直接空冷機組硅含量高原因分析及解決對策

王俊玲，郝晉堂，李謙瑞

（1.山西漳澤電力股份有限公司河津發(fā)電分公司，山西河津043300；2.國網山西省電力公司電力科學研究院，山西太原030001）

直接空冷機組硅含量高原因分析及解決對策

王俊玲1，郝晉堂2，李謙瑞2

（1.山西漳澤電力股份有限公司河津發(fā)電分公司，山西河津043300；2.國網山西省電力公司電力科學研究院，山西太原030001）

山西某電廠300MW直接空冷機組熱力系統(tǒng)硅含量偏大，導致汽輪機低壓缸出現(xiàn)不同程度的鹽類沉積現(xiàn)象，影響汽輪機運行的安全性與經濟性，通過分析認為精處理除鹽效果、鍋爐運行工況等方面存在問題是硅含量偏大的主要原因，結合現(xiàn)場實際情況提出了降低硅含量的解決對策。

空冷機組；二氧化硅；精處理

0 引言

隨著火力發(fā)電技術不斷發(fā)展，超臨界、超超臨界機組已成為火力發(fā)電的主流，相應的水汽質量的控制標準也在不斷提高。因此，加強水汽系統(tǒng)化學監(jiān)督，及時消除異常是確保機組安全、經濟發(fā)電的基本條件。

從鍋爐汽包送出的飽和蒸汽所含鹽類物質，有的會沉積在過熱器內，有的則被過熱蒸汽帶出鍋爐，沉積在汽輪機中。在汽輪機低壓缸內形成的沉積物主要為不溶于水的二氧化硅。飽和蒸汽攜帶的硅酸，在過熱蒸汽中會失水變成二氧化硅，當汽輪機中蒸汽的壓力降低時，它們從蒸汽中析出沉積在低壓缸。二氧化硅作為熱力系統(tǒng)中一項重要的水汽監(jiān)測指標，它的合格與否將直接關系到汽輪機運行的安全性與經濟性，嚴重時可造成機組出力和熱效率下降，因此防止熱力系統(tǒng)中硅含量超標是化學監(jiān)督工作的重中之重。對機組運行中熱力系統(tǒng)鹽類沉積發(fā)生的原因深入分析，并采取相應的對策措施，防止沉積量再次增大，降低整個熱力系統(tǒng)沉積速率，保證機組的安全穩(wěn)定運行具有十分重要的意義。

1 二氧化硅沉積情況

山西某電廠4號機組(300MW直接空冷機組) 2011年3月進行B級檢修，期間檢查發(fā)現(xiàn)汽輪機通流部位出現(xiàn)不同程度的鹽類沉積現(xiàn)象，積鹽率為1.195 7mg/(cm2·a)，達到二級標準。汽輪機低壓缸沉積現(xiàn)象主要表現(xiàn)為葉片、隔板上硅的沉積量較大，分別占總沉積量的40.9%、41.5%。在檢修期間對所有葉片上的垢進行了徹底的噴砂沖洗處理。

表1 汽輪機垢樣分析報告 %

2 二氧化硅含量大原因分析

2.1 熱力系統(tǒng)鹽類循環(huán)情況

在進行原因分析之前，首先需要搞清楚熱力系統(tǒng)鹽類循環(huán)情況，見圖1，然后對同類型電廠熱力系統(tǒng)中二氧化硅含量進行對比分析，再根據實際情況進行具體的原因分析。

圖1 熱力系統(tǒng)鹽類循環(huán)圖

2.1.1 熱力系統(tǒng)中二氧化硅的產生

機組基建施工期間、投產初期以及檢修期間系統(tǒng)中的二氧化硅未完全清除出去；機組運行中通過鍋爐補給水補入系統(tǒng)、凝汽器泄漏帶來的鹽類（空冷機組可以排除）。

2.1.2 熱力系統(tǒng)中二氧化硅的去除

從圖1可以看出，在熱力系統(tǒng)中若不裝設凝結水精處理設備（混床或陰陽分床），熱力系統(tǒng)中的鹽類只有一個排出口，即鍋爐排污。若設置精處理，其除鹽效率則比較高，可以很快降低熱力系統(tǒng)中的含鹽量，使熱力系統(tǒng)水汽質量合格，以保證機組的正常運行。

2.2 熱力系統(tǒng)二氧化硅含量分析

該廠空冷機組投運5 a以來，熱力系統(tǒng)水質中鐵含量較為穩(wěn)定基本維持在7～8μg/L，二氧化硅含量則下降較為緩慢，其中爐水二氧化硅下限在60μg/L左右，蒸汽二氧化硅則在8μg/L左右。

表2 各電廠熱力系統(tǒng)二氧化硅含量

表2中所列數(shù)據為山西省一些電廠機組正常運行期間熱力系統(tǒng)二氧化硅含量比較情況，可以明顯看出：精處理系統(tǒng)采用高混的濕冷或間接空冷機組的硅含量最小，而精處理采用粉末樹脂過濾器的電廠則較大，其中運行年限越長的機組爐水硅相對偏小。另外由于晉南三廠600MW空冷機組運行年限較晉南二廠300MW空冷機組短，但其系統(tǒng)爐水、蒸汽硅卻較小，究其原因為粉末樹脂過濾器運行周期短、鍋爐排污效果好，更為重要的是機組停運后對系統(tǒng)進行較為徹底的清理，同時在機組啟動過程中注重對空冷島的沖洗，將機組檢修期間帶入系統(tǒng)的泥沙等雜質徹底沖洗干凈。

2.3 二氧化硅含量偏高原因分析

2.3.1 機組投產初期洗硅效果不佳

該廠機組在基建期間系統(tǒng)中泥沙和硅化合物等雜質較多未清理干凈，加之投產初期未進行專門的洗硅運行，導致在很長時間內系統(tǒng)硅含量嚴重超標，機組運行近6 a爐水硅最低才降至60μg/L。

2.3.2 機組檢修后投運時系統(tǒng)硅化合物未徹底排出

該廠機組在檢修期間凝汽器排汽裝置底部及空冷島蒸汽分配管內泥沙未進行徹底清理，同時在機組啟動沖洗階段各容器沖洗不徹底、鍋爐點火后底部排污時間過短；另外重視“進度”而忽視水質，按照水汽標準要求機組啟動正常8 h內蒸汽、給水、凝水等指標達到正?？刂茦藴?，而實際上為了趕進度，在硅含量未合格時就沖轉并網了，因此導致機組投運后系統(tǒng)硅長期偏高，其中爐水硅含量在100μg/L以上、蒸汽硅含量在15μg/L以上，需要累計連排100 h以上，方能下降至正常范圍。

2.3.3 精處理除硅效果差

精處理設置2×50%粉末樹脂過濾器，其不僅運行周期長且除硅效果差，在過濾器投運初期尚有除硅能力，運行幾天后進出口硅平衡，基本喪失除鹽能力，待過濾器壓差超標再重新鋪膜投入運行。同時鋪膜漿料中樹脂粉所占比例較小，其中陰樹脂粉的用量僅為25 kg，說明其交換陰離子的總量相對高混嚴重偏小。另外由于空冷機組溶氧偏大，其漏入的二氧化碳也較大，凝水中含有二氧化碳，以HC型式進入過濾器后將陰樹脂交換容量全部消耗，影響陰樹脂除去其他陰離子的能力。

表3為過濾器運行中各階段的水質情況，在第一階段其出水氫電導及鐵、硅較低，運行一段時間后開始出現(xiàn)不同程度的上漲。第二階段氫電導逐漸增大與凝水氫電導接近，同時出水鐵、硅也有所增大。第三階段其出水水質逐步增大，并且氫電導超過0.15μS/cm，氫電導、硅幾乎與凝水持平，說明過濾器已完全喪失了除硅能力，只作為單純意義上的過濾器，僅起到去除金屬氧化物與雜質的作用[1]。

表3 精處理各階段出水指標

2.3.4 機組運行中帶入系統(tǒng)的硅較多

由于爐水氫導長期偏高，每天幾乎需要進行3～5h的連排，雖然排污后爐水硅含量能從70μg/L降至60μg/L，但也增加了鍋爐的補給水量，達到該廠濕冷機組的兩倍之多，帶入系統(tǒng)的硅也隨之增加，而精處理又不能有效去除額外增加的硅，因此排污越多、補入的硅越多。同時鍋爐運行中僅靠連排而從未進行過底部排污，導致排污效果不佳。

2.3.5 鍋爐運行工況及水質調整不當

由于近年來大多新投產機組運行參數(shù)的調控主要依據鍋爐制造商設計值或經驗值，熱化學試驗基本上未開展。該廠機組運行中易出現(xiàn)升降負荷、汽包壓力與水位的調整控制不當，水質調整方面出現(xiàn)爐水pH值控制偏低等現(xiàn)象，因此導致蒸汽的機械攜帶、溶解攜帶系數(shù)增加進而增加蒸汽中的硅含量[2]。

2.4 分析結論

通過以上分析并結合機組現(xiàn)狀可以得出結論：機組運行中硅酸通過鍋爐補給水不斷被帶入機組熱力系統(tǒng)，在循環(huán)過程中粉末樹脂過濾器投運初期能去除微量的二氧化硅，然后通過每天的鍋爐排污排出一部分二氧化硅，機組經過近6 a的運行，熱力系統(tǒng)中的二氧化硅含量基本上是穩(wěn)中有降。

3 降低硅含量解決對策

雖然山西晉東南某電廠二期2×600MW間接空冷機組將精處理系統(tǒng)由3×50%粉末樹脂過濾器改造為3×50%粉末樹脂過濾器+2×50%高速混床，對于有效降低系統(tǒng)中的二氧化硅含量是成功的，但該廠直接空冷機組由于受凝結水溫度參數(shù)（平均53℃）、空間條件等限制進行改造是不可行的，因此可以嘗試在不對相關系統(tǒng)進行較大改造的前提下，一方面提高鍋爐補給水水質來減少帶入系統(tǒng)中的硅酸，另一方面通過開展鍋爐熱化學試驗確定最佳運行工況并優(yōu)化精處理運行方式，大幅降低熱力系統(tǒng)中硅含量，以減少二氧化硅在系統(tǒng)中的循環(huán)與沉積。

3.1 提高鍋爐補給水水質

改變鍋爐補給水系統(tǒng)水源，將其來水由“原水+弱酸軟化水”改為“原水+反滲透”，降低除鹽系統(tǒng)來水中二氧化硅含量。大量資料表明反滲透對于膠體以及活性二氧化硅的去除率在96%～100%，其出水硅含量可以大幅降低，因此將反滲透出水作為除鹽站的水源可以將除鹽混床出水硅由4μg/L降至3μg/L以下，減少補入熱力系統(tǒng)中的硅含量。

3.2 進行鍋爐熱化學試驗

實施鍋爐熱化學試驗，并根據試驗結果確定最佳汽包水位線，減少機械攜帶；確定最佳爐水pH值，減少溶解攜帶；確定科學的鍋爐排污標準，包括以爐水氫導、二氧化硅等指標綜合控制排污時機，同時進行底部排污試驗，確定最佳定排周期，一方面減少系統(tǒng)補給水量，另一方面將通過補水帶入系統(tǒng)中的硅完全排出，基本使進入汽包中的鹽類少補、多排，最終達到有效排污的目的。

3.3 優(yōu)化精處理運行方式

3.3.1 過濾器進行除硅酸洗

精處理粉末樹脂過濾器已由原先基建期的油、鐵污染轉化為鐵、硅污染，因此可采用氫氟酸對過濾器進行除硅酸洗，但必須從環(huán)保方面考慮對酸洗廢水的處理。

3.3.2 調整過濾器鋪膜劑量

進行現(xiàn)場試驗，適當增加過濾器鋪膜劑量與漿料中樹脂粉的比例，以提高交換陰離子的能力；注意漿料訂貨與保存周期，防止陰樹脂粉污染；嚴格按監(jiān)測標準控制入廠漿料質量，避免鋪膜后導致爐水氫導大幅上漲，而增加鍋爐的排污量。

3.3.3 優(yōu)化過濾器運行方式

過濾器鋪膜投運后連續(xù)采樣監(jiān)測其12 h出水硅含量，同時監(jiān)測熱力系統(tǒng)凝水、給水、爐水及蒸汽硅含量，真正掌握過濾器的除硅能力與運行周期之間的關系，并以此確定過濾器最佳運行周期。將過濾器失效判定標準由進出口壓差，設置為出水氫導，當超過0.15μS/cm時退出運行重新進行爆、鋪膜。

3.4 改進機組啟動沖洗方式

3.4.1 堅持“逢停必清”的原則

在機組停運后將器、井、箱等容易沉積鹽類的容器徹底進行清理，必要時采取面團粘附方式進行清理，以確保效果。

3.4.2 合理進行系統(tǒng)的沖洗、排放

機組啟動初期要特別注重空冷凝汽器沖洗的質量，盡量使每個空冷街區(qū)采取單獨方式進行沖洗，集中大流量沖洗每個空冷島街區(qū)，將機組停運期間空冷塔內雜質沖洗干凈。

在鍋爐點火后，當汽包壓力及溫度升高后可以逐漸減少從底部排污，以連排為主、底排為輔，以保證在點火升溫升壓階段鍋爐系統(tǒng)設備的安全穩(wěn)定運行。

3.4.3 水質與工期進度同等對待

在機組啟動沖洗階段合理進行系統(tǒng)沖洗，嚴格執(zhí)行“三不”標準，即爐水水質不合格不準點火、蒸汽水質不合格不準并汽、凝水水質不合格不準回收。同時加強化學與主控兩個專業(yè)的協(xié)調與溝通，根據實際水質情況合理進行系統(tǒng)的調度與沖洗，保證在機組安全經濟穩(wěn)定運行且在不影響工期、并網時間的前提下，使各項水汽質量全面合格[3]。

4 結束語

綜上所述，通過全面分析得出熱力系統(tǒng)中硅含量偏高的原因所在，并在原因分析清楚的基礎上，提出了相應的對策措施，首先改善鍋爐補給水水源降低補入系統(tǒng)中的硅，然后通過鍋爐熱化學實驗及優(yōu)化精處理運行方式，有效去除補給水帶入系統(tǒng)中的硅，進而降低整個系統(tǒng)中的硅含量，另外從改進機組啟動沖洗方式方面也提出了相應的改進措施。

相信通過上述改進措施的順利實施，可以有效降低熱力系統(tǒng)中的硅含量，減少汽輪機中二氧化硅沉積，保證機組的安全經濟穩(wěn)定運行。

［1］楊曉飛.粉末樹脂運行特性與空冷機組水質分析［C］.//中國電機工程學會火電分會化學專委會2009年學術年會論文集.武漢:中國電機工程學會火電分會化學專委會，2009：377-377.

［2］王應高.基于熱化學試驗的600MW亞臨界機組汽輪機積鹽分析［C］.//中國電機工程學會火電分會化學專委會2009年學術年會論文集.武漢：中國電機工程學會火電分會化學專委會，2009：171-171.

［3］楊曉飛.給水系統(tǒng)腐蝕沉積原因分析及控制建議［C］.//中國電機工程學會火電分會化學專委會2009年學術年會論文集.武漢：中國電機工程學會火電分會化學專委會，2009：180-181.

Analysis and Countermeasures of High Silicon Content in Direct Air-cooling Unit

WANG Jun-ling1，HAO Jin-tang2，LIQian-rui2
（1.Zhangze Eletric Power Co.，Ltd.，Hejin Power Generation Com pany Hejin，Shanxi 043300；2.State Grid Shanxi Electric Power Research Institute of SEPC，Taiyuan，Shanxi 030001）

In the thermodynamic system ofa 300MW air-cooling unit,high contentof silicon led to saltdeposition at low pressure cylinder in varying degrees，which influenced the safety and economy of turbine unit.Through analysis，it was concluded that why polishing and the operation condition of boiler suffered ill effects can be imputed to high contentof silicon.Finally，combining with the actualsituation，measureswere put forward to decrease silicon content.

air-cooling unit；silicon dioxide；polishing

TK264.1

B

1671-0320（2014）04-0059-04

2014-04-13，

2014-06-15

王俊玲（1977-），女，山西翼城人，1999年畢業(yè)于華北電力大學環(huán)境工程專業(yè)，工程師，從事電廠環(huán)境監(jiān)測工作；

郝晉堂（1960-），男，山西太原人，1982年畢業(yè)于東北電力學院化學專業(yè)，高級工程師，從事設備狀態(tài)評價技術工作；

李謙瑞（1983-），男，山西平定人，2006年畢業(yè)于華北電力大學熱能與動力工程專業(yè)，助理工程師，從事電廠汽輪機調試及涉網安評試驗工作。