淺談水泥余熱電站在線化學儀表的配置

王國彬，賴鐵鋼

1 引言

水泥余熱電站由于水汽參數(shù)低、裝機容量小、投資等方面的因素，早期建設(shè)的余熱電站大多沒有配套在線化學儀表，電站化學監(jiān)督主要采用傳統(tǒng)的手工取樣分析方式進行。近幾年部分早期投運的余熱電站頻繁出現(xiàn)熱力設(shè)備結(jié)垢、腐蝕現(xiàn)象,甚至出現(xiàn)鍋爐爆管狀況，大大降低了電站設(shè)備的使用效率，增加了檢修的費用。主要原因是電站化學監(jiān)督工作不力，尤其缺少有效的化學監(jiān)督監(jiān)測手段對水汽品質(zhì)進行及時、有效的監(jiān)控。根據(jù)余熱電站的特點，為余熱電站合理選擇配置在線化學儀表，加強電站化學監(jiān)督管理已成為降低運行成本，提高電站運轉(zhuǎn)率及運行管理水平的重要手段。

越南Holcim水泥工廠位于越南南部堅江省紅沖縣，2011年由中材節(jié)能股份公司以EP方式利用該水泥熟料生產(chǎn)線窯尾預(yù)熱器以及窯頭熟料冷卻機排出的廢氣回收余熱，建設(shè)了裝機1×7.5MW余熱電站。電站設(shè)備配套為1臺7.5MW凝汽式機組、一臺AQC鍋爐和1臺SP鍋爐。電站于2012年5月開始調(diào)試，8月正式并網(wǎng)發(fā)電。電站化學監(jiān)督配置有在線監(jiān)測系統(tǒng)。本文結(jié)合越南Holcim電站化學監(jiān)測系統(tǒng)配置儀表的合理性分析，總結(jié)了在線化學儀表配套經(jīng)驗，為今后水泥余熱電站合理選擇配置在線化學儀表提供借鑒。

2 越南Holcim余熱電站在線化學儀表配置

越南Holcim余熱電站熱力系統(tǒng)由AQC鍋爐、SP鍋爐和汽輪發(fā)電機組水汽系統(tǒng)組成，電站化學監(jiān)督主要監(jiān)測鍋爐給水、鍋爐爐水、機組凝結(jié)水的水質(zhì)情況及飽和蒸氣、過熱蒸氣質(zhì)量情況。在線監(jiān)測系統(tǒng)由取樣管、冷卻架和取樣架組成，在線儀表主要包括在線電導率儀、在線pH計、在線溶解氧分析儀等（表1）。

3 越南Holcim余熱電站在線化學儀表配置的合理性分析

DL/T246-2006《化學監(jiān)督導則》火電機組熱力系統(tǒng)在線化學儀表配置要求見表2。

AQC窯頭余熱鍋爐、SP窯尾余熱鍋爐蒸氣額定壓力為1.5MPa，按照GB/T1576-2008《工業(yè)鍋爐水質(zhì)》的規(guī)定，壓力在1.0～1.6MPa的鍋爐給水主要監(jiān)測項目為溶解氧、pH值、電導率、濁度、硬度、油、全鐵等指標，其中溶解氧、pH值、電導率等指標是余熱鍋爐運行主要的監(jiān)測項目。氧是給水系統(tǒng)和鍋爐的主要腐蝕性物質(zhì)，給水中的氧含量高，會腐蝕鍋爐的給水系統(tǒng)部件，腐蝕產(chǎn)物氧化鐵進入鍋爐內(nèi)部，沉積或附著在鍋爐管壁和受熱面上，形成難溶且傳熱不良的鐵垢；腐蝕還會造成管道內(nèi)壁出現(xiàn)點坑，造成管道阻力系數(shù)增大，降低鍋爐效率。管道腐蝕嚴重時，甚至會發(fā)生管道爆裂等事故。因此，配置在線儀表對給水中的溶解余氧進行監(jiān)測很有必要。

余熱電站給水除氧當采用化學加藥方式時，一般采用聯(lián)氨除氧或亞硫酸鈉除氧。聯(lián)氨與氧及金屬氧化物反應(yīng)的最終產(chǎn)物是水、氮氣，它們不會增加鍋爐水中的溶解固形物量，但聯(lián)氨在除氧效率上不如亞硫酸鈉，在水溫低時除氧速度慢，只能在較高的溫度下才能有效地與氧反應(yīng)達到除氧目的；特別是聯(lián)氨是一種毒性較強的物質(zhì)，操作時聯(lián)氨容易濺到眼睛、皮膚或衣服上，極易被吸入，給操作人員的身心帶來嚴重危害；而且聯(lián)氨具有揮發(fā)性強、易燃、易爆的特性，當空氣中蒸氣的濃度達到4.7%時，遇火會發(fā)生爆燃，給運輸、貯存和使用帶來困難。如果采用聯(lián)氨除氧方式，應(yīng)配置在線聯(lián)氨表，及時反映出聯(lián)氨的加藥量，以免加藥量過多或過少。

亞硫酸鈉是傳統(tǒng)的鍋爐水除氧劑，具有價格低廉、來源廣泛的優(yōu)點，但它也有明顯的缺點：亞硫酸鈉與氧的反應(yīng)速度受pH值、溫度及催化劑等因素影響，一般需加過量才能應(yīng)付鍋爐運行的波動；從與氧的反應(yīng)式中可知，要除去1ppm的氧，至少要消耗7.9ppm的亞硫酸鈉，為使此反應(yīng)進行比較徹底，則通常在鍋爐水中需維持20～40ppm的過剩量，方能保證除氧效果；由于亞硫酸鈉與氧反應(yīng)生成的是穩(wěn)定硫酸鈉，增加了爐水中的可溶性固形物，使水質(zhì)劣化，鍋爐必須增加排污次數(shù)，排污過多也會造成化學藥品的浪費。因此采用加亞硫酸鈉方式除氧，設(shè)置相關(guān)的在線儀表對加藥量進行控制是很有必要的。濁度、硬度、油、全鐵等指標可以通過人工取樣分析的方式進行監(jiān)測。

DL/T246-2006《化學監(jiān)督導則》沒有對爐水在線儀表配置做嚴格的規(guī)定，通過對給水、爐水pH的檢測，可及時將給水、爐水pH調(diào)節(jié)控制在最佳范圍內(nèi)，從而達到減緩鍋爐設(shè)備腐蝕、結(jié)垢、積鹽，防止爐管爆管的目的，因此在給水、爐水配置pH表也是必要的。

電廠化學監(jiān)督中，水、汽電導率是判斷水、汽質(zhì)量的重要參數(shù)。通過對電導率數(shù)據(jù)變化規(guī)律的分析，可以尋找水汽質(zhì)量變化的原因，利于啟動各階段的水汽品質(zhì)的監(jiān)控。按照GB/T1576-2008《工業(yè)鍋爐水質(zhì)》的規(guī)定，壓力在1.0～1.6MPa的鍋爐給水電導率，補給水為軟化水時≤5.5×102μs/cm,補給水為除鹽水時≤1.1×102μs/cm。目前運行的余熱電站的鍋爐給水電導率普遍控制在低于30μs/cm的水平，一般情況均能滿足規(guī)范對鍋爐給水電導率的要求。GB/T1576-2008《工業(yè)鍋爐水質(zhì)》中對爐水的監(jiān)測項目有：全堿度、酚酞堿度、pH值、溶解固形物、磷酸根、亞硫酸根、相對堿度等指標，對爐水電導率規(guī)范中沒有相關(guān)的規(guī)定，越南Holcim余熱電站在給水泵出口配置了在線電導率表，又在鍋爐省煤器進口設(shè)置了爐水在線電導率表，這樣配置重復是不太合理的，應(yīng)取消一個。

GB/T1576-2008《工業(yè)鍋爐水質(zhì)》對蒸氣的質(zhì)量標準規(guī)定“對于供汽輪機用汽的鍋爐，蒸氣質(zhì)量應(yīng)執(zhí)行GB/T12145-2008《火力發(fā)電機組及蒸氣動力設(shè)備水汽質(zhì)量》規(guī)定的額定蒸氣壓力為3.8～5.8MPa汽包爐標準”（表3）。

該標準規(guī)定“對于沒有凝結(jié)水精處理除鹽裝置的機組，蒸氣的氫電導率標準值不大于0.30μs/cm，期望值不大于0.15μs/cm，二氧化硅標準值不大于20μg/kg”。因此過熱蒸氣在線監(jiān)測裝置應(yīng)配置在線氫電導率表。根據(jù)氫電導率的大小變化進行水汽控制,是目前最直接、簡便、有效的檢測手段。它能及時、準確地反映水質(zhì)質(zhì)量的變化，能靈敏地告訴運行人員水質(zhì)變化的起點，運行人員通過對電導率數(shù)據(jù)變化規(guī)律的分析，可以尋找水汽質(zhì)量變化的原因。由于氫電導率不會反映鈉離子的變化，所以氫電導率也是氫氧化鈉爐水處理或低磷酸鹽爐水中檢測爐水水質(zhì)的理想工具。越南Holcim余熱電站在鍋爐取樣間設(shè)置了飽和蒸氣和過熱蒸氣在線電導率表，因采用給水加氨處理，應(yīng)為過熱蒸氣在線電導率表配置氫型離子交換柱裝置。由于在線硅表和鈉表取樣設(shè)備比較復雜，設(shè)備昂貴，可以采用人工取樣、化驗分析的方式來進行硅、鈉指標的監(jiān)測。對于飽和蒸氣，由于沒有規(guī)范的要求，不考慮配置化學在線儀表。

表1 越南Holcim余熱電站在線化學儀表配置情況

表2 9.8MPa及以下火電機組熱力系統(tǒng)在線化學儀表配置*

表3 GB/T12145-2008蒸氣質(zhì)量

配置在線凝結(jié)水溶解氧表，是用來監(jiān)測凝結(jié)水溶解氧，凝結(jié)水溶解氧大幅度超標或長期不合格，會加速凝結(jié)水管道設(shè)備腐蝕及爐前熱力系統(tǒng)結(jié)垢的產(chǎn)生。凝結(jié)水溶解氧嚴重超標時，還會導致除氧器后給水溶解氧超標，影響鍋爐受熱面熱效率，加速鍋爐管道腐蝕結(jié)垢乃至發(fā)生鍋爐爆管等事故，嚴重威脅機組的安全經(jīng)濟運行。凝結(jié)水溶解氧是電廠化學監(jiān)督的主要指標之一，可見凝結(jié)水溶解氧表是必不可少的。

越南Holcim余熱電站還在除氧器化水補水進水管道和出口管道上分別配置了在線電導率表，用于監(jiān)測除氧器補充水及除氧器出水水質(zhì)。因為除氧器補充水來自于化水車間合格的除鹽水，水處理系統(tǒng)在除鹽水出口配置有電導率表，再在除氧器補水管路和除氧器出口管道安裝電導率表已重復測量，這兩只表可以優(yōu)化取消。經(jīng)過上述分析，水泥余熱電站在線儀表按照表4配置即可滿足規(guī)范對化學監(jiān)督的要求。

4 越南Holcim余熱電站在線化學儀表調(diào)試過程問題

（1）在線儀表測量準確性

目前使用的化學儀表絕大部分都是采用成熟的化學測量原理制成，化學二次儀表均實現(xiàn)數(shù)字化，并且二次儀表的準確性可以通過離線檢定校驗，二次儀表出現(xiàn)問題的情況非常少。但在線儀表調(diào)試過程中，發(fā)現(xiàn)個別儀表測量誤差偏大，準確性不高。導致在線化學儀表誤差多數(shù)出現(xiàn)在測量系統(tǒng)和傳感器上。經(jīng)過排查，調(diào)試過程中造成在線化學儀表測量誤差的主要原因如下：a系統(tǒng)泄漏；b電極污染、鈍化；c標定校驗誤差。

調(diào)試人員采取定期對在線化學儀表系統(tǒng)的水汽樣品輸送管路、閥門等進行巡檢，對系統(tǒng)泄漏等問題及時進行處理，調(diào)整好水汽樣品的溫度（20～30℃）和流量，以及定期清洗過濾器，做好標準液、電解液、參比液等的定期配制和補充，嚴格按規(guī)定對電極進行沖洗、活化、再生等措施，儀表的測量誤差得到了有效的減小甚至消除，在線化學儀表測量準確性有了很大的提高。

（2）鍋爐在線監(jiān)測系統(tǒng)

分析取樣系統(tǒng)機械部分沿用了鍋爐廠提供的冷卻架和取樣架，冷卻部分只有一次冷卻沒有恒溫裝置，設(shè)計過于簡單。在線監(jiān)測儀表柜內(nèi)，儀表和采樣管路、傳感器同裝在一個柜子里，沒有進行防護隔離。采樣管路選用塑料管路，也未設(shè)計儀表超溫保護，一旦鍋爐取樣冷卻水中斷，過熱蒸氣就會將柜內(nèi)的塑料取樣管燙破，蒸氣在柜內(nèi)彌漫，造成傳感器、儀表損壞。針對以上缺陷，調(diào)試人員將塑料取樣管全部更換成不銹鋼管，并將在線儀表表頭與傳感器分別安裝在不同的柜體中，在爐水和蒸氣取樣管道上各增加了一套超溫保護裝置。當冷卻器冷卻水中斷，取樣介質(zhì)溫度超出保護設(shè)置溫度時，溫度繼電器輸出信號，驅(qū)動安裝在取樣管道上的常開電磁閥動作，將取樣熱源截止，從而有效避免了在線儀表的意外損壞。

表4 水泥余熱電站在線化學儀表配置

（3）機組在線監(jiān)測系統(tǒng)

合理布置除氧水、凝結(jié)水的取樣口及配制取樣管道。由于余熱電站大多采用真空除氧輔以化學加藥除氧的方式，除氧器在真空泵運行時周圍管道處于一定的負壓真空狀態(tài)，若取樣點選擇不當，測點的儀表處于負壓狀態(tài)而無法運行，甚至會影響到鍋爐給水泵的運行。配置有閃蒸補汽系統(tǒng)的機組，在汽輪機補汽口管道周圍也存在一定的真空度，當取樣口開在這些部位都可能因不能引出介質(zhì)而影響測量。

5 結(jié)語

在線化學儀表應(yīng)用于電廠水汽系統(tǒng)的化學監(jiān)督，能實現(xiàn)對機組水汽品質(zhì)的實時監(jiān)測，大大提高水汽系統(tǒng)化學監(jiān)督的技術(shù)水平。在線化學儀表的穩(wěn)定運行及測量結(jié)果準確性的提高，能夠為機組的安全經(jīng)濟運行提供重要保障。

[1]GB/T1576-2008《工業(yè)鍋爐水質(zhì)》［S］.

[2]初立杰.電廠化學[M].北京:中國電力出版社,2000.

[3]DL/T246-2006《化學監(jiān)督導則》[M].

[4]GB/T12145-2008《火力發(fā)電機組及蒸氣動力設(shè)備水汽質(zhì)量》[S].■