熱電廠鍋爐爐水二氧化硅超標(biāo)原因分析及對(duì)策

李 哲

（中海石油華鶴煤化有限公司，黑龍江鶴崗 154100）

0 引言

一般鍋爐內(nèi)爐水SiO2（二氧化硅）超標(biāo)，便會(huì)導(dǎo)致蒸汽品質(zhì)發(fā)生變化，并且使得鍋爐的爐管內(nèi)出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象。爐管在結(jié)垢之后就會(huì)使得鍋爐的熱效率下降，如果結(jié)垢現(xiàn)象較為嚴(yán)重時(shí)，還會(huì)導(dǎo)致?tīng)t管金屬熱量過(guò)高，引起鍋爐熱鼓泡、變形、開(kāi)裂乃至爆炸等安全事故，嚴(yán)重威脅熱電廠的安全生產(chǎn)作業(yè)。因此在鍋爐投入使用時(shí)必須要嚴(yán)格將爐水SiO2含量控制在適宜范圍內(nèi)。

1 設(shè)備概況

華鶴公司的熱電站中安裝了3 臺(tái)鍋爐和除氧器、1 臺(tái)發(fā)電機(jī)組以及4 臺(tái)給水泵等設(shè)施設(shè)備。其中3 臺(tái)鍋爐都是使用煤炭作為主要燃料，并且有一臺(tái)混合使用液氮洗廢燃料氣。鍋爐整體結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)為島式、周身封閉、整體由鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)成，鍋爐頂部設(shè)為輕式鋼屋蓋，并采取支吊結(jié)合的方法來(lái)予以固定，爐體運(yùn)轉(zhuǎn)層高度為8 m。

設(shè)計(jì)方面采取單鍋筒自然循環(huán)、集中下降管、平衡通風(fēng)、單爐膛、水冷式旋風(fēng)氣固分離器、三級(jí)過(guò)熱器、三級(jí)省煤器、循環(huán)流化床燃燒方式，在鍋爐內(nèi)部與后煙井之中都有設(shè)置受熱面，過(guò)熱器采取兩級(jí)噴水實(shí)現(xiàn)對(duì)蒸汽溫度的調(diào)控，除渣使用水冷滾筒型降溫設(shè)備。

運(yùn)作流程：熱電站外部原水進(jìn)入站內(nèi)之后，通過(guò)絮凝沉淀和過(guò)濾通入至生產(chǎn)消防水池中，再通過(guò)高壓泵送至脫鹽水活性炭過(guò)濾器內(nèi)，其后經(jīng)過(guò)陽(yáng)床、除炭器、陰床、混床、脫鹽水箱、脫鹽水泵等設(shè)備處理后進(jìn)入鍋爐。

2 爐水SiO2超標(biāo)原因分析

2.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

問(wèn)題發(fā)生后首先需要對(duì)蒸汽水實(shí)行全方位的檢查，排查是否因?yàn)槟鞴收纤?，如果凝汽器能夠正常運(yùn)作并不存在泄漏問(wèn)題，則需對(duì)鍋爐定期與連續(xù)排污體系實(shí)行系統(tǒng)性的檢查，若經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)連排并無(wú)故障，則可排除排污體系已經(jīng)受損的可能性。在此狀況下，如果觀察爐水中SiO2含量仍然過(guò)高，則需要通過(guò)跟蹤實(shí)驗(yàn)來(lái)對(duì)給水、蒸汽水以及爐水除鹽水實(shí)行有效檢查，如果發(fā)現(xiàn)給水中的SiO2含量高于20 μg/L 即屬于超標(biāo)[1]。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)檢查情況

2.2.1 鍋爐排污情況

對(duì)11 月鍋爐蒸汽水?dāng)?shù)據(jù)指標(biāo)進(jìn)行分析，并每隔3 h 取樣進(jìn)行一次監(jiān)測(cè)化驗(yàn)。結(jié)果顯示，從24 日至次月2 日，爐水中硅含量超標(biāo)。其中1#、3#爐每個(gè)班次定排兩次，2#爐為3 次，連排的3臺(tái)爐均處于開(kāi)啟狀態(tài)。在用水方面，1#、3#爐平均每天多使用1100～1200 t 的水，2#爐每天多使用約1600 t，使SiO2含量被限制在2 mg/L 范圍內(nèi)。

2.2.2 原水預(yù)處理運(yùn)行情況

對(duì)斜管澄清池與加藥系統(tǒng)的運(yùn)作狀況加以查看得知，斜管澄清池?zé)o法正常運(yùn)作，排出的水體十分渾濁，經(jīng)過(guò)未記錄下出水渾濁度的相關(guān)數(shù)據(jù)，但經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)要分析可判定兩座澄清池出水質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，沒(méi)有對(duì)原水發(fā)揮應(yīng)有的絮凝與澄清作用。接著對(duì)其加藥與排泥系統(tǒng)實(shí)行檢查，發(fā)現(xiàn)部分加藥管有堵塞問(wèn)題且加藥量過(guò)少，排泥閥長(zhǎng)時(shí)間處于閉合狀態(tài)[2]。

2.2.3 凝汽器泄漏情況

查看凝汽器檢漏設(shè)備運(yùn)作信息，并未發(fā)覺(jué)異常，其中凝結(jié)水與給水硬度均符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，凝汽器沒(méi)有存在泄漏問(wèn)題。

2.3 超標(biāo)原因分析

2.3.1 原水預(yù)處理出水不合格

此問(wèn)題是導(dǎo)致該次爐水硅含量異常的主要原因。由于原水內(nèi)的膠體硅顆粒表面積較大而帶有較強(qiáng)的表面活性，容易吸附大量結(jié)構(gòu)接近的分子或是離子而帶有電荷。膠體硅在帶電之后會(huì)因?yàn)楸舜酥g的斥力而形成膠體穩(wěn)定性，以此均勻的分布于水體之中。在絮凝澄清環(huán)節(jié)處理不當(dāng)或是脫鹽水中活性炭活性不佳、反應(yīng)強(qiáng)度較弱的情況下，許多膠體硅便容易通過(guò)無(wú)膜脫鹽水系統(tǒng)進(jìn)入至爐水中，再在高溫、高壓、高堿性環(huán)境下被分解成活性硅，影響爐水品質(zhì)。同時(shí)當(dāng)脫鹽水樹(shù)脂發(fā)生了輕微泄漏時(shí)，也會(huì)使得膠體硅受到污染，樹(shù)脂顆粒上便會(huì)攜帶一定的膠體硅而進(jìn)入爐水中。當(dāng)爐水品質(zhì)污染至一定程度以后，SiO2便會(huì)通過(guò)機(jī)械或是溶解攜帶的方式進(jìn)入蒸汽中，讓蒸汽品質(zhì)下降。機(jī)組若是屬于直流爐，則蒸汽品質(zhì)會(huì)以更快的速度不斷惡化，對(duì)鍋爐運(yùn)行的安全影響更嚴(yán)重，鍋爐會(huì)面臨更大的管道爆裂風(fēng)險(xiǎn)[3]。

2.3.2 鍋爐排污力度不夠

當(dāng)鍋爐爐水中硅含量過(guò)高時(shí)，為了盡量防止蒸汽中的SiO2也一同超標(biāo)，需要提高鍋爐排污量從而降低硅元素的濃縮速率。不過(guò)由現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果發(fā)現(xiàn)，即便在爐水SiO2過(guò)高的基礎(chǔ)下，鍋爐也并未提升排污量，所以也就沒(méi)能有效地控制爐水內(nèi)硅含量的不斷增高[4]。

3 解決措施

3.1 加強(qiáng)工業(yè)水絮凝沉淀處理

絮凝沉淀池運(yùn)作原理：通過(guò)添加絮凝劑從而讓水體之中無(wú)法自然沉淀的膠體物質(zhì)與體積微小的懸浮物體聚集形成體積更大的顆粒，讓其能夠和水有效分離。該流程的關(guān)鍵之處為對(duì)膠體物質(zhì)的穩(wěn)定性加以破壞，讓其間的穩(wěn)定性下降而重新凝聚。池內(nèi)的絮凝效果主要取決于絮凝劑的投放量，投放量過(guò)低時(shí)便會(huì)導(dǎo)致礬花的形成過(guò)少，則無(wú)法有效讓膠體脫穩(wěn)、重凝，就會(huì)導(dǎo)致池中水呈現(xiàn)為渾濁狀態(tài)，無(wú)法取得理想的泥水分離效果，對(duì)于膠體和懸浮物體的分離效果較差。而當(dāng)絮凝劑的投放量過(guò)多時(shí)，既浪費(fèi)絮凝劑，同時(shí)還會(huì)使得出水水質(zhì)較差，礬花會(huì)在絮凝池的尾端便發(fā)生泥水分離，同時(shí)礬花在水力攪拌之下逐漸分散開(kāi)來(lái)，使得沉淀池出水中會(huì)附帶較多礬花，導(dǎo)致出水渾濁[5]。

在原水水質(zhì)與先前不一致時(shí)，可以采取燒杯攪拌試驗(yàn)來(lái)明確絮凝劑的最佳使用量，以此來(lái)對(duì)沉淀池中絮凝劑投放量作出合理調(diào)整，取得良好的沉淀效果，最大程度的分離原水內(nèi)的膠體與懸浮物質(zhì)。將絮凝劑投放量設(shè)定為5 mg/L、10 mg/L、15 mg/L等3 個(gè)梯度，通過(guò)試驗(yàn)得出工業(yè)水與化學(xué)水中的總硅含量（表1）。據(jù)此可知，最佳投放量為10 mg/L，且此時(shí)工業(yè)水經(jīng)過(guò)絮凝劑處理之后總硅含量為8.5 mg/L，出水中基本不再含有非活性硅，所殘留的主要是活性硅；而化學(xué)水經(jīng)過(guò)絮凝劑處理之后總硅含量為8.9 μg/L，能夠滿(mǎn)足鍋爐給水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

表1 PAC 絮凝劑投加記錄

3.2 將化學(xué)水SiO2 分析項(xiàng)目變更為總硅

SiO2能夠憑借對(duì)化學(xué)水中的活性硅含量進(jìn)行檢測(cè)測(cè)得，通過(guò)對(duì)總硅含量的檢測(cè)能夠及時(shí)了解化學(xué)水中總硅變動(dòng)狀況，在發(fā)現(xiàn)超標(biāo)情況時(shí)及時(shí)調(diào)整絮凝劑投放量，能夠有效避免鍋爐由于化學(xué)水總硅含量過(guò)高而引發(fā)爐水硅含量異常，確保鍋爐能夠平穩(wěn)、安全的運(yùn)作。

3.3 降低SiO2 含量的措施

（1）定期對(duì)設(shè)備開(kāi)展調(diào)整實(shí)驗(yàn)，提高凝聚劑的使用量，在選取生水時(shí)應(yīng)當(dāng)先進(jìn)行嚴(yán)格的檢測(cè)，并且加熱器投入需要增加。

（2）排污次數(shù)應(yīng)當(dāng)調(diào)整提高，以及連續(xù)排污門(mén)開(kāi)啟幅度要增大，沉淀池需要按期清理水處理系統(tǒng)中殘余在離子交換設(shè)備中的沉淀物質(zhì)。

（3）強(qiáng)化對(duì)水蒸氣的監(jiān)督，提高化驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)檢查次數(shù)，提高對(duì)系統(tǒng)的鑒定頻率，保證及時(shí)了解生水水質(zhì)情況，針對(duì)生水總硅含量實(shí)行全面、有效且嚴(yán)格的分析。

（4）增加對(duì)每一系列離子交換床的反洗，以此防止泥沙對(duì)水質(zhì)造成影響。

（5）一年之中冬季的膠體硅含量普遍較高，因此在冬季務(wù)必要嚴(yán)格防范硅含量超標(biāo)問(wèn)題，確保所有處理系統(tǒng)都能夠正常運(yùn)作，防止除鹽系統(tǒng)被硅污染，保障沉淀池處于正常運(yùn)作狀態(tài)，尤其要注意將陰床出水中的SiO2含量控制在50 μg/L 以下。

3.4 加大鍋爐排污

一旦發(fā)現(xiàn)鍋爐爐水中的SiO2含量超標(biāo)，就應(yīng)最大程度地提高鍋爐排污量，以此來(lái)降低爐水中SiO2濃度，使得蒸汽品質(zhì)不會(huì)因此而受到影響。

3.5 補(bǔ)給水系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整

針對(duì)原水預(yù)處理、除鹽水等系統(tǒng)實(shí)行優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，明確系統(tǒng)的最佳運(yùn)作控制參數(shù)，尤其是要多加注意分析得出降低出水中SiO2含量的條件與系統(tǒng)內(nèi)各處SiO2含量變動(dòng)的內(nèi)在規(guī)律。

4 結(jié)束語(yǔ)

熱電廠鍋爐爐水SiO2含量過(guò)高會(huì)對(duì)蒸汽品質(zhì)造成較大影響，因此在日常生產(chǎn)作業(yè)之中要格外注意，對(duì)SiO2含量實(shí)行嚴(yán)格把控。若是發(fā)生SiO2含量超標(biāo)問(wèn)題時(shí)，應(yīng)當(dāng)立刻加以排查，并針對(duì)問(wèn)題源頭采取有效措施進(jìn)行處理。