新建超(超)臨界直流爐機組整套啟動汽水品質優化措施

薛昌剛,田均明,王鋒濤,詹勝平,趙戰省

(河南省電力公司電力科學研究院,鄭州 450052)

新建超(超)臨界直流爐機組整套啟動汽水品質優化措施

薛昌剛,田均明,王鋒濤,詹勝平,趙戰省

(河南省電力公司電力科學研究院,鄭州 450052)

針對新建超(超)臨界直流爐機組調試過程中汽水品質差、合格速度慢、影響試運工期等問題,闡述了新建機組熱力系統雜質的來源及危害,分析了影響汽水品質的因素,提出了安裝過程控制、優化化驗方法和分析儀器、化學清洗熱力系統等優化措施。實踐驗證,這些汽水品質優化措施可以快速改善機組試運期間的水汽品質,明顯縮短洗硅運行時間,節省大量燃油、煤、水等,對其它新建機組試運期間改善汽水品質上具有一定的借鑒意義。

超(超)臨界;調試;整套啟動;汽水品質;優化

目前,600 MW、1000 MW機組已成為中國電網裝機容量的主力發電機組,對汽水品質的要求也越來越高。不少新建電廠由于片面追求工期目標,安裝質量控制不嚴格,導致熱力系統雜質在后期機組試運過程中頻繁堵塞濾網,甚至造成跳機現象。鍋爐的給水水質和蒸汽品質無法得到保證,給機組的熱力設備安全帶來隱患。雖然近年來有許多專家、學者在新機組的汽水品質改善上提出了一系列有效措施,取得了較好的應用效果[1-5],但在試運期間,不便操作,經濟成本高、工期也長。本文根據超(超)臨界機組調試工作的實踐,將影響汽水品質的因素進行分析和驗證,研究了汽水品質改善過程的雜質含量趨勢,提出了在機組試運期間快速改善汽水品質的措施和方法。通過實踐驗證,該方法效果較好,可以明顯縮短汽水品質合格時間,節省大量經濟成本,有利于機組安全穩定運行。

1 熱力系統雜質的來源及危害

新建機組熱力系統污染物主要有以下幾種:

1) 設備及系統在軋制、加工過程中形成的氧化軋皮。

2) 存放、運輸、安裝程中所產生的腐蝕產物、油污、焊渣、泥沙及保溫材料。

3) 試運過程中機組頻繁啟停所產生的腐蝕產物及凝汽器泄漏所引入的冷卻水雜物等。

以上污染物不僅能引起熱力設備積鹽、腐蝕、結垢,甚至使鍋爐爆管,影響機組的使用壽命。因此,快速、高效去除以上雜質是機組試運過程中亟待解決的問題。

根據發電機組的建設周期,以國華孟津電廠2×600 MW工程2號機組試運為例,從設備、管道安裝到機組168 h試運結束,針對不同階段影響汽水品質的因素逐一進行分析,并提出一系列優化措施。

2 汽水品質優化措施

2.1 安裝過程控制

1) 在設備、管道從廠家運輸至安裝現場時,工地環境比較差,應注意對其進行保護,做到不進塵土,斷口處要用膠布進行密封。

2) 安裝前后應對管道及設備進行清掃,或壓縮空氣吹掃,清理焊渣、氧化皮等污染物。

3) 在保溫施工過程中,勿將保溫材料漏入管道或容器中,增加后期的清理難度。

4) 設備、管道在資材部門存放過程中,應確保儲存環境干燥、整潔,避免引起在現場的二次腐蝕或損壞。

5) 在鍋爐水壓完畢及長時間停爐時,應按《火力發電廠停(備)用熱力設備防腐蝕導則DL/T956-2005》等標準對鍋爐進行保養。

2.2 優選分析儀器

在以前的調試工程中發現,許多電廠由于化驗人員操作不熟練、標準試劑潮濕、污染、分析儀器未校準、取樣方法不規范等原因,造成化驗結果不準確,耽誤了試運工期,影響了試運決策。因此,在不斷減少化驗誤差的同時,應對化驗人員進行培訓,采用靈敏度高、準確度高、檢測效率高的分析儀器。如國華孟津電廠、華電渠東電廠、河南新鄉中益電廠等化驗室均配置了美國哈希DR5000或DR6000型分光光度計。該儀器在檢測鐵離子含量上耗時短(僅需不到10 min),大幅提高了檢測效率,比傳統的鄰菲羅啉法測含鐵量節省了40～50 min,縮短了化驗等待時間,降低了油、水、煤等消耗成本。

2.3 對機組熱力系統進行化學清洗

對于基建機組,宜將爐前部分和爐本體兩個系統分別進行清洗。爐本體及凝結水、除氧給水系統均進行堿洗、酸洗。為了降低后期給水再循環調節閥的卡澀幾率,應將3根給水再循環管道、電泵和汽泵前置泵入口管道進行酸洗;除氧器酸洗后,形成鈍化膜,可以明顯改善后期除氧器腐蝕狀況。

在高壓加熱器和低壓加熱器汽側進行堿洗時,建議堿液從抽汽管道進入汽側系統,再從危急疏水管回至凝汽器,這不僅擴大了清洗范圍,更有利于后期疏水的回收,而且藥液淋洗汽側,清洗效果更好。模擬升溫的爐水應排放。

加強化學清洗后的設備清掃工作,打開省煤器、水冷壁聯箱,全面檢查其內壁清潔程度,清掃沉積物,并處理排污管污堵。在除氧器內低壓給水管入口處、凝汽器內凝結水泵入口處加裝臨時濾網,濾網通流面積為正常流量的3～5倍,以減少系統清洗過程中泥渣等雜物堵塞或損壞清洗設備。

2.4 正常投入凝結水精處理系統

一般在化學清洗與蒸汽吹管之間的20 d之內,將精處理系統調試完畢。在蒸汽吹管時,投入精處理系統系統,可以快速改善鍋爐冷態、熱態沖洗時的水質,達到節水目的。同時,也可以檢驗高速混床處理水量和出力性能。

在吹管結束后,根據樹脂捕捉器的差壓情況,對其進行清理,可以降低其在整啟過程中污堵的概率。在精處理系統試運期間、再生效果滿足的條件下,盡量不采用氨化運行,保證周期制水量合格。陰樹脂再生時投入電加熱器,提高混床除硅能力,縮短洗硅運行時間。

2.5 加強對減溫水管路的沖洗

在過熱器減溫水及再熱器減溫水等管路的彎管、死角處,易存臟污,若沖洗不徹底,則雜質將進入到蒸汽中,引起蒸汽品質的惡化。因此,在吹管期間,即對其進行徹底沖洗,降低后期減溫水污染蒸汽品質的幾率。

2.6 汽水取樣管路臟堵的解決措施

由于汽水取樣管路臟堵,取得的水樣并非真實水樣,導致化驗結果和在線儀表讀數與真實水質結果偏差較大。處理措施如下:

1) 安裝前對管路進行吹掃,保證取樣管內部干凈整潔;安裝后將所有閥門處于關閉狀態,防止系統污染物進入管中。

2) 在冷態、熱態沖洗初期,不開啟取樣管就地一次門,防止系統大管道的臟污進入取樣管內,造成堵塞,難以清理。

3) 在吹管前期,將主汽、再熱入口、出口等取樣就地一次門關閉,在吹管后期把取樣門及高溫架排污門打開,利用蒸汽壓力吹掃取樣管。若遇到堵塞,則吹管結束后趁機清理,防止在后期汽輪機沖轉、機組并網時無法取得蒸汽水樣。

4) 在高溫架處依次拆開各減壓閥進行沖洗,使排水澄清、透明、無雜物。在試運期間,通過頻繁沖洗取樣管路、更換濾元、再生陽樹脂、校驗儀表等方法保證取樣真實、化驗結果及時、準確。孟津電廠2號機組、渠東電廠1號機組采用此方法后,試運過程中未出現取樣管堵塞現象。

2.7 控制合理的加藥參數

為了使機組汽水品質合格,保證機組安全、經濟運行,在試運過程中,一般使給水的聯胺含量維持在10～50 μg/L。控制凝結水和給水的pH值維持在8.8～9.3和9.0～9.5,其中給水的pH值按高限運行,有利于鍋爐在濕態運行時蒸汽洗硅。

2.8 冷態和熱態沖洗質量控制

根據傳統的系統設計,直流爐沖洗排放口多數在除氧器及儲水罐處,分別外排至爐側高排擴容器和回收至凝汽器。在孟津電廠工程,設計排放口有混床入口母管(φ219至地溝)、5好低壓加熱器出口(至循環水冷卻塔)、除氧器出口(至高排擴容器及凝汽器)、給水操作臺前(φ273至高排擴容器、φ219至凝汽器)及儲水罐。排放口設計密集,每次鍋爐上水均執行分段沖洗。冷態沖洗嚴格按照儲水罐出口含鐵量大于500 μg/L(高于調試導則[6]1000 μg/L的標準)外排,含鐵量小于500 μg/L回收;含鐵量小于200 μg/L時進行熱態沖洗。熱態沖洗終點控制為儲水罐出口含鐵量小于100 μg/L、省煤器入口含鐵量小于50 μg/L,說明沖洗徹底,效果良好。鍋爐首次冷態及熱態沖洗時儲水罐的水質結果如圖1所示。

圖1 鍋爐首次冷態及熱態沖洗時儲水罐的水質

在冷態沖洗階段(0～3 h),儲水罐排水鐵含量快速降低,當降至60 μg/L時,鍋爐點火。在省煤器、水冷壁溫度上升過程中,鐵含量也迅速升高,當鍋爐溫度維持到190 ℃(保持4 h)時,儲水罐鐵含量達到峰值1450 μg/L,然后逐漸降至合格。熱態沖洗結束時,儲水罐鐵含量100 μg/L,省煤器入口鐵含量為30 μg/L,鍋爐具備升壓條件。整個冷熱態沖洗耗時約7 h。

2.9 試運期間硅化合物的控制

新建機組熱力系統的硅雜質主要來自管道和設備容器內部附著的泥沙、保溫棉及含有硅化合物的物質等。這些含硅物質最終均以溶解態和膠態硅化合物進入爐內。蒸汽做功后,隨蒸汽攜帶的硅酸便會從蒸汽中析出,在汽機高壓缸內形成積鹽,導致汽機效率和出力降低,從而影響機組的安全經濟運行。

新建機組首次點火啟動時,蒸汽中的硅含量是影響機組進行下一階段試運的重要控制指標。根據調試經驗,采取以下幾個過程優化措施,可以盡快改善汽水品質,降低蒸汽中的硅含量:

1) 主要控制汽輪機首次沖轉前洗硅、帶負荷分階段洗硅、提高爐水pH值、濕態時儲水罐放水、高壓加熱器疏水的控制回收、精處理系統的正常投運等。

2) 通過停爐保護、排放高濃度爐水、對凝汽器和除氧器適時徹底清理等措施,也可以最大限度地提高洗硅效率,縮短試運時間。

汽輪機首次沖轉前主蒸汽洗硅過程中的二氧化硅含量曲線如圖2所示。主蒸汽二氧化硅含量從初始峰值1800 μg/kg降到200 μg/kg僅用時10 h左右,其下降的趨勢越來越緩,當二氧化硅含量降到50 μg/kg以下時,共消耗超過40 h,汽輪機開始進汽沖轉。從首次蒸汽洗硅的效果看,越到后期,蒸汽中的二氧化硅越難去除。洗硅時先把蒸汽壓力提高到比汽輪機沖轉參數稍高一些,然后再降至額定參數,通過頻繁升降壓力,調節蒸汽中攜帶的硅化合物,洗硅效果明顯。

圖2 汽輪機首次沖轉前主蒸汽二氧化硅含量曲線

機組帶負荷期間主蒸汽和儲水罐的硅含量隨負荷變動曲線圖如圖3所示。在機組升至滿負荷期間,主蒸汽的硅含量始終未超過50 μg/kg,優于化學調試導則[6]60 μg/kg的要求。儲水罐的硅含量有3個明顯的峰值,分別為機組25%、50%和75%負荷階段。尤其在50%負荷階段,主蒸汽洗硅工作量最大,周期最長。為了保證主蒸汽品質,在50%負荷之前,直流爐一直采取濕態運行方式,當儲水罐硅含量合格后,方轉入干態。干態運行后,主蒸汽硅含量一直穩定,并未發生突躍現象,表明在整個帶負荷階段涉及洗硅的壓力、機組負荷變動等參數控制準確,蒸汽品質優良。

圖3 機組帶負荷期間主蒸汽二氧化硅含量曲線

2.10 高壓加熱器和低壓加熱器疏水的控制回收

因前期高壓加熱器和低壓加熱器疏水雜質較多,鐵和二氧化硅含量高,水質不合格,須走危急疏水直接排至凝汽器。待全部疏水和凝結水通過精處理系統處理后,再補至除氧器。高壓加熱器汽側投入后,要密切關注疏水的管理和監督,當高壓加熱器疏水含鐵量小于50 μg/L、硬度小于5 μmol/L時再逐級疏水回收到除氧器。

高壓加熱器汽側投入后,疏水硬度隨時間變化曲線圖如圖4所示。在疏水在投入初期,硬度較高,基本維持在10 μmol/L的水平,受機組負荷變動,疏水流量、壓力、新的熱力系統投入等因素影響,水質指標不穩定,硬度時常突躍。高壓加熱器汽側投入約40 h后,硬度基本合格。50 h后,疏水逐級回收至除氧器,給水水質并未受到影響,表明高壓加熱器汽側沖洗干凈。

圖4 高壓加熱器疏水硬度變化曲線圖

Fig.4 High pressure heater drain hardness change curve

2.11 168 h試運期間機組汽水品質

機組168 h試運期間汽水品質如表1所示。各項指標均達到了優良標準,后幾天的結果已符合正常運行機組的汽水標準(GB 12145—2008 火力發電機組及蒸汽動力設備水汽質量),部分指標甚至達到期望值,表明通過一系列水汽質量優化措施后,汽水品質改善效果良好,機組試運效率較高,調試質量優良,在機組熱力系統的防腐蝕、防結垢、防積鹽方面都起到了良好的作用。

表1 機組168 h試運期間汽水品質

3 結 論

1) 在新建電廠機組試運過程中,只有采取各項汽水品質優化措施、優化調試和化學監督方法,才能提高試運效率和調試質量。而這些措施明顯縮短了洗硅運行時間,節省大量燃油、煤、水等消耗,減少了廢水、廢氣等污染物的排放,產生了良好的經濟和社會效益。

2) 機組投產1 a后,通過對其化學大修檢查發現,其熱力設備結垢(積鹽)、腐蝕方面均被評價為一類標準[7],表明試運期間的汽水品質優化措施對運行后的化學監督起到了良好的促進作用,為以后同類型機組調試工作提供了良好的借鑒經驗。

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(責任編輯 侯世春)

Optimized measures for improving steam-water quality during integralstarting-up of newly-built supercritical and ultra-supercriticalonce-through boilers

XUE Changgang, TIAN Junming, WANG Fengtao, ZHAN Shengping, ZHAO Zhansheng

(State Grid Henan Electric Power Research Insitute.,Zhengzhou 450052, China)

Aiming at the problems of newly-built supercritical and ultra-supercritical once-through boilers influencing the project of trial operation during debugging, including low quality of steam and water, and low speed of qualification, this paper expounds the resource and harms of impurities in thermal power system of newly-built units, analyzes the factors influencing steam-water quality and proposes optimization measures, including installation control, optimization of assay, application of analytic instruments and chemical cleansing. The time-consuming for silicon cleaning is shortened obviously and oil, coal and water are economized. These measures could be referenced for improving steam-water quality by other large capacity and high parameter generator units.

supercritical and ultra-supercritical; debugging; integral starting-up; steam-water quality; optimized

2015-02-21。

薛昌剛(1982—),男,2008年畢業于湖南大學化學專業,碩士,工程師,主要從事電廠化學調試技術的研究及應用。

TK229

A

2095-6843(2015)04-0372-05