爐水氫導超標的試驗研究

常仁杰，吳貴德，張 進，高 科，鄒 衢，韓國強

（華能丹東電廠，遼寧 丹東 118300）

爐水氫導超標的試驗研究

常仁杰，吳貴德，張 進，高 科，鄒 衢，韓國強

（華能丹東電廠，遼寧 丹東 118300）

針對華能丹東電廠1號爐水氫導超標，通過離子色譜分析、離子摩爾電導率核算，找出了磷酸根、硫酸根等雜質含量高是1號爐水氫導超標的原因，對爐水采用氫氧化鈉處理的方法，取得了良好的效果。

爐水；氫導；氫氧化鈉；色譜儀；含鹽量；摩爾電導率

華能丹東電廠一期工程為Sargent＆Lμndy設計、整套引進的2×350 MW機組，配套的化學監督、處理設備分別由美國Johnson March、U.S. FILTER公司制造，于1998年底投入商業運行。

鍋爐由英國Babcock Energy CO制造；型式為亞臨界參數、一次中間再熱、自然循環、平衡通風、燃煤型；汽包壓力為18.21 MPa；額定蒸發量為1 061 t／h；沒有定期排污，其底部設有排水門，只是在鍋爐啟動、壓力低于3 MPa時可以操作。汽輪發電機由美國West.Hoμs CO制造；型式為亞臨界參數、一次中間再熱、單軸、雙缸雙排汽、反動凝汽式；主汽溫度為538℃，主汽壓力為16.67 MPa。

水汽系統流程為：由鍋爐送出來的過熱蒸汽到汽輪機高壓缸做功后，返回再熱器；重新加熱后，又送回汽輪機中壓缸、低壓缸，做功后的乏汽排入凝汽器；凝結水由凝結水泵升壓經4臺低壓加熱器初步加熱后送入除氧器，經除氧后流入除氧器水箱；除氧后的低壓給水經給水泵升壓后再經3臺高加加熱后送入鍋爐，經加熱蒸發、過熱器過熱后成為過熱蒸汽；形成循環。

為了保障熱力系統中的水、汽品質，避免發生腐蝕、結垢、積鹽，需對水汽系統工質進行化學處理。亞臨界機組的化學處理點一般為凝結水、給水、爐水；給水系統使用氨調節pH，爐內采用低磷酸鹽處理［1］。

1 存在的問題

新頒化學監督導則要求監測爐水氫導，氫導表2014年5月30日投入后數值一直偏高，對2014年5月30日到12月6日l號爐水氫導、電導進行統計，氫導平均值為4.04 μs／cm（標準為1.5 μs／cm），最高值達到12.16 μs／cm，合格率為零；電導平均值為9.03 μs／cm（標準為10 μs／cm），最高值達到19.36 μs／cm，這標志著爐水含鹽量較高，將導致熱力設備水汽系統腐蝕、結垢、積鹽，嚴重時將影響鍋爐、汽輪機出力，甚至發生鍋爐爆管，影響機組安全、經濟、穩定運行。

2 原因分析

2.1 摩爾電導率計算

2.1.1 摩爾電導率的概念

把含有1 mol電解質的溶液置于相距1 m的2個平行電極之間溶液所具有的電導，稱為摩爾電導率。

式中 Md——摩爾電導率，10－4Sm2／mol；

k——電導率，μs／cm；

c——摩爾濃度，μmol／L。

2.1.2 摩爾電導率的推導

根據柯爾勞施結論，在強電解質中：

式中 Md∞——無限稀釋時的摩爾電導率或極限摩爾電導率，10－4Sm2／mol；

A——常數。

在鍋爐中，可將爐水近似為無限稀釋的溶液，當c趨近于0時，可以認為Md就是Md∞，根據Md＝k／c，可以推導得出：

2.2 核算爐水電導率

2014年7月23日，對1號爐水采用DX500離子色譜儀等儀器，依據GB／T 14642—2009等國標，進行雜質分析，根據水質分析數據，通過相關離子的摩爾電導率［2］，計算出爐水電導、氫導，見表1。

核算出的爐水電導為9.45 μs／cm，較實測值11.74 μs／cm低2.29 μs／cm；原因為對爐水分析的項目并沒有涵蓋所有雜質，但是漏查的雜質，占比不大。

2.3 影響爐水氫導的因素

從表1爐水中各離子產生的電導占比可以看出，氨含量達到30%，不影響爐水氫導；氯離子、硫酸根、磷酸根占比都比較高，大部分超過20%；這些離子含量高是1號爐水氫導超標的關鍵因素。

3 改進措施

由于現階段爐水采用磷酸鹽處理，爐水中含有大量的磷酸根、鈉離子，同時磷酸鹽中含有一定量的硫酸根、氯離子，采用氫氧化鈉處理，爐水將沒有磷酸根，其它雜質也會大幅降低；因此決定從2014年12月5日開始，1號爐水改用氫氧化鈉處理。

同時由于是亞臨界汽包鍋爐，采用磷酸鹽處理爐水，在鍋爐高負荷時，有易溶磷酸鹽從鍋爐中析出、沉積在水冷壁管壁上，即“磷酸鹽隱藏”現象，將導致水冷壁傳熱不良、爐內產生游離氫氧化鈉，嚴重時可造成爆管事故［3］，因此，采用氫氧化鈉處理，可以同時減輕“磷酸鹽隱藏”現象。

3.1 可行性分析

表1 1號爐水電導核算

1號鍋爐熱負荷分配均勻，水循環良好，水冷壁垢量小于150 g／m2，給水氫導小于0.2 μs／cm，水冷壁沒有孔狀腐蝕，符合氫氧化鈉處理條件。

3.2 實施方案

爐水采用氫氧化鈉處理，可以在爐水中保持適量的氫氧根離子濃度，氫氧化鈉與氧化鐵反應生成鐵的羥基絡合物，使金屬表面形成致密的保護膜，從而實現對金屬基體的保護作用［4］。

采用此爐水處理方式，可以在保證爐水pH合格的前提下，降低爐水含鹽量，解決爐水氫導超標的同時，還可以減輕包括過熱器、汽輪機在內的蒸氣通流系統的腐蝕、積鹽［5］。具體實施方案如下。

a.將2臺磷酸鹽溶藥箱隔離，1臺用于磷酸鹽溶藥，另1臺用于氫氧化鈉溶藥。

b.每臺磷酸鹽溶藥箱溶磷酸鹽5 kg，每臺氫氧化鈉溶藥箱溶氫氧化鈉1 kg，濃度為1%。

c.正常情況爐內只加氫氧化鈉，每次加藥最多20 min，控制爐水pH在9.2～9.5。

d.在機組啟動時，爐水采用低磷酸鹽處理；給水氫導低于0.15 μs／cm、水汽品質正常后，采用氫氧化鈉。

e.在機組水汽品質異常時，恢復爐水低磷酸鹽處理。

3.3 達到的爐水控制指標

根據《汽包鍋爐爐水氫氧化鈉處理導則》確定爐水控制指標，見表2。

表2 爐水控制指標

4 實施效果

4.1 爐水氫導、電導都達到部頒指標

對2014年7月1日到2015年4月7日間l號爐水氫導、電導進行統計，做出1號爐水氫導、電導趨勢圖（見圖1），可以看出：從12月5日開始對1號爐水實施氫氧化鈉處理方案，到12月13日，爐水氫導就達到標準。

4.2 爐水氫導、電導對比

圖1 1號爐電導、氫導趨勢圖

對爐水處理方式改進前的2014年7月1日到12月5日之間和改進后的2014年12月13日到2015年4月7日之間的爐水電導、氫導的有關數據分別統計，見表3，可以看出電導平均值為7.08 μs／cm（標準為10 μs／cm），合格率都達到100%；氫導平均值下降到0.60 μs／cm，下降幅度達到80.26%，合格率達到100%。

4.3 爐水雜質含量大幅下降

對爐水處理方式改進前后的2014年7月23日和2015年3月24日2次爐水查定的數據做出分析（見表4），可以看出，氯離子、硫酸根、鈉離子等雜質含量大幅下降，爐水含鹽量下降幅度達到92.98%。

表3 氫氧化鈉處理前后爐水電導、氫導對比表

表4 氫氧化鈉處理爐水雜質含量對比表

5 效益分析

5.1 爐水處理成本降低

2014年12月5日至2015年4月4日間1號機組發電量為7.170 9億kWh，氫氧化鈉用量1 096.8 g，則每億kWh電耗NaOH 152.95 g；年發電量按30億kWh計算，年NaOH用量為4 588.56 g，年費用為183.54元；而采用磷酸鹽處理，每年磷酸三鈉耗量48 000 g，年費用1 920元，費用下降9成。

5.2 安全指數提升

優化爐水指標，降低爐水含鹽量，減少蒸汽通流系統積鹽，減緩熱力設備水汽系統腐蝕，降低結垢速率，避免因為爐水氫導、電導超標而發生鍋爐爆管；使爐水電導、氫導同步達到部頒標準，使水汽品質合格率達到一流電廠的指標。

5.3 隱形經濟效益

如果因為爐水含鹽量高及氫導、電導超標，而發生鍋爐爆管導致機組停運，恢復按10天、每天損失電量600×104kWh、電價0.40元／kWh計算，將損失2 400萬元。

6 結束語

對1號爐水采用氫氧化鈉處理后2014年12月26日到2015年4月7日間的爐水pH監測數據進行統計，pH在9.02～9.6，平均值為9.39，按照低磷酸鹽處理標準（9.0～9.7）衡量，合格率為100%；按照氫氧化鈉處理標準（9.2～9.5）衡量，合格率為80.29%，還有一定的差距，仍有待提高。

對1號爐水采用氫氧化鈉處理較低磷酸鹽處理，控制標準由“9.0～9.7”縮小到“9.2～9.5”，標準范圍由0.7縮小到0.3，范圍變窄，爐水pH對氫氧化鈉又比較敏感；而爐水加藥處理又是手動控制，因此，爐水加藥方式應實現依據爐水pH自動控制，pH就會得到很好的控制。

［1］吳貴德，黃 飛，王顯昌.亞臨界機組水處理設備與化學監督［J］.東北電力技術，2003，24（6）：11－13.

［2］華萊士（Wallace，H.G.），斯塔克（Stark，J.G.）.化學數據手冊［M］.北京：烴加工出版社，1986.

［3］楊 勝，肖大河.爐水磷酸鹽“隱藏”現象治理的研究［J］.四川電力技術，2007，30（2）：22－24.

［4］DL／T 805.3—2013，火電廠汽水化學導則，第3部分：汽包鍋爐爐水氫氧化鈉處理［S］.

［5］馬祝平.爐水氫氧化鈉處理防積鹽防腐蝕技術應用［J］.電力科學與工程，2013，29（10）：74－78.

Experimental Study on Hydrogen Conductivity Over?standard of Boiler Water

CHANG Ren?jie，WU Gui?de，ZHANG Jin，GAO Ke，ZOU Qu，HAN Guo?qiang
（Huaneng Dandong Power Plant，Dandong，Liaoning 118300，China）

According to the over?standard phenomenon of NO.1 boiler water hydrogen conductivity，the reason is found out that the concentration of impurity is high such as phosphate radical and sulfate radical by ion chromatographic analysis and ion molar conductivi?ty calculation.Using the method of sodium hydroxide treatment in boiler water achieves good results.

Boiler water；Hydrogen conductivity；Sodium hydroxide；Chromatograph；Salt content；Molar conductivity

TM521.8

A

1004－7913（2015）12－0016－04

常仁杰（1964—），男，學士，高級工程師，從事火力發電廠管理工作。

2015－10－11）