爐內水工況優化探討及經濟性分析

魯 蒙

（晉能長治熱電有限公司，山西長治 046000）

1 某熱電公司水處理系統概況

某熱電公司裝機容量為2×330 MW 亞臨界參數直接空冷機組，2011 年10 月投產，鍋爐為東方鍋爐廠制造的亞臨界參數自然循環汽包爐。

水處理系統工藝流程為：中水→機械澄清池→蓄水池→多介質過濾器→超濾→反滲透→除碳器→陽床→陰床→混床→除鹽水箱。多介質過濾器6 臺，超濾裝置4 套，反滲透裝置2 套，離子交換除鹽設備2 套，除鹽水箱2 臺，水箱設置了柔性浮頂。給水處理方式一直為加氨和聯氨的還原性全揮發處理，爐內水處理方式為低磷酸鹽低氫氧化鈉處理。凝結水處理裝置為粉末樹脂覆蓋過濾器。

2 給水處理方式優化

2.1 給水還原性全揮發處理存在的問題

a）在除氧器出水氧的質量濃度≤10 g/L 的條件下，聯氨和氧不發生反應。除氧器出水溶解氧的質量濃度一般≤2 g/L，在此條件下聯氨和氧不發生反應，此時給水中的聯氨只是使得給水呈還原性環境。

b）在還原性條件下，有可能引起給水系統發生流動加速腐蝕。2019 年6 月和9 月，1 號機組和2 號機組分別進行C 修，期間化學技術檢查發現2臺鍋爐的汽包底部和汽包內壁上均沉積有較多的黑色四氧化三鐵粉末，表明2 臺機組的給水系統均發生了比較明顯的流動加速腐蝕。

c）聯氨是致癌物，而且價格較貴。

2.2 給水處理方式優化的實施

在給水氫電導率≤0.3 S/cm、除氧器出水氧的質量濃度≤10 g/L 時，給水處理方式不應采用還原性全揮發處理，而應采用弱氧化性全揮發處理，即給水中只加氨不加聯氨。在弱氧化性全揮發處理條件下，給水系統的氧化還原電位逐漸升高，給水中的溶解氧會逐漸把Fe3O4氧化為Fe2O3，給水系統的流動加速腐蝕速度會逐漸降低，直至Fe3O4全部被氧化為Fe2O3，流動加速腐蝕就會被完全抑制。

2019 年1 月份起，給水處理方式改為弱氧化性全揮發處理。2020 年6 月份1 號機組C 修時，檢查發現汽包內壁和底部的沉積物很少，表明給水系統的流動加速腐蝕已明顯減輕。

3 爐內水工況優化

3.1 爐內水處理存在的問題

3.1.1 磷酸鹽純度低

2018 年12 月，對爐水加藥用的氫氧化鈉（分析純）和磷酸鈉（工業品）中的雜質含量進行檢測。將分析純氫氧化鈉和工業品磷酸鈉分別配制成1 mmol/L 的溶液，用常規化驗方法和離子色譜分析方法分別進行了化驗，結果表明：工業品磷酸鈉中的雜質含量遠大于分析純氫氧化鈉的雜質含量，尤其是二氧化硅和氟離子，前者含量是后者的28 倍和930 倍。爐水加工業品磷酸鈉相當于人為加進去了大量雜質，使得爐水含鹽量增大，濃縮加快，鍋爐排污量增大，從而導致除鹽水浪費，煤耗增大，降低了電廠的經濟性。

2018 年12 月19 日—20 日采取水汽系統水樣進行了陰離子色譜檢測，結果顯示，除鹽水中氟離子含量極低，遠小于氯離子和硫酸根含量，而水汽系統的氟離子含量基本上都大于氯離子和硫酸根含量，其原因是由于爐水加工業品磷酸鈉導致的氟離子含量增高。

3.1.2 鍋爐排污率大

2019 年之前，由于工業品磷酸鹽帶入大量雜質，爐水氫電導和硅含量時常超標，鍋爐排污率大。大量排污導致除鹽水和熱量的損失，降低了發電企業的經濟性。

3.2 磷酸鹽處理的目的

爐水中加磷酸鹽的目的：一是磷酸鈉可以和爐水中的硬度離子反應，生成堿式磷酸鈣水渣，通過排污將其排掉，去除爐水中的硬度離子；二是可以提高爐水的pH 值。

目前鍋爐補充水都是除鹽水，除鹽水的水質非常好，尤其是空冷機組，沒有凝汽器泄漏的問題，爐水中基本上沒有硬度離子，加入磷酸鹽起不到和硬度離子反應的作用，只起到了提高爐水pH 值的作用。

要提高爐水的pH 值就必須加入堿性物質，磷酸鈉和氫氧化鈉都呈堿性，1 mol 磷酸鈉（Na3PO4·18H2O）是380 g，1 mol 氫氧化鈉（NaOH）是40 g，為了將爐水pH 值提高至同樣的水平，磷酸鈉的加藥量是氫氧化鈉的9.5 倍，加氫氧化鈉效果更好。因此，對于直接空冷機組而言，正常運行中爐水中無硬度離子，沒有必要向爐水中添加磷酸鹽。

3.3 爐內水處理工況的優化

2019 年1 月起，2 臺鍋爐爐水中停加磷酸鹽，爐內水處理方式由低磷酸鹽低氫氧化鈉處理改為氫氧化鈉處理，此后爐水水質明顯提高。與2018 年相比，鍋爐排污量大幅降低。

3.4 爐水的濃縮及鍋爐排污

爐水水質監控的意義在于使鍋爐水冷壁不發生嚴重結垢腐蝕和保證飽和蒸汽質量，減輕汽輪機葉片的積鹽。爐水的含鹽量一般以氫電導率和硅含量來衡量，爐水的氫電導率和硅含量超標時就應該進行排污。《火力發電機組及蒸汽動力設備水汽質量》（GB/T 12145—2016）和《火電廠汽水化學導則第4 部分 鍋爐給水處理》（DL/T 805.4—2016）對爐水的氫電導率和硅含量都規定了上限，以不影響飽和蒸汽含鹽量和不會導致爐管腐蝕為原則，未規定下限。如果為了保持爐水含鹽量低而大量排污會浪費大量燃煤，造成很大的經濟損失。因此，大量排污保持爐水含鹽量很低是得不償失的，也是沒有必要的。

4 排污率降低的經濟效益

4.1 補水量及補水率等指標統計

爐內水工況優化后，鍋爐補水率明顯降低（見表1）。根據表1 可計算2019 年和2020 年與2018年相比，小時補水量、年補水率和年發電水耗降低百分數（見表2），2020 年發電水耗比2018 年發電水耗降低了56.29%。

表1 2018 年—2020 年發電量、補水量、補水率統計

表2 2019 年和2020 年補水率及發電水耗降低百分數統計

4.2 排污率降低的經濟效益計算

4.2.1 節水量和費用

補水量降低的各項影響因素中，排污率降低占比為70%。2019 年與2018 年相比，節水33 007 t，2019 年排污節水量33 007×70%＝23 104.9 t。

每1 t 除鹽水以25 元計，節水費用為25×23 104.9 ＝577 622.5 元（以57.8 萬元計）。

4.2.2 節省燃煤量和燃煤費用

汽包工作壓力以爐水溫度為355 ℃計，此參數下水的焓值為1 698.516 kJ/kg；除鹽水的溫度以20 ℃計，焓值為4.18 kJ/kg。將23 104.9 t 除鹽水加熱到355 ℃所需熱量為23 104.9×103×（1 698.5－4.18）＝3.915×1010kJ。

每年節省標煤量（標煤發熱量為29 308 kJ/kg）：3.915×1010÷29 308＝1.336×106kg。

每年節省燃煤費用（標煤單價為545 元/t）：1.336×106×545÷1 000＝727 964 元（以72.8 萬元計）。

上述2 項合計：57.8 萬元＋72.8 萬元＝130.6 萬元，僅2019 年全年2 臺鍋爐因減少排污帶來的經濟效益為130.6 萬元。

5 結束語

對給水處理方式進行優化后，減緩了給水系統的流動加速腐蝕；對爐內水處理方式優化后，減少了鍋爐的排污次數，降低了鍋爐的排污率，提高了發電機組的經濟性，并產生了良好的經濟效益。