爐水氫導(dǎo)超標(biāo)的試驗(yàn)研究

常仁杰，吳貴德，張 進(jìn)，高 科，鄒 衢，韓國(guó)強(qiáng)

（華能丹東電廠，遼寧 丹東 118300）

爐水氫導(dǎo)超標(biāo)的試驗(yàn)研究

常仁杰，吳貴德，張 進(jìn)，高 科，鄒 衢，韓國(guó)強(qiáng)

（華能丹東電廠，遼寧 丹東 118300）

針對(duì)華能丹東電廠1號(hào)爐水氫導(dǎo)超標(biāo)，通過(guò)離子色譜分析、離子摩爾電導(dǎo)率核算，找出了磷酸根、硫酸根等雜質(zhì)含量高是1號(hào)爐水氫導(dǎo)超標(biāo)的原因，對(duì)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(dǎo)；氫氧化鈉；色譜儀；含鹽量；摩爾電導(dǎo)率

華能丹東電廠一期工程為Sargent＆Lμndy設(shè)計(jì)、整套引進(jìn)的2×350 MW機(jī)組，配套的化學(xué)監(jiān)督、處理設(shè)備分別由美國(guó)Johnson March、U.S. FILTER公司制造，于1998年底投入商業(yè)運(yùn)行。

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

水汽系統(tǒng)流程為：由鍋爐送出來(lái)的過(guò)熱蒸汽到汽輪機(jī)高壓缸做功后，返回再熱器；重新加熱后，又送回汽輪機(jī)中壓缸、低壓缸，做功后的乏汽排入凝汽器；凝結(jié)水由凝結(jié)水泵升壓經(jīng)4臺(tái)低壓加熱器初步加熱后送入除氧器，經(jīng)除氧后流入除氧器水箱；除氧后的低壓給水經(jīng)給水泵升壓后再經(jīng)3臺(tái)高加加熱后送入鍋爐，經(jīng)加熱蒸發(fā)、過(guò)熱器過(guò)熱后成為過(guò)熱蒸汽；形成循環(huán)。

為了保障熱力系統(tǒng)中的水、汽品質(zhì)，避免發(fā)生腐蝕、結(jié)垢、積鹽，需對(duì)水汽系統(tǒng)工質(zhì)進(jìn)行化學(xué)處理。亞臨界機(jī)組的化學(xué)處理點(diǎn)一般為凝結(jié)水、給水、爐水；給水系統(tǒng)使用氨調(diào)節(jié)pH，爐內(nèi)采用低磷酸鹽處理［1］。

1 存在的問(wèn)題

新頒化學(xué)監(jiān)督導(dǎo)則要求監(jiān)測(cè)爐水氫導(dǎo)，氫導(dǎo)表2014年5月30日投入后數(shù)值一直偏高，對(duì)2014年5月30日到12月6日l(shuí)號(hào)爐水氫導(dǎo)、電導(dǎo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，氫導(dǎo)平均值為4.04 μs／cm（標(biāo)準(zhǔn)為1.5 μs／cm），最高值達(dá)到12.16 μs／cm，合格率為零；電導(dǎo)平均值為9.03 μs／cm（標(biāo)準(zhǔn)為10 μs／cm），最高值達(dá)到19.36 μs／cm，這標(biāo)志著爐水含鹽量較高，將導(dǎo)致熱力設(shè)備水汽系統(tǒng)腐蝕、結(jié)垢、積鹽，嚴(yán)重時(shí)將影響鍋爐、汽輪機(jī)出力，甚至發(fā)生鍋爐爆管，影響機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行。

2 原因分析

2.1 摩爾電導(dǎo)率計(jì)算

2.1.1 摩爾電導(dǎo)率的概念

把含有1 mol電解質(zhì)的溶液置于相距1 m的2個(gè)平行電極之間溶液所具有的電導(dǎo)，稱為摩爾電導(dǎo)率。

式中 Md——摩爾電導(dǎo)率，10－4Sm2／mol；

k——電導(dǎo)率，μs／cm；

c——摩爾濃度，μmol／L。

2.1.2 摩爾電導(dǎo)率的推導(dǎo)

根據(jù)柯?tīng)杽谑┙Y(jié)論，在強(qiáng)電解質(zhì)中：

式中 Md∞——無(wú)限稀釋時(shí)的摩爾電導(dǎo)率或極限摩爾電導(dǎo)率，10－4Sm2／mol；

A——常數(shù)。

在鍋爐中，可將爐水近似為無(wú)限稀釋的溶液，當(dāng)c趨近于0時(shí)，可以認(rèn)為Md就是Md∞，根據(jù)Md＝k／c，可以推導(dǎo)得出：

2.2 核算爐水電導(dǎo)率

2014年7月23日，對(duì)1號(hào)爐水采用DX500離子色譜儀等儀器，依據(jù)GB／T 14642—2009等國(guó)標(biāo)，進(jìn)行雜質(zhì)分析，根據(jù)水質(zhì)分析數(shù)據(jù)，通過(guò)相關(guān)離子的摩爾電導(dǎo)率［2］，計(jì)算出爐水電導(dǎo)、氫導(dǎo)，見(jiàn)表1。

核算出的爐水電導(dǎo)為9.45 μs／cm，較實(shí)測(cè)值11.74 μs／cm低2.29 μs／cm；原因?yàn)閷?duì)爐水分析的項(xiàng)目并沒(méi)有涵蓋所有雜質(zhì)，但是漏查的雜質(zhì)，占比不大。

2.3 影響爐水氫導(dǎo)的因素

從表1爐水中各離子產(chǎn)生的電導(dǎo)占比可以看出，氨含量達(dá)到30%，不影響爐水氫導(dǎo)；氯離子、硫酸根、磷酸根占比都比較高，大部分超過(guò)20%；這些離子含量高是1號(hào)爐水氫導(dǎo)超標(biāo)的關(guān)鍵因素。

3 改進(jìn)措施

由于現(xiàn)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(shí)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(méi)有磷酸根，其它雜質(zhì)也會(huì)大幅降低；因此決定從2014年12月5日開(kāi)始，1號(hào)爐水改用氫氧化鈉處理。

同時(shí)由于是亞臨界汽包鍋爐，采用磷酸鹽處理爐水，在鍋爐高負(fù)荷時(shí)，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(xiàn)象，將導(dǎo)致水冷壁傳熱不良、爐內(nèi)產(chǎn)生游離氫氧化鈉，嚴(yán)重時(shí)可造成爆管事故［3］，因此，采用氫氧化鈉處理，可以同時(shí)減輕“磷酸鹽隱藏”現(xiàn)象。

3.1 可行性分析

表1 1號(hào)爐水電導(dǎo)核算

1號(hào)鍋爐熱負(fù)荷分配均勻，水循環(huán)良好，水冷壁垢量小于150 g／m2，給水氫導(dǎo)小于0.2 μs／cm，水冷壁沒(méi)有孔狀腐蝕，符合氫氧化鈉處理?xiàng)l件。

3.2 實(shí)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(yīng)生成鐵的羥基絡(luò)合物，使金屬表面形成致密的保護(hù)膜，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬基體的保護(hù)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(dǎo)超標(biāo)的同時(shí)，還可以減輕包括過(guò)熱器、汽輪機(jī)在內(nèi)的蒸氣通流系統(tǒng)的腐蝕、積鹽［5］。具體實(shí)施方案如下。

a.將2臺(tái)磷酸鹽溶藥箱隔離，1臺(tái)用于磷酸鹽溶藥，另1臺(tái)用于氫氧化鈉溶藥。

b.每臺(tái)磷酸鹽溶藥箱溶磷酸鹽5 kg，每臺(tái)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(nèi)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(jī)組啟動(dòng)時(shí)，爐水采用低磷酸鹽處理；給水氫導(dǎo)低于0.15 μs／cm、水汽品質(zhì)正常后，采用氫氧化鈉。

e.在機(jī)組水汽品質(zhì)異常時(shí)，恢復(fù)爐水低磷酸鹽處理。

3.3 達(dá)到的爐水控制指標(biāo)

根據(jù)《汽包鍋爐爐水氫氧化鈉處理導(dǎo)則》確定爐水控制指標(biāo)，見(jiàn)表2。

表2 爐水控制指標(biāo)

4 實(shí)施效果

4.1 爐水氫導(dǎo)、電導(dǎo)都達(dá)到部頒指標(biāo)

對(duì)2014年7月1日到2015年4月7日間l號(hào)爐水氫導(dǎo)、電導(dǎo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，做出1號(hào)爐水氫導(dǎo)、電導(dǎo)趨勢(shì)圖（見(jiàn)圖1），可以看出：從12月5日開(kāi)始對(duì)1號(hào)爐水實(shí)施氫氧化鈉處理方案，到12月13日，爐水氫導(dǎo)就達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 爐水氫導(dǎo)、電導(dǎo)對(duì)比

圖1 1號(hào)爐電導(dǎo)、氫導(dǎo)趨勢(shì)圖

對(duì)爐水處理方式改進(jìn)前的2014年7月1日到12月5日之間和改進(jìn)后的2014年12月13日到2015年4月7日之間的爐水電導(dǎo)、氫導(dǎo)的有關(guān)數(shù)據(jù)分別統(tǒng)計(jì)，見(jiàn)表3，可以看出電導(dǎo)平均值為7.08 μs／cm（標(biāo)準(zhǔn)為10 μs／cm），合格率都達(dá)到100%；氫導(dǎo)平均值下降到0.60 μs／cm，下降幅度達(dá)到80.26%，合格率達(dá)到100%。

4.3 爐水雜質(zhì)含量大幅下降

對(duì)爐水處理方式改進(jìn)前后的2014年7月23日和2015年3月24日2次爐水查定的數(shù)據(jù)做出分析（見(jiàn)表4），可以看出，氯離子、硫酸根、鈉離子等雜質(zhì)含量大幅下降，爐水含鹽量下降幅度達(dá)到92.98%。

表3 氫氧化鈉處理前后爐水電導(dǎo)、氫導(dǎo)對(duì)比表

表4 氫氧化鈉處理爐水雜質(zhì)含量對(duì)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(hào)機(jī)組發(fā)電量為7.170 9億kWh，氫氧化鈉用量1 096.8 g，則每?jī)|kWh電耗NaOH 152.95 g；年發(fā)電量按30億kWh計(jì)算，年NaOH用量為4 588.56 g，年費(fèi)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(fèi)用1 920元，費(fèi)用下降9成。

5.2 安全指數(shù)提升

優(yōu)化爐水指標(biāo)，降低爐水含鹽量，減少蒸汽通流系統(tǒng)積鹽，減緩熱力設(shè)備水汽系統(tǒng)腐蝕，降低結(jié)垢速率，避免因?yàn)闋t水氫導(dǎo)、電導(dǎo)超標(biāo)而發(fā)生鍋爐爆管；使?fàn)t水電導(dǎo)、氫導(dǎo)同步達(dá)到部頒標(biāo)準(zhǔn)，使水汽品質(zhì)合格率達(dá)到一流電廠的指標(biāo)。

5.3 隱形經(jīng)濟(jì)效益

如果因?yàn)闋t水含鹽量高及氫導(dǎo)、電導(dǎo)超標(biāo)，而發(fā)生鍋爐爆管導(dǎo)致機(jī)組停運(yùn)，恢復(fù)按10天、每天損失電量600×104kWh、電價(jià)0.40元／kWh計(jì)算，將損失2 400萬(wàn)元。

6 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)1號(hào)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(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，pH在9.02～9.6，平均值為9.39，按照低磷酸鹽處理標(biāo)準(zhǔn)（9.0～9.7）衡量，合格率為100%；按照氫氧化鈉處理標(biāo)準(zhǔn)（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(duì)1號(hào)爐水采用氫氧化鈉處理較低磷酸鹽處理，控制標(biāo)準(zhǔn)由“9.0～9.7”縮小到“9.2～9.5”，標(biāo)準(zhǔn)范圍由0.7縮小到0.3，范圍變窄，爐水pH對(duì)氫氧化鈉又比較敏感；而爐水加藥處理又是手動(dòng)控制，因此，爐水加藥方式應(yīng)實(shí)現(xiàn)依據(jù)爐水pH自動(dòng)控制，pH就會(huì)得到很好的控制。

［1］吳貴德，黃 飛，王顯昌.亞臨界機(jī)組水處理設(shè)備與化學(xué)監(jiān)督［J］.東北電力技術(shù)，2003，24（6）：11－13.

［2］華萊士（Wallace，H.G.），斯塔克（Stark，J.G.）.化學(xué)數(shù)據(jù)手冊(cè)［M］.北京：烴加工出版社，1986.

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

［4］DL／T 805.3—2013，火電廠汽水化學(xué)導(dǎo)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(shù)應(yīng)用［J］.電力科學(xué)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(xué)士，高級(jí)工程師，從事火力發(fā)電廠管理工作。

2015－10－11）