行時，盡量將汽機的調門開度關小，提高汽包壓力，這樣就做到了帶低電負荷，實現洗硅目的。這在試運中電負荷不能按洗硅曲線的要求變化時，顯得特別重要。
3.10 合理的停爐保護方法是要點
基建機組的特點是：停爐隨機性，停爐的持續時間不確定性，停爐后有時還需進行爐管檢修。這就決定了保護方法多用帶壓放水、余熱烘干法。這被證明是較有效的方法，但對停用時間長的鍋爐，還需使用其他成膜保護方法。
3.11 熱力設備的提前投入
熱力系統中的設備和管道能在空負荷或低負荷時投入應盡量在空負荷或低負荷時投入，不把在低負荷能完成的項目帶到高負荷時進行。高、低加的水側可在上水時就投入，旁路在爐升溫時投入，小汽機也可在空負荷時完成沖轉試運，高、低加的汽側在機沖轉后逐漸投入。因為，這些系統在首次投入前未進行任何的沖洗，第一次投入時，表面附著物必將進入熱力系統，對系統造成污染。在空負荷時，雜質進入系統，通過排放等措施，能將其排出，而在帶負荷時將會帶入汽缸。
3.12 凝結水部分排放及疏水合格回收
在機組啟動的最初時候，機組帶低負荷，這時凝結水比較臟，而蒸發量又不，可以將部分凝結水從凝結水泵出口或降氧器處排放掉，這也是減輕熱力系統污染的可行方法。試運中時刻注意疏水對系統水質的影響，如某廠在168 h連續運行前一天試運中出現過凝結水硅含量較低，但給水硅卻較高。給水的污染主要來自高加的疏水，從運行記錄可明顯得到印證。這一天，在21：20之前由于泄漏高加未投入，20：00時給水硅為18.3μg/kg、凝結水硅為19.0μg/kg，而22：00時給水硅為62.4μg/kg.所以，高低加的疏水系統在首次投運時，將疏水全排，在后續的試運中出現不合格，也應及時排放。
3.13 密切關注汽機真空及除氧效果
對堿性工況下的熱力系統，極易發生氧腐蝕，所以要嚴格控制氧的含量。凝結水溶解氧的除去部位在凝汽器中，從除氧這個角度看，汽機真空系統的投入應在鍋爐點火前甚至在凝汽器上水時就投入的好。試運中還應注意真空系統的泄漏和凝結水泵軸封的泄漏。給水的熱力除氧在除氧器中進行，要維持除氧器的水溫、壓力，保證除氧效果。除氧器的對空排汽門要根據溶解氧量，及時調整。
4、總結
在總結各種水汽質量控制措施的基礎上，根據基建機組污染物的特點，提出一些行之有效的方法，如凝結水精處理的早期投運、各試運過程中各階段的系統清掃、由汽機控制汽包壓力的洗硅運行、熱力系統的設備管道的盡早投運等。盡管基建機組的試運情況千差萬別，根據以上的水汽質量控制途徑，結合機組的試運特點，一定能找到一套符合該機組的水質控制措施，使水汽品質盡快合格。
