某電廠爐水pH值及電導率異常升高原因分析及預(yù)防措施

郭宗濤 郭延超

山東濟礦魯能煤電股份有限公司陽城電廠

0 引言

某電廠采用東方鍋爐廠DG480/13.7-Ⅱ2型循環(huán)流化床鍋爐，超高壓中間一次再熱、單汽包自然循環(huán)，最大連續(xù)排污量10 t/h。2018年供暖季前，#1、#2機組采用中低壓缸連通管開孔抽汽方式，供汽至新建供熱首站4組列管式熱網(wǎng)換熱器加熱熱網(wǎng)循環(huán)水；2019年供暖季前，#2機組完成低壓轉(zhuǎn)子更換，采取高背壓模式運行與部分中低壓缸連通管抽汽并入供熱供汽母管；2020年供暖季前，#1機組完成低壓缸切除技術(shù)改造，中壓缸排汽至供熱供汽母管。目前，實際供暖面積約650萬m2，最大供暖面積設(shè)計值為850萬m2。

根據(jù)火力發(fā)電機組及蒸汽動力設(shè)備水汽質(zhì)量國家標準，爐水電導率小于20μs/cm；爐水pH值維持在9.0～9.7。爐水采用泵入磷酸三鈉處理，給水采用AVT(O)方式處理。Ⅰ期除鹽水制備工藝采用陰陽離子交換樹脂形式；Ⅱ期除鹽水制備工藝采用兩級反滲透形式。

爐水pH值偏高時，將可能引起鍋爐水冷壁管及汽包內(nèi)汽水分離等裝置大面積的堿性腐蝕和脆性應(yīng)力腐蝕，嚴重時爐水產(chǎn)生泡沫甚至出現(xiàn)“汽水共騰”，增加蒸汽的攜鹽量引起汽輪機葉片積鹽垢等異常。因此，必須按照國家標準要求的時間恢復至爐水指標合格值。

1 爐水參數(shù)異常過程及調(diào)整情況

該電廠水汽質(zhì)量監(jiān)督標準按照GB/T12145-2016要求執(zhí)行，爐水監(jiān)測指標為磷酸根、二氧化硅、pH值和電導率。某段時間8 h內(nèi)水質(zhì)變化見表1。#1爐水pH值由9.4持續(xù)上升后穩(wěn)定在10.6左右，電導率由9.36μs/cm快速上升，最高升至180μs/cm，其余各項指標雖有不同程度上升但均在標準值以內(nèi)。#2爐的爐水監(jiān)測指標變化趨勢與#1爐基本一致。

表1 #1爐水水質(zhì)變化情況

爐水指標出現(xiàn)異常后，立即停止給水加氨。同時，將連續(xù)排污調(diào)節(jié)門由50%開至90%，排污量由4 t/h調(diào)整至8 t/h，增加定期排污次數(shù)。經(jīng)調(diào)整后爐水pH值下降至10.4左右波動，電導率無明顯變化。

2 爐水指標異常的分析及排查處理

根據(jù)爐水pH值異常偏高現(xiàn)象，判斷為爐水中Na+含量過高，生成大量游離氫氧化鈉，造成爐水堿性pH值增大，電導率嚴重超標[1]。爐水磷酸根化驗數(shù)值初始上升后穩(wěn)定，結(jié)合爐內(nèi)燃燒無明顯高溫點，可基本排除水冷壁局部過熱出現(xiàn)的磷酸鹽“隱藏現(xiàn)象”。因此，懷疑鍋爐部分補給水中Na+超標。根據(jù)圖1所示的鍋爐給水流程中各水質(zhì)取樣點位置，排查爐水中Na+超標的方向為：（1）Ⅰ期除鹽水制備系統(tǒng)高速混床陰陽樹脂失衡，高速混床出水中Na+泄漏量大[2]；（2）汽機側(cè)凝汽器泄漏，循環(huán)水污染凝結(jié)水；(3)供熱換熱器泄漏，熱網(wǎng)循環(huán)水污染疏水。

圖1 鍋爐給水流程示意圖

2.1 機組水汽系統(tǒng)Na+含量分析

采用HK-51型臺式鈉度計對水汽系統(tǒng)各取樣點水樣化驗，結(jié)果見表2。爐水中Na+含量的嚴重偏高，證實了爐水中存在大量的游離氫氧化鈉，使爐水pH值堿性及電導率嚴重超標。

表2 水汽系統(tǒng)Na+化驗結(jié)果

除氧器出口Na+含量大于除氧器入口處，分析為由于鍋爐連續(xù)排污量增大后，連續(xù)排污擴容器閃蒸效果、離子分離能力及汽水分離能力變差，分離后回收至除氧器的二次潔凈蒸汽攜帶的Na+量增加引起。采取微開連續(xù)排污擴容器疏水旁路門，降低連續(xù)排污擴容器液位，增大污水排污量進行調(diào)整。

Ⅰ期除鹽水母管Na+含量低于凝結(jié)水國家要求標準值，但除氧器入口Na+含量是Ⅰ期除鹽水母管的3倍多。因此，排除Ⅰ期除鹽水制備系統(tǒng)高速混床陰陽樹脂失衡，Na+泄漏造成爐水Na+含量嚴重偏高的原因。采取對高速混床精處理陰陽樹脂進行再生及更換部分失效的陽離子交換器樹脂，使Ⅰ期除鹽水Na+含量達到國家標準以內(nèi)。

2.2 凝結(jié)水及熱網(wǎng)換熱器疏水Na+含量及熱網(wǎng)換熱器泄漏原因分析

2.2.1 凝結(jié)水及熱網(wǎng)換熱器疏水Na+含量分析

采用HK-51型臺式鈉度計對凝結(jié)水及外供和廠區(qū)熱網(wǎng)疏水水樣化驗結(jié)果見表3。#1機組外供熱網(wǎng)疏水及廠區(qū)熱網(wǎng)疏水回水至凝汽器熱井，約占除氧器總補水量30%；#2機組外供熱網(wǎng)疏水回水至#5低加入口，約占除氧器總補水量20%。熱網(wǎng)疏水至機組除氧器補水點的不同造成#1機組凝結(jié)水泵出口Na+含量遠大于#2機組。#2機組凝結(jié)水泵出口與Ⅰ期除鹽水母管的Na+含量基本持平。因此，排除#2機凝汽器泄漏，熱網(wǎng)循環(huán)水污染凝結(jié)水，Na+泄漏是造成爐水Na+含量嚴重偏高的原因。

表3 除氧器各補水及熱網(wǎng)系統(tǒng)Na+化驗結(jié)果

外供熱網(wǎng)換熱器疏水Na+含量是供熱蒸汽Na+含量的近30倍。結(jié)合外供熱網(wǎng)循環(huán)水Na+含量及#1、#2機組凝結(jié)水泵出口Na+含量，確定外供熱網(wǎng)循環(huán)水漏入熱網(wǎng)換熱器疏水，造成外供熱網(wǎng)換熱器疏水污染，是鍋爐給水Na+含量超標的根本原因[3]。

對4組列管式蒸汽換熱器疏水熱井單獨進行Na+化驗，#2蒸汽換熱器疏水Na+含量為298μg/L，其余蒸汽換熱器疏水與供熱蒸汽Na+含量基本一致，確認#2蒸汽換熱器熱網(wǎng)疏水泄漏，立即退運#2蒸汽換熱器。

2.2.2 列管式蒸汽換熱器泄漏原因分析

該電廠4臺列管式蒸汽換熱器列管材質(zhì)為TP304。列管外為供熱蒸汽，列管內(nèi)為熱網(wǎng)循環(huán)水。對#2蒸汽換熱器隔離檢查，未發(fā)現(xiàn)列管與管板焊接端口處存在漏點，因此排除換熱器列管因熱應(yīng)力以及管板變形引起熱網(wǎng)循環(huán)水泄漏。

熱網(wǎng)循環(huán)水水質(zhì)化驗結(jié)果為：Ph值9.7～10.5；CL-含量105μg/L。受熱網(wǎng)循環(huán)水失水率偏高影響，熱網(wǎng)循環(huán)水中漏入空氣。雖采取熱網(wǎng)循環(huán)水定期放空氣操作，但熱網(wǎng)循環(huán)水溶解氧含量仍為55μg/L。氧對氯化物引起應(yīng)力腐蝕的作用極大，溶解氧愈高，對應(yīng)力腐蝕所需的CL-量要求愈低[3]。通過對熱網(wǎng)循環(huán)水水質(zhì)分析，確認換熱器泄漏原因為應(yīng)力腐蝕造成換熱列管泄漏。

3 爐水指標異常排查處理后效果及預(yù)防措施

3.1 爐水Na+超標處理后效果

外供熱網(wǎng)#2蒸汽換熱器退運后，爐側(cè)爐水定期排污頻次及連續(xù)排污量維持pH值超標時狀態(tài)。機組運行8 h后，如表4所示#1爐爐水質(zhì)量各監(jiān)測指標全面恢復至國家標準值以內(nèi)。爐水pH值降至標準值以內(nèi)后，隨著爐水中Na+的減少，電導率的下降速度呈幾何倍數(shù)式。#2爐爐水監(jiān)測指標變化趨勢與#1爐基本一致。因此，排除#1機凝汽器泄漏、廠內(nèi)閉式循環(huán)水污染凝結(jié)水和Na+泄漏造成爐水Na+含量嚴重偏高的原因。

表4 #2蒸汽換熱器退運后#1爐爐水水質(zhì)變化情況

爐水質(zhì)量各監(jiān)測指標達到標準后，爐水定期排污頻次及連續(xù)排污量、連續(xù)排污擴容器液位恢復至爐水指標異常前狀態(tài)，啟動給水加氨系統(tǒng)運行。通過機組連續(xù)運行期間爐水質(zhì)量指標情況的監(jiān)測，各指標無明顯的異常波動，始終維持在國家相關(guān)標準值以內(nèi)。

3.2 爐水pH值偏高的預(yù)防措施

3.2.1 外供熱網(wǎng)疏水水質(zhì)監(jiān)測點及監(jiān)測項目調(diào)整

該電廠根據(jù)水汽國家質(zhì)量標準對熱網(wǎng)疏水僅監(jiān)測硬度指標且取樣點為換熱器疏水集箱。鍋爐爐水的水質(zhì)異常期間，換熱器疏水集箱取樣化驗硬度持續(xù)約為0.3μmol/L。出現(xiàn)單個熱網(wǎng)換熱器泄漏且泄漏量較小時，無法準確反映實際疏水的水質(zhì)變化，增加了爐水異常判斷的難度及水質(zhì)指標超標時間。因此，該電廠對熱網(wǎng)疏水的水質(zhì)監(jiān)測指標及取樣點管理標準進行調(diào)整。監(jiān)測指標調(diào)整為：硬度≤2μmol/L；電導率≤0.2μs/cm。疏水取樣點調(diào)整為單個換熱器疏水熱井。通過電導率指標的變化利于及時發(fā)現(xiàn)單個換熱器疏水離子變化情況。各化驗指標手動填入水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，形成指標變化趨勢圖，實現(xiàn)熱網(wǎng)疏水水質(zhì)動態(tài)變化趨勢管理。

3.2.2 除鹽水監(jiān)測項目調(diào)整

該電廠原除鹽水監(jiān)測指標為二氧化硅≤20μg/L；電導率≤0.2μs/cm。這兩項監(jiān)測指標對于Ⅰ期除鹽水制備系統(tǒng)高速混床陰陽樹脂失衡、陽離子交換器樹脂氧化降解、反滲透漏氯等異常監(jiān)測效果差。因此，增加Ⅰ期除鹽水陽離子樹脂交換器出口、高速陰陽樹脂混床出口總有機碳離子TOCi≤400μg/L以及Na＋≤5μg/L的監(jiān)測指標。對于陰陽離子交換樹脂形式的除鹽水制備系統(tǒng)，可結(jié)合除鹽水TOCi及Na＋指標的變化，調(diào)整陰陽樹脂再生周期以及反滲透入口亞硫酸氫鈉還原劑加入量、確定陽離子交換器樹脂壽命[4]。

4 結(jié)論與建議

某電廠#1、#2機組爐水pH值堿性超標及電導率超標原因為熱網(wǎng)蒸汽換熱器泄漏，污染換熱器疏水，造成除氧器補水Na＋嚴重超標，引起爐水中生成大量游離氫氧化鈉。

為防止機組運行中爐水pH值酸性或堿性超標、電導率超標等水汽異常，建議增設(shè)給水水質(zhì)在線離子色譜儀，實現(xiàn)對陰離子Fe-、CL-、PO43-以及陽離子Na+的在線監(jiān)測及記錄，形成在線數(shù)據(jù)及歷史數(shù)據(jù)反映的各離子變化趨勢數(shù)據(jù)圖，并根據(jù)離子變化趨勢，提前采取相應(yīng)的干擾措施。