姚新明，趙永國，張新國，焦俊杰

（國家能源菏澤發(fā)電有限公司，山東 菏澤 274032）

0 引言

隨著我國能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，火電行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)越來越大?；痣娖髽I(yè)需要不斷創(chuàng)新技術(shù)，進行疏水回收、城區(qū)供暖等改造［1］，以降低發(fā)電煤耗率和水耗率，最大限度控制成本。本文分析了火電廠高濃縮倍率循環(huán)水運行模式對冷卻設備安全狀態(tài)的影響，以及如何實現(xiàn)循環(huán)水節(jié)水與循環(huán)水設備安全的雙贏，探討了冷卻設備的多發(fā)缺陷；從全膜法處理循環(huán)水的再利用角度分析循環(huán)水清潔工程的深遠意義；指出火電廠需合理利用新的水處理技術(shù)以做好循環(huán)水的清潔工程，實現(xiàn)低成本用水。

1 火電廠循環(huán)水節(jié)水與設備安全的影響因素

1.1 循環(huán)水高濃縮倍率運行模式對冷卻設備安全的影響

火電廠節(jié)水的重點是減少循環(huán)冷卻水系統(tǒng)補水量，減少循環(huán)水系統(tǒng)排污，提高循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的濃縮倍率。高鹽分循環(huán)水會加快對管道的腐蝕，從而影響管道、換熱器運行的安全狀態(tài)。從檢修情況來看，不少電廠的循環(huán)水管道內(nèi)壁已經(jīng)銹蝕嚴重。目前大部分300 MW機組的服役時間大約為15～25年，火電機組冷卻水系統(tǒng)的大部分管道需更新?lián)Q代。

1.1.1 機組啟停頻次對管道泄漏率的影響

隨著競價上網(wǎng)的推行，發(fā)電企業(yè)之間競爭激烈。由于電力市場需求變化較大，600 MW以下火電機組月平均調(diào)停備用的次數(shù)和頻次變多。從節(jié)水方面考慮，整個循環(huán)冷卻水系統(tǒng)停運后管道內(nèi)的水一般不會排放。由于機組停機備用時間不確定，管道內(nèi)的高濃縮倍率循環(huán)水會形成“死水”區(qū)，水中溶氧與管道內(nèi)壁金屬充分接觸，加之管道彎頭區(qū)域殘存的微生物，整個循環(huán)冷卻水系統(tǒng)管道的電化學腐蝕和生化腐蝕速度加快。機組再次啟動后，管道內(nèi)壁的銹蝕點受到高速流動的循環(huán)水沖擊，內(nèi)壁上新形成的金屬氧化層便會脫落。

火電機組停機、開機頻次增加，循環(huán)水由靜止到高速流動沖壓次數(shù)成倍增加，管道內(nèi)壁腐蝕點使管壁減薄，進而造成管壁腐蝕穿孔，引起循環(huán)水管道外漏、各輔機換熱器內(nèi)漏［2］。這會使得循環(huán)冷卻水系統(tǒng)管道和冷卻器處于危險狀態(tài)，縮短了冷卻水設備的使用壽命。使用周期縮短的管道和冷卻器需要進行更換，使發(fā)電用水成本上升。

1.1.2 中水不合格加快管道腐蝕

中水價格便宜，用水成本低，節(jié)水效果明顯［3］，因此許多電廠設有中水回用項目。但是，使用中水存在風險，中水處理不好，外來中水的氨氮、COD（Chemical Oxygen Demand，簡稱COD）指標超標，菌藻類、異氧菌數(shù)、糞大腸菌群等進入冷卻設備，引起機組備用期間管道內(nèi)循環(huán)水快速生化腐蝕，腐蝕嚴重的管道外漏會中斷發(fā)電。因此，中水水質(zhì)監(jiān)測和處理工藝必須配有嚴格、科學有效的管理模式；加大對中水再處理設備的投資、維護力度；建立相關的中水水質(zhì)應急預案等［4］。

循環(huán)水低濃縮倍率運行模式對冷卻設備安全的影響并不明顯，高濃縮倍率運行模式對冷卻設備安全狀態(tài)存在威脅，故很多電廠循環(huán)水管道和閥門存在嚴重的腐蝕?；痣娖髽I(yè)對節(jié)水運行和冷卻設備安全都要重視，在節(jié)約水資源的同時，延長冷卻設備使用壽命，實現(xiàn)高效節(jié)水和冷卻設備安全的雙贏。

1.2 循環(huán)水高濃縮倍率下影響冷卻設備安全的因素

火電廠高濃縮倍率循環(huán)水的水質(zhì)復雜，監(jiān)測、調(diào)整方式單一，難以治理且見效慢。循環(huán)水治理不當，會影響機組真空、設備壽命和系統(tǒng)安全。因此，預控、調(diào)整、投入是實現(xiàn)火電廠節(jié)水及安全雙贏的3個主要方面［5］。

1.2.1 預控分析不足

高濃縮倍率循環(huán)水鹽分多、回水水質(zhì)不合格、停開機“死水”腐蝕，這3種情況同時存在會導致發(fā)電中斷。例如，某電廠發(fā)生過氫氣冷卻器腐蝕穿孔的重大缺陷，換熱器內(nèi)漏，大量的氫氣進入氫氣冷卻水中，從查找漏氫點到判定氫氣冷卻器泄漏，再到更換氫氣冷卻器，使機組發(fā)電成本增加。這種現(xiàn)象反映出電廠對循環(huán)水出現(xiàn)問題的管段沒有進行預控分析?，F(xiàn)有的水質(zhì)分析包括測試CL-1含量、pH值、堿度、硬度等，項目單一、不完善，不利于掌握循環(huán)水動態(tài)情況，不能準確監(jiān)控循環(huán)水系統(tǒng)運行狀況。

1.2.2 在線監(jiān)測儀器少

火電廠循環(huán)水由“冷”態(tài)到“熱”態(tài)，有快速水區(qū)（凝汽器），有慢速水區(qū)，有水壓揚程的中間點，有水壓揚程的最高點（氫氣冷卻器）。如果循環(huán)水回水管中溫升低、流速慢，說明此冷卻器內(nèi)部存在污堵或內(nèi)漏、回水閥門閥芯被泥黏住、管道彎頭污堵等，需正確、快速判斷出現(xiàn)問題的位置及原因，不能到停機時才進行判斷、檢修。安裝水質(zhì)在線分析裝置，為水質(zhì)監(jiān)測提供支撐。

1.2.3 循環(huán)水處理投入少

節(jié)水要環(huán)保也要經(jīng)濟。過度節(jié)水有可能導致水質(zhì)變差，引起管道泄漏甚至更換換熱器。用水思路要與時俱進，增加預先分析控制的投入，加強對水質(zhì)濁度、COD的監(jiān)測，預測管道和換熱器運行狀態(tài)，以及設備的優(yōu)化調(diào)整切換方式，最大限度減少設備泄漏，延長設備壽命［6］。

2 火電廠循環(huán)冷卻水設備多發(fā)缺陷分析

2.1 發(fā)電機氫氣冷卻器管道振動大

發(fā)電機氫氣冷卻器管道振動大，可能源于發(fā)電機運行時外殼罩振動，也可能源于冷卻水管內(nèi)的水流帶來的振動。濃縮倍率過高的循環(huán)水鹽分多，回水水質(zhì)不合格，停開機“死水”腐蝕。當氫氣冷卻器冷卻水源為開式循環(huán)水，水流經(jīng)發(fā)電機氫冷器時，已達到開式泵最大揚程。停機期間水平放置的氫氣冷卻器中存水及中水含有的菌藻類、氧氣會腐蝕其管道，產(chǎn)生管道漏點；經(jīng)過數(shù)次停機后，管道內(nèi)壁出現(xiàn)泥垢，垢物引起壓力表堵塞［7］。

2.2 開式循環(huán)冷卻水聯(lián)絡管道漏點多

相鄰機組間通常會設置開式水聯(lián)絡管道，一般通過地埋和高空管道連接兩臺機組，以在特殊情況下聯(lián)絡使用。兩臺機組的聯(lián)絡閥門經(jīng)?？y以啟閉，閥芯與閥體密封面結(jié)垢嚴重，出現(xiàn)垢下腐蝕；閥門幾次開關后會出現(xiàn)內(nèi)漏，內(nèi)漏水長期在聯(lián)絡管道慢流，其中的溶氧與管道內(nèi)壁發(fā)生化學反應，引起漏點蔓延。地埋管道漏點多為循環(huán)水浸泡性生化腐蝕，高空管道（頂部、側(cè)面）漏點多為在潮濕狀態(tài)下吸氧電化學腐蝕。

2.3 冷卻器的冷端與熱端之間管道漏點多

機組低負荷時，通常油換熱器調(diào)整為一運行一備用，將備用的循環(huán)水進水門關閉。由于油換熱器底部相通，備用側(cè)油溫較高，備用循環(huán)水進水門（處于關閉狀態(tài)）至備用油換熱器之間形成悶燒區(qū)域，高鹽分的循環(huán)水在此區(qū)域富集濃縮，循環(huán)水管道上產(chǎn)生大量鹽垢；油換熱器內(nèi)的水冷卻細管上也會出現(xiàn)大量鹽垢［8］。鹽垢使換熱器換熱效率下降，局部高溫，形成漏點。

2.4 開式水至機組冷油器管道漏點多

部分電廠開式循環(huán)水至機組冷油器冷卻水管道安裝在機房空中，一旦開式水泵停運，這一段管道中的循環(huán)水管道因潮濕性吸氧電化學腐蝕形成漏點。

2.5 開式水用戶的調(diào)節(jié)門旁路管道漏點多

開式循環(huán)水各用戶的回水側(cè)一般安裝前截門、調(diào)節(jié)門、后截門、旁路門和旁路管道。正常使用調(diào)節(jié)門控制完成熱交換的“熱”循環(huán)水回至水塔，旁路門全關，管道形成“死水”區(qū)。假設10 min前關閉后截門，帶有熱量的循環(huán)水停止流動，主、旁路管道接收到同等熱量的循環(huán)水能量沖擊；10 min后打開后截門，主管道熱量會迅速散失，但旁路管道內(nèi)依然為“死水”區(qū)，水發(fā)生微弱的熱交換，慢性預熱能量持續(xù)沖擊這段管道，長久承受余熱危害，造成旁路管道溫度總是比主管道高，熱量無法與外界交換，管道內(nèi)循環(huán)水流動黏度和溫度變化不斷剝離表面金屬結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生漏點［9］。

3 循環(huán)水系統(tǒng)中設備安全與節(jié)水控制

3.1 提升循環(huán)水系統(tǒng)中設備安全性的建議

循環(huán)水在高濃縮倍率條件下，提升循環(huán)水系統(tǒng)中設備安全性的建議如下：

1）氫氣冷卻器進、回水側(cè)安裝濁度儀、pH值表計、大量程Na表、COD在線表用以分析循環(huán)水水質(zhì)。

2）循環(huán)水各用戶旁路門上加裝小旁路管道，保證循環(huán)水流經(jīng)旁路時散熱。

3）鄰機循環(huán)水聯(lián)絡門加裝小旁路管道，保證管道處于長流水狀態(tài)。

4）循環(huán)水管道與法蘭焊接時保證滿焊，防止循環(huán)水對焊縫腐蝕缺口處形成閉塞電池。

5）循環(huán)水監(jiān)測引入先進的在線儀表分析濃縮倍率，方便及時調(diào)整水質(zhì)，排污補水。

6）使用中水要慎重。在河水與中水價格相差不大的前提下，沒有配備電廠中水島的情況禁止將中水引入冷卻塔。

7）循環(huán)水與各換熱器之間進水門前后安裝小旁路，防止換熱器備用期間進水側(cè)管道與換熱器內(nèi)部水管道出現(xiàn)“悶燒”現(xiàn)象。

8）運用好物理方法處理循環(huán)水，例如安裝極化裝置，減少阻垢緩蝕劑的使用量［10］。

3.2 火電廠循環(huán)水清潔工程方案

循環(huán)水清潔工程包括循環(huán)水的凈化、軟化和殺菌。

3.2.1 各類進入循環(huán)水水塔的水源清潔控制

1）如果長期使用河水等地表水，只做常規(guī)日常監(jiān)測即可。

2）對入廠的中水等加強控制。假設電廠和中水廠之間的距離為5～10 km，連接中水的管道長度也為5～10 km，管段中間會有彎頭，存在管道阻力，其一造成入廠后中水母管壓力降低，中水母管會混入空氣而腐蝕管道；其二中水廠至電廠的閥門不嚴密（受到中水污蝕）或者中水不使用期間，中水母管內(nèi)會有斷水層，使管道腐蝕；其三中水廠若進行檢修，再次投運后雖然中水廠出水化驗合格，但中水廠至電廠之間的母管中的污物無法清洗，會直接攜帶毒性水質(zhì)進入電廠水塔。嚴重時會有大量鐵銹和微生物菌群進入水塔，腐蝕循環(huán)水管壁、換熱器內(nèi)壁、閥門閥芯密封面、管道法蘭焊縫、法蘭墊片等。因此，應加強對中水、處理過的污水、熱疏水的入水監(jiān)測。

3）清潔方案。沒有建設中水島的電廠應放棄使用中水，從根源上降低循環(huán)水系統(tǒng)中微生物的含量。有中水島的電廠應加強對中水的監(jiān)控，保證循環(huán)水水質(zhì)，并與中水廠協(xié)商解決兩地之間管道污染的問題，要保證中水出廠水質(zhì)持久合格［11］。

3.2.2 循環(huán)水系統(tǒng)運行時水質(zhì)異常的清潔控制

1）使用新型阻垢劑，基本可保證凝汽器換熱管道不發(fā)生腐蝕結(jié)垢的情況。

2）循環(huán)水管道支管段經(jīng)常有異常發(fā)生，主要表現(xiàn)為腐蝕穿孔問題：一是水平布置的高空或地埋的小口徑管道有漏點；二是氫氣冷卻器回水細口徑管道有漏點、法蘭焊縫腐蝕。

由于大部分循環(huán)水取樣監(jiān)測主要以“濃縮倍率”指標為主，在凝汽器循環(huán)水回水母管上設一個取樣點，并同時監(jiān)測堿度、COD、pH值等，基本上不在開式水泵至各個輔機換熱器之間管段、各輔機回水調(diào)門之前的管段上增設測點。

3）清潔方案。一旦發(fā)現(xiàn)循環(huán)水支管段存在發(fā)生危險狀態(tài)的趨勢，漏點變多，法蘭焊縫有漏點，閥門卡澀嚴重，必須立即實施進、回水支管段的監(jiān)測方案并長期執(zhí)行。通過化學監(jiān)測分析出內(nèi)部存在泥垢的冷卻器，停機時進行拆除清洗，在沒發(fā)生腐蝕穿透之前恢復冷卻器換熱效率。將濁度和COD等指標引入循環(huán)水回水支管段的監(jiān)測，也可在循環(huán)水進水支管段安裝微型極化裝置起到殺菌的作用。

3.2.3 系統(tǒng)停運時的保護

目前，火電機組調(diào)停次數(shù)多給電廠化學技術(shù)人員帶來新的挑戰(zhàn)，因為“流水不腐，戶樞不蠹”，循環(huán)水系統(tǒng)停運的保護措施變得至關重要，有水有氧氣在管道內(nèi)就會慢性腐蝕。每個電廠的情況不同，換熱器運行切換方式不同，沒有固定的清潔方案，這也是循環(huán)水治理的最大難點。流動的循環(huán)水可以進行換水保證水質(zhì)，但停運循環(huán)水的放或留是未來循環(huán)水治理的重點。

4 結(jié)語

火電廠節(jié)水要結(jié)合設備使用情況，尋找最優(yōu)用水方式。堅持運用先進的分析儀器、科學的思路和有效的控制方式，提高用水效率。節(jié)能與設備安全方面，要開拓思維，對設備進行風險預控分析，保證設備運行的可靠性。做好循環(huán)水清潔工程，電廠間互相學習借鑒，交流循環(huán)水節(jié)水和檢修技術(shù)，創(chuàng)新化學監(jiān)督技術(shù)，進一步降低電廠用水成本。