25 MW機組鍋爐熱化學試驗分析

朱善哲

（山東電力建設第三工程公司，山東 青島 266000）

0 前言

水城鋼鐵公司動力廠8#鍋爐為JG-135/3.82-Q型中溫、中壓自然循環鍋爐。其額定鍋爐爐水蒸發量（額定運行出力）為135 t/h，額定運行出力工況壓力為3.4 MPa。鍋爐給水采用加氨水調節，鍋爐爐水采用外加磷酸三鈉溶液處理。機組于2005年8月投產運行。為了考查此鍋爐運行出力工況條件、鍋爐爐水品質對蒸汽化驗品質的影響[1]，2006年4月對8#鍋爐進行了必要的熱化學試驗。試驗前按標準控制鍋爐爐水水質指標，即 SiO2≤ 0.7mg/L，PO43-=5 mg/L～12 mg/L、pH=9～11。

1 鍋爐爐水含鹽量對蒸汽化驗品質的影響試驗

1.1 鍋爐爐水中含硅鹽量的臨界化驗濃度

試驗時維持汽包壓力數值在3.05 MPa～3.70 MPa，鍋爐蒸發量數值在117 t/h～129 t/h，機組運行出力負荷在11.7 MW～12.9 MW，汽包水位在-52.12 mm～0 mm，鍋爐排污全部關閉。通過外部磷酸鹽加藥系統向汽包爐水中注入合格化驗濃度的硅酸鈉溶液，以提升鍋爐爐水中的SiO2鹽化驗濃度。試驗過程中人工測定蒸汽Na+最高化驗濃度為2 mg/L，一直合格。說明蒸汽攜帶Na+的量變化不大；鍋爐爐水SiO2含量在0.65 mg/L～0.95 mg/L時蒸汽的SiO2含量達到最大允許值，飽和蒸汽為5.8μg/L，過熱蒸汽為5 μg/L，蒸汽的品質并沒有惡化，可以認為：鍋爐爐水含鹽量升高時，并不會對蒸汽品質產生很大影響；鍋爐爐水的一些指標可以進行適當調整，不僅能保證蒸汽品質，還能使鍋爐爐水系統免受腐蝕、結垢的影響[2]。

1.2 蒸汽對磷酸鹽溶解攜帶

在試驗過程中使用逐步濃縮方法，將飽和蒸汽的取樣樣品逐步濃縮，再測量其磷酸根的鹽化驗濃度。測試結果顯示：當鍋爐爐水的磷酸鹽化驗濃度達到最大18.8 mg/L時，蒸汽中磷酸根的含量在3.1 μg/L～4.3 μg/L，磷酸根的分配系數為0.16‰ ～0.23‰。

2 鍋爐運行工況條件對蒸汽品質變化的影響試驗

2.1 鍋爐運行負荷出力及出力變化速率對蒸汽化驗品質變化的影響

2.1.1 鍋爐運行負荷出力對蒸汽化驗品質變化的影響

機組在額定負荷時，汽包壓力為3.4 MPa，鍋爐出力約135 t/h。 維持鍋爐爐水SiO2=0.47 mg/L～2.05 mg/L，在試驗過程中，鍋爐按額定負荷出力的75%、80%、85%、90%、95%、100%、105%、100%、95%、90%、85%、80%、75%分梯度運行鍋爐，每個負荷梯度保持運行2 h，圖1、圖 2表明鍋爐運行負荷出力試驗時對飽和蒸汽化驗品質中Na、SiO2含量變化的影響；可見，在鍋爐負荷的各個水平試驗過程中，飽和蒸汽Na、SiO2含量在正常允許范圍內，都在水汽質量控制指標范圍內。

2.1.2 負荷變化速率對蒸汽品質的影響

維持鍋爐爐水SiO2=0.47 mg/L～2.05 mg/L；鍋爐負荷變化速率試驗持續時間為20 min，在鍋爐升負荷與降負荷過程中，都按鍋爐最大的負荷變化速率5.2 t/min進行；在試驗過程中，鍋爐按額定負荷的105%、100%、95%、90%、85%、80%、75%、70%、75%、80%、85%、90%、95%、100%、105%設定鍋爐的運行方式，每個階段維持2 min。在鍋爐負荷波動過程中，鍋爐爐水電導率波動也較大，含Fe量持續升高，化驗濃度在210 μg/L～280 μg/L，嚴重超標，原因分析為負荷的變化使鍋爐受熱、蒸發及過熱區段前后移動，導致管內的氧化鐵沉積。負荷波動對給水和鍋爐爐水系統的影響較大，即負荷快速變化會引起鍋爐爐水系統的腐蝕發生[2]。3月13～19日熱化學試驗中，Fe含量普遍增大，原因可能與之前機組因供氣量不穩定和停運保養不善有關。鍋爐負荷在19∶45為137 t/h，在19∶55降為90 t/h，屬于鍋爐負荷變化值較大的情況。在負荷變化的過程中，蒸汽SiO2的含量變化不大，始終低于3.7 μg/L；相應的飽和蒸汽Na含量變化略有上升，有若干點的Na含量達到22 μg/L，說明負荷波動過程中蒸汽有少量帶水。該試驗說明：負荷波動速率過大對蒸汽有少量影響，使蒸汽的Na含量升高，但是SiO2含量變化不大，在日常運行過程中要避免負荷波動速率過大。

2.2 汽包水位對蒸汽品質的影響

2.2.1 汽包水位對蒸汽品質的影響

機組負荷維持在12 MW左右，鍋爐爐水pH在10.59～10.78，SiO2在 1.33 mg/L～2.37 mg/L，PO43-在 0～8.8 mg/L， 鍋爐爐水采用磷酸鹽加藥處理， 鍋爐排污全部關閉。汽包運行水位按-85 mm、-65 mm、-45 mm、-25 mm、0 mm、25 mm、45 mm、65 mm、85 mm的梯度水平上運行保持2 h，觀察記錄蒸汽化驗品質的變化情況。

圖3給出了汽包水位試驗時對飽汽中SiO2、Na含量的影響， 由圖可知，飽和蒸汽SiO2含量始終在3.8 μg/L以下，在正常標準

圖1 爐鍋爐負荷試驗飽和蒸汽Na+含量的變化

圖2 爐鍋爐負荷試驗飽和蒸汽、過熱蒸汽SiO2含量的變化

范圍內；蒸汽Na含量始終小于0.9 μg/L，SiO2、Na在正常標準范圍內；說明在汽包水位的各個階段中，蒸汽品質都在正常范圍內[2]。所以，鍋爐可以在-85 mm～85 mm的水位正常運行，未導致蒸汽攜帶水分，運行蒸汽的品質不會變差。

3 試驗結果分析

3.1 汽水分離效果分析

鍋爐蒸汽的污染結果是因蒸汽機械攜帶（水分的攜帶）和蒸汽的溶解攜帶（選擇性的攜帶）雜質而造成的[3]。試驗結果表明，汽包水位在-50 mm～-20 mm，水位變化的速率小于30 mm/min，鍋爐運行出力負荷出力變化速率小于6.0 t/min時， 汽水分離（蒸汽和水）的分離有良好的效果。

圖3 鍋爐汽包水位試驗時飽和蒸汽Na、SiO2的變化

鍋爐蒸發產生的蒸汽對鹽類雜質的溶解（即溶解性選擇性的攜帶）隨鍋爐蒸汽壓力的升高而逐步提升。試驗過程數據分析表明，在機組運行出力工況正常和給水的水質合格條件下，鍋爐爐水中SiO2化驗溶解含量小于2.94 mg/L，可保持蒸汽的SiO2含量小于 22 μg/L。

3.2 鍋爐排污量和頻次分析

為了減少鍋爐爐水中的鐵、銅溶解性惡性雜質的化驗濃度含量和防止鍋爐爐水冷壁出現大比例結垢，確保機組運行穩定安全，必須確保一定量的連續排污量，并保持每周不少于一次的定期底部排污。

3.3 鍋爐爐水運行控制指標分析

除了鍋爐蒸汽和爐水的分離設施外，鍋爐爐水中惡性雜質的化驗濃度含量直接影響鍋爐產生蒸汽和水的分離效果[4]。為了防止加藥劑量過大或排污水量過小時，鍋爐爐水惡性雜質化驗濃度過高而導致蒸汽品質逐步惡化的現象，應該控制鍋爐爐水SiO2檢測含量小于2.94 mg/L。為了避免汽輪機關鍵部位葉片等積結磷酸鹽垢給機組的安全穩定運行帶來危害，應該最大程度地降低鍋爐爐水中磷酸鹽的化驗濃度。機組正常時，鍋爐爐水磷酸根控制在1.0 mg/L～6.0 mg/L較適宜。要降低汽輪機葉片等關鍵部位金屬氧化物的沉積量。要最大程度地降低給水系統腐蝕雜質量以減少鍋爐爐水中的含鐵量，從而減少蒸汽中溶解鐵的氧化物量。

4 結論

4.1 最佳鍋爐爐水和給水水質指標

當鍋爐爐水采用磷酸鹽處理時，建議鍋爐爐水中的PO43-化驗濃度最好維持在1 mg/L～6 mg/L，鍋爐爐水氫離子化驗濃度pH值的合理區間應控制在9.5～11。正常運行機組時，控制鍋爐給水有較高的pH值，利于水和蒸汽系統的防腐效果，建議最好控制給水pH值區間在9.1～9.4。

4.2 鍋爐運行工況

為了使蒸汽品質穩定，應保持控制鍋爐的正常運行工況在以下范圍。1）鍋爐的汽包水位在-85 mm～+85 mm，汽包水位變化速率小于35 mm/min變化速率對蒸汽品質影響不大，蒸汽中的Na含量隨著汽包水位的提高而略有增大，但Na含量仍合格，但是汽包運行的最佳水位范圍應該是-50 mm～-20 mm。2）在額定運行負荷范圍內，為保證機組穩定可靠運行，建議鍋爐負荷變化速率小于6 t/min。