燃氣—蒸汽聯合循環發電機組水汽品質監督應用

譚旭南,楊 威,魏 盾

（1.廣州珠江天然氣發電有限公司,廣東 廣州 511458;2.遼寧紅沿河核電有限公司,遼寧大連116001; 3.華潤電力（漣源）有限公司,湖南 婁底 417100）

目前,國內有大量大型燃氣—蒸汽聯合循環發電機組正在建設或已經投入運行,其中絕大部分為9F級機組。燃氣—蒸汽聯系循環發電機組利用天然氣燃燒發電,是一種清潔能源,沒有灰、渣,排放的煙氣中幾乎沒有SO2產生,采用先進的低氮燃燒技術,其煙氣中的NOx排放很低,一般為20 μL/L左右,有效地保護環境和改善環境質量。同時,機組的效率遠高于一般煤電機組,聯合循環效率可高達56.8%。

燃氣—蒸汽聯合循環機組具有啟動快速、啟動成功率高、運行方式靈活等優點,可以大大改善電力系統的運行環境,增強系統的調峰調頻能力和事故應急處理能力,有利于改善電源結構。

1 機組介紹

9F級燃氣輪機聯合循環發電機組由1臺燃氣輪機、1臺蒸汽輪機、1臺發電機和1臺余熱鍋爐組成。機組最大出力可以達390 MW。燃機采用GE的9F系列機組,汽輪機型號為D10,為三壓、一次中間再熱、單軸、雙缸雙排汽、純凝汽式機組。余熱鍋爐為三壓、一次中間再熱、臥式、無補燃、自然循環鍋爐,余熱鍋爐基本參數如表1所示。

2 燃氣—蒸汽聯合循環發電機組水汽品質標準制定

2.1 燃氣—蒸汽聯合循環發電機組水汽監督的特點

燃氣—蒸汽聯合循環發電機組的余熱鍋爐水汽部分采用與傳統鍋爐相似的水處理方式,補給水為二級除鹽水,給水沒有專門除氧器,通過凝汽器除氧,給水采用氨—聯氨全揮發處理,中高壓汽包爐水采用磷酸鹽處理。

表1 余熱鍋爐基本參數

燃氣—蒸汽聯合循環發電機組化學監督和一般火電廠不同特點如下。

a.鍋爐沒有直接的燃料,而是利用燃氣輪機的余熱產生蒸汽來推動汽輪機做功發電,因此,監督的重點是余熱鍋爐—汽輪機的水汽系統。

b.余熱鍋爐具有3個不同壓力等級的汽包和水汽系統,各個系統之間既有聯系又有相互獨立性,在對水汽系統監督是應采用不同的標準進行控制。

c.機組具有啟停快速、成功率高的特點,一般作為調峰機組運行,采用每天晚上停機、早上啟動的運行方式,這對于水汽系統水質有很大的沖擊,要求更加嚴格的水汽質量標準來控制。

d.機組自動化程度高,人員編制少,沒有設置化學運行人員,機組在中班、夜班及節假日運行時主要由運行人員進行化學監控,對在線化學儀表依賴性強,這就要求有比較齊全的化學在線儀表,同時儀表具有很好的穩定性、準確性。

e.國家標準沒有專門燃氣—蒸汽聯合發電機組水汽質量標準,這就需要結合國際及廠家標準制定出一套合適的標準來執行,保證機組的安全運行。

2.2 燃氣—蒸汽聯合循環發電機組水汽質量監督企業標準

為了更好的適應機組的特點,保證化學監督到位,結合國家標準及GE廠家標準,按照從嚴執行的原則制定了企業標準,標準對高、中、低壓系統分別制定了不同的標準。表2為9F級燃氣—蒸汽聯合循環機組水汽控制標準。

2.3 標準制定說明

企業標準的制定對照了國家標準和設備廠家的標準,按照從嚴執行的原則制定。

給水采用還原性全揮發處理[AVT（R）],加氨和聯氨,同時由于系統采用低壓爐水作為中高壓爐水的給水,所以,低壓爐水也采用還原性全揮發處理[AVT（R）]。中、高壓爐水采用磷酸鹽處理（PT）。中、高壓爐水系統壓力等級不同,根據國標要求選擇比對應壓力等級高一級的控制指標進行控制。

表2 9F級燃氣—蒸汽聯合循環機組水汽控制標準

續表

3 燃氣—蒸汽聯合循環機組水汽控制標準實際應用效果

3.1 燃氣—蒸汽聯合循環機組水汽控制標準實際應用

在機組正常日啟停方式運行中,機組一般為熱態啟動,啟動迅速。水汽質量標準按照制定的燃氣—蒸汽聯合循環機組水汽控制標準進行調控,水汽質量能夠在機組啟動并網后2 h內達到合格水平,部分指標能達到期望值以下,下面為抽取2009年11月24日1號機組具體的水汽品質監督數據進行參考說明。

圖1 負荷曲線

圖1為機組負荷曲線,從曲線可以看出,機組7點啟動,加負荷至350 MW只需要1 h左右,啟動快速。機組的啟停對水汽質量參數有一定的影響,其中包括本身機組水汽質量變化,如溶解氧氣、陽電導率參數,另外是對于儀表的影響,主要為機組停止運行時儀表流量不足,導致在線數據測量不準確,主要有爐水磷酸根、飽和蒸汽納、硅等參數。

圖2為給水爐水pH曲線,從曲線看出機組短時間停運時,各個水樣的pH值仍然能夠保持在9.2以上,可以有效防止腐蝕,而且pH值整體較平穩,只有低壓給水在啟動時會有明顯下降過程,最低達8.9,主要原因是機組啟動過程中要補充部分除鹽水到系統中,使得低壓給水pH值降低,但通過加大氨加入量,也能很快恢復到9.2以上。

圖2 給水爐水pH曲線

圖3為溶解氧曲線,從曲線看出,機組在停運的時候對凝結水溶解氧影響較大,因為機組停運后凝汽器會破壞真空,導致空氣進入,在機組啟動后溶解氧能夠很快降到7 ug/L以下,而且能夠保持平穩運行。

圖4為水汽陽電導率曲線,曲線中凝結水陽電導率為樹脂失效,在9點至10點更換樹脂后陽電導率迅速下降至0.20μs/cm以下,其他水汽樣在機組啟動時有波動,但啟動后能夠很快下降到合格水平,蒸汽水樣能夠達到0.15μs/cm以下穩定運行。

其他水質指標也都控制在合格標準,飽和蒸汽硅一般穩定在3～4μg/kg,中壓爐水磷酸鹽為2～3mg/L,高壓爐水磷酸根為0.6 mg/L左右,鈉穩定在1μg/kg以下。

從日常運行數據分析,無論是機組運行還是短時間停運,機組整個水汽系統水質能夠保持一種較好的狀態,pH值維持9.0以上,有效防止水汽系統的腐蝕。此標準能夠滿足燃氣—蒸汽聯合循環發電機組快速啟停的要求,調節方便,實際可操作性強,同時也符合國家及企業標準,能夠保證機組安全穩定運行。

3.2 燃氣—蒸汽聯合循環機組水汽控制標準實際應用效果檢查

從機組運行的水汽合格率統計,機組大、小修對設備的檢查兩方面檢驗實際水汽品質控制監督效果。

a.機組在日啟停過程中,都能控制各個水汽質量在2 h以內達到合格水平,正常運行過程中一般水汽質量都在期望值以下;從月度及年度統計分析數據看基本都能達到99%以上的水汽合格率,水汽中鐵含量很低,用哈希快速試劑測量一般蒸汽含鐵為5μg/kg,凝結水含鐵為7μg/L左右,爐水含鐵量為25μg/L。

b.在多次機組大、小修過程中,檢查機組汽包、凝汽器等系統表面干凈,沒有發生腐蝕、結垢現象。在大修中解體檢查汽輪機高、中壓汽輪機葉片表面狀況,只有在高壓汽輪機葉片后面幾級上有少量的紅色垢樣,經過測量為一類,結垢量少,表面酥松,分析成分主要為鐵、鋁、硅。其他葉片表面干凈,沒有腐蝕和結垢現象,效果較好。如圖5、圖6所示。

總體來說,無論從統計分析數據還是實際檢查效果來評價,都達到了防止機組水汽系統腐蝕、結垢、積鹽等目的。

4 結束語

經過3年多的實際運行,按照《9F級燃氣蒸汽聯合循環機組水汽控制標準》進行水汽品質控制,能夠較好地適應燃氣—蒸汽聯合循環機組啟停頻繁、快速、作為系統調峰的特點,實際操作簡單實用,還能有效防止機組系統腐蝕、積鹽、結垢,保證機組的安全穩定運行。

同時,隨著機組自動化程度的提高,化學監督基本形成了比較齊整的在線連續監督體系,如何加強各個參數聯系,實現智能化分析網絡,通過自動控制系統來進行水汽品質調節,也是目前化學監督的一個必然趨勢。

[1] 李培元主編.火力發電廠水處理級水質控制[M].北京：中國電力出版社,2008.

[2] GBT12145—2008.火力發電機組及蒸汽動力設備水汽質量[S].

[3] DL/T805.2—2004.火電廠汽水化學導則（第2部分：鍋爐爐水磷酸鹽處理）[S].

[4] DL/T805.4—2004.火電廠汽水化學導則（第4部分：鍋爐給水處理）[S].

譚旭南（1985—）,學士,助理工程師,主要從事電廠化學監督、分析工作。