燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組水汽品質(zhì)監(jiān)督應(yīng)用

譚旭南,楊 威,魏 盾

（1.廣州珠江天然氣發(fā)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(nèi)有大量大型燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組正在建設(shè)或已經(jīng)投入運行,其中絕大部分為9F級機組。燃氣—蒸汽聯(lián)系循環(huán)發(fā)電機組利用天然氣燃燒發(fā)電,是一種清潔能源,沒有灰、渣,排放的煙氣中幾乎沒有SO2產(chǎn)生,采用先進的低氮燃燒技術(shù),其煙氣中的NOx排放很低,一般為20 μL/L左右,有效地保護環(huán)境和改善環(huán)境質(zhì)量。同時,機組的效率遠高于一般煤電機組,聯(lián)合循環(huán)效率可高達56.8%。

燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組具有啟動快速、啟動成功率高、運行方式靈活等優(yōu)點,可以大大改善電力系統(tǒng)的運行環(huán)境,增強系統(tǒng)的調(diào)峰調(diào)頻能力和事故應(yīng)急處理能力,有利于改善電源結(jié)構(gòu)。

1 機組介紹

9F級燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組由1臺燃氣輪機、1臺蒸汽輪機、1臺發(fā)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(huán)鍋爐,余熱鍋爐基本參數(shù)如表1所示。

2 燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組水汽品質(zhì)標準制定

2.1 燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組水汽監(jiān)督的特點

燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組的余熱鍋爐水汽部分采用與傳統(tǒng)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(lián)氨全揮發(fā)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(shù)

燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組化學監(jiān)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(chǎn)生蒸汽來推動汽輪機做功發(fā)電,因此,監(jiān)督的重點是余熱鍋爐—汽輪機的水汽系統(tǒng)。

b.余熱鍋爐具有3個不同壓力等級的汽包和水汽系統(tǒng),各個系統(tǒng)之間既有聯(lián)系又有相互獨立性,在對水汽系統(tǒng)監(jiān)督是應(yīng)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(diào)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(tǒng)水質(zhì)有很大的沖擊,要求更加嚴格的水汽質(zhì)量標準來控制。

d.機組自動化程度高,人員編制少,沒有設(shè)置化學運行人員,機組在中班、夜班及節(jié)假日運行時主要由運行人員進行化學監(jiān)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(wěn)定性、準確性。

e.國家標準沒有專門燃氣—蒸汽聯(lián)合發(fā)電機組水汽質(zhì)量標準,這就需要結(jié)合國際及廠家標準制定出一套合適的標準來執(zhí)行,保證機組的安全運行。

2.2 燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組水汽質(zhì)量監(jiān)督企業(yè)標準

為了更好的適應(yīng)機組的特點,保證化學監(jiān)督到位,結(jié)合國家標準及GE廠家標準,按照從嚴執(zhí)行的原則制定了企業(yè)標準,標準對高、中、低壓系統(tǒng)分別制定了不同的標準。表2為9F級燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組水汽控制標準。

2.3 標準制定說明

企業(yè)標準的制定對照了國家標準和設(shè)備廠家的標準,按照從嚴執(zhí)行的原則制定。

給水采用還原性全揮發(fā)處理[AVT（R）],加氨和聯(lián)氨,同時由于系統(tǒng)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(fā)處理[AVT（R）]。中、高壓爐水采用磷酸鹽處理（PT）。中、高壓爐水系統(tǒng)壓力等級不同,根據(jù)國標要求選擇比對應(yīng)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(lián)合循環(huán)機組水汽控制標準

續(xù)表

3 燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組水汽控制標準實際應(yīng)用效果

3.1 燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組水汽控制標準實際應(yīng)用

在機組正常日啟停方式運行中,機組一般為熱態(tài)啟動,啟動迅速。水汽質(zhì)量標準按照制定的燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組水汽控制標準進行調(diào)控,水汽質(zhì)量能夠在機組啟動并網(wǎng)后2 h內(nèi)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(zhì)監(jiān)督數(shù)據(jù)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(zhì)量參數(shù)有一定的影響,其中包括本身機組水汽質(zhì)量變化,如溶解氧氣、陽電導率參數(shù),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(shù)據(jù)測量不準確,主要有爐水磷酸根、飽和蒸汽納、硅等參數(shù)。

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(wěn),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(tǒng)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?qū)δY(jié)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(wěn)運行。

圖4為水汽陽電導率曲線,曲線中凝結(jié)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(wěn)定運行。

其他水質(zhì)指標也都控制在合格標準,飽和蒸汽硅一般穩(wěn)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(wěn)定在1μg/kg以下。

從日常運行數(shù)據(jù)分析,無論是機組運行還是短時間停運,機組整個水汽系統(tǒng)水質(zhì)能夠保持一種較好的狀態(tài),pH值維持9.0以上,有效防止水汽系統(tǒng)的腐蝕。此標準能夠滿足燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組快速啟停的要求,調(diào)節(jié)方便,實際可操作性強,同時也符合國家及企業(yè)標準,能夠保證機組安全穩(wěn)定運行。

3.2 燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組水汽控制標準實際應(yīng)用效果檢查

從機組運行的水汽合格率統(tǒng)計,機組大、小修對設(shè)備的檢查兩方面檢驗實際水汽品質(zhì)控制監(jiān)督效果。

a.機組在日啟停過程中,都能控制各個水汽質(zhì)量在2 h以內(nèi)達到合格水平,正常運行過程中一般水汽質(zhì)量都在期望值以下;從月度及年度統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)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(jié)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(tǒng)表面干凈,沒有發(fā)生腐蝕、結(jié)垢現(xiàn)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(jīng)過測量為一類,結(jié)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(jié)垢現(xiàn)象,效果較好。如圖5、圖6所示。

總體來說,無論從統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)還是實際檢查效果來評價,都達到了防止機組水汽系統(tǒng)腐蝕、結(jié)垢、積鹽等目的。

4 結(jié)束語

經(jīng)過3年多的實際運行,按照《9F級燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組水汽控制標準》進行水汽品質(zhì)控制,能夠較好地適應(yīng)燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組啟停頻繁、快速、作為系統(tǒng)調(diào)峰的特點,實際操作簡單實用,還能有效防止機組系統(tǒng)腐蝕、積鹽、結(jié)垢,保證機組的安全穩(wěn)定運行。

同時,隨著機組自動化程度的提高,化學監(jiān)督基本形成了比較齊整的在線連續(xù)監(jiān)督體系,如何加強各個參數(shù)聯(lián)系,實現(xiàn)智能化分析網(wǎng)絡(luò),通過自動控制系統(tǒng)來進行水汽品質(zhì)調(diào)節(jié),也是目前化學監(jiān)督的一個必然趨勢。

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

[2] GBT12145—2008.火力發(fā)電機組及蒸汽動力設(shè)備水汽質(zhì)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(jiān)督、分析工作。