新建超(超)臨界直流爐機組整套啟動汽水品質(zhì)優(yōu)化措施

薛昌剛,田均明,王鋒濤,詹勝平,趙戰(zhàn)省

(河南省電力公司電力科學(xué)研究院,鄭州 450052)

新建超(超)臨界直流爐機組整套啟動汽水品質(zhì)優(yōu)化措施

薛昌剛,田均明,王鋒濤,詹勝平,趙戰(zhàn)省

(河南省電力公司電力科學(xué)研究院,鄭州 450052)

針對新建超(超)臨界直流爐機組調(diào)試過程中汽水品質(zhì)差、合格速度慢、影響試運工期等問題,闡述了新建機組熱力系統(tǒng)雜質(zhì)的來源及危害,分析了影響汽水品質(zhì)的因素,提出了安裝過程控制、優(yōu)化化驗方法和分析儀器、化學(xué)清洗熱力系統(tǒng)等優(yōu)化措施。實踐驗證,這些汽水品質(zhì)優(yōu)化措施可以快速改善機組試運期間的水汽品質(zhì),明顯縮短洗硅運行時間,節(jié)省大量燃油、煤、水等,對其它新建機組試運期間改善汽水品質(zhì)上具有一定的借鑒意義。

超(超)臨界;調(diào)試;整套啟動;汽水品質(zhì);優(yōu)化

目前,600 MW、1000 MW機組已成為中國電網(wǎng)裝機容量的主力發(fā)電機組,對汽水品質(zhì)的要求也越來越高。不少新建電廠由于片面追求工期目標(biāo),安裝質(zhì)量控制不嚴(yán)格,導(dǎo)致熱力系統(tǒng)雜質(zhì)在后期機組試運過程中頻繁堵塞濾網(wǎng),甚至造成跳機現(xiàn)象。鍋爐的給水水質(zhì)和蒸汽品質(zhì)無法得到保證,給機組的熱力設(shè)備安全帶來隱患。雖然近年來有許多專家、學(xué)者在新機組的汽水品質(zhì)改善上提出了一系列有效措施,取得了較好的應(yīng)用效果[1-5],但在試運期間,不便操作,經(jīng)濟成本高、工期也長。本文根據(jù)超(超)臨界機組調(diào)試工作的實踐,將影響汽水品質(zhì)的因素進(jìn)行分析和驗證,研究了汽水品質(zhì)改善過程的雜質(zhì)含量趨勢,提出了在機組試運期間快速改善汽水品質(zhì)的措施和方法。通過實踐驗證,該方法效果較好,可以明顯縮短汽水品質(zhì)合格時間,節(jié)省大量經(jīng)濟成本,有利于機組安全穩(wěn)定運行。

1 熱力系統(tǒng)雜質(zhì)的來源及危害

新建機組熱力系統(tǒng)污染物主要有以下幾種:

1) 設(shè)備及系統(tǒng)在軋制、加工過程中形成的氧化軋皮。

2) 存放、運輸、安裝程中所產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物、油污、焊渣、泥沙及保溫材料。

3) 試運過程中機組頻繁啟停所產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物及凝汽器泄漏所引入的冷卻水雜物等。

以上污染物不僅能引起熱力設(shè)備積鹽、腐蝕、結(jié)垢,甚至使鍋爐爆管,影響機組的使用壽命。因此,快速、高效去除以上雜質(zhì)是機組試運過程中亟待解決的問題。

根據(jù)發(fā)電機組的建設(shè)周期,以國華孟津電廠2×600 MW工程2號機組試運為例,從設(shè)備、管道安裝到機組168 h試運結(jié)束,針對不同階段影響汽水品質(zhì)的因素逐一進(jìn)行分析,并提出一系列優(yōu)化措施。

2 汽水品質(zhì)優(yōu)化措施

2.1 安裝過程控制

1) 在設(shè)備、管道從廠家運輸至安裝現(xiàn)場時,工地環(huán)境比較差,應(yīng)注意對其進(jìn)行保護(hù),做到不進(jìn)塵土,斷口處要用膠布進(jìn)行密封。

2) 安裝前后應(yīng)對管道及設(shè)備進(jìn)行清掃,或壓縮空氣吹掃,清理焊渣、氧化皮等污染物。

3) 在保溫施工過程中,勿將保溫材料漏入管道或容器中,增加后期的清理難度。

4) 設(shè)備、管道在資材部門存放過程中,應(yīng)確保儲存環(huán)境干燥、整潔,避免引起在現(xiàn)場的二次腐蝕或損壞。

5) 在鍋爐水壓完畢及長時間停爐時,應(yīng)按《火力發(fā)電廠停(備)用熱力設(shè)備防腐蝕導(dǎo)則DL/T956-2005》等標(biāo)準(zhǔn)對鍋爐進(jìn)行保養(yǎng)。

2.2 優(yōu)選分析儀器

在以前的調(diào)試工程中發(fā)現(xiàn),許多電廠由于化驗人員操作不熟練、標(biāo)準(zhǔn)試劑潮濕、污染、分析儀器未校準(zhǔn)、取樣方法不規(guī)范等原因,造成化驗結(jié)果不準(zhǔn)確,耽誤了試運工期,影響了試運決策。因此,在不斷減少化驗誤差的同時,應(yīng)對化驗人員進(jìn)行培訓(xùn),采用靈敏度高、準(zhǔn)確度高、檢測效率高的分析儀器。如國華孟津電廠、華電渠東電廠、河南新鄉(xiāng)中益電廠等化驗室均配置了美國哈希DR5000或DR6000型分光光度計。該儀器在檢測鐵離子含量上耗時短(僅需不到10 min),大幅提高了檢測效率,比傳統(tǒng)的鄰菲羅啉法測含鐵量節(jié)省了40～50 min,縮短了化驗等待時間,降低了油、水、煤等消耗成本。

2.3 對機組熱力系統(tǒng)進(jìn)行化學(xué)清洗

對于基建機組,宜將爐前部分和爐本體兩個系統(tǒng)分別進(jìn)行清洗。爐本體及凝結(jié)水、除氧給水系統(tǒng)均進(jìn)行堿洗、酸洗。為了降低后期給水再循環(huán)調(diào)節(jié)閥的卡澀幾率,應(yīng)將3根給水再循環(huán)管道、電泵和汽泵前置泵入口管道進(jìn)行酸洗;除氧器酸洗后,形成鈍化膜,可以明顯改善后期除氧器腐蝕狀況。

在高壓加熱器和低壓加熱器汽側(cè)進(jìn)行堿洗時,建議堿液從抽汽管道進(jìn)入汽側(cè)系統(tǒng),再從危急疏水管回至凝汽器,這不僅擴大了清洗范圍,更有利于后期疏水的回收,而且藥液淋洗汽側(cè),清洗效果更好。模擬升溫的爐水應(yīng)排放。

加強化學(xué)清洗后的設(shè)備清掃工作,打開省煤器、水冷壁聯(lián)箱,全面檢查其內(nèi)壁清潔程度,清掃沉積物,并處理排污管污堵。在除氧器內(nèi)低壓給水管入口處、凝汽器內(nèi)凝結(jié)水泵入口處加裝臨時濾網(wǎng),濾網(wǎng)通流面積為正常流量的3～5倍,以減少系統(tǒng)清洗過程中泥渣等雜物堵塞或損壞清洗設(shè)備。

2.4 正常投入凝結(jié)水精處理系統(tǒng)

一般在化學(xué)清洗與蒸汽吹管之間的20 d之內(nèi),將精處理系統(tǒng)調(diào)試完畢。在蒸汽吹管時,投入精處理系統(tǒng)系統(tǒng),可以快速改善鍋爐冷態(tài)、熱態(tài)沖洗時的水質(zhì),達(dá)到節(jié)水目的。同時,也可以檢驗高速混床處理水量和出力性能。

在吹管結(jié)束后,根據(jù)樹脂捕捉器的差壓情況,對其進(jìn)行清理,可以降低其在整啟過程中污堵的概率。在精處理系統(tǒng)試運期間、再生效果滿足的條件下,盡量不采用氨化運行,保證周期制水量合格。陰樹脂再生時投入電加熱器,提高混床除硅能力,縮短洗硅運行時間。

2.5 加強對減溫水管路的沖洗

在過熱器減溫水及再熱器減溫水等管路的彎管、死角處,易存臟污,若沖洗不徹底,則雜質(zhì)將進(jìn)入到蒸汽中,引起蒸汽品質(zhì)的惡化。因此,在吹管期間,即對其進(jìn)行徹底沖洗,降低后期減溫水污染蒸汽品質(zhì)的幾率。

2.6 汽水取樣管路臟堵的解決措施

由于汽水取樣管路臟堵,取得的水樣并非真實水樣,導(dǎo)致化驗結(jié)果和在線儀表讀數(shù)與真實水質(zhì)結(jié)果偏差較大。處理措施如下:

1) 安裝前對管路進(jìn)行吹掃,保證取樣管內(nèi)部干凈整潔;安裝后將所有閥門處于關(guān)閉狀態(tài),防止系統(tǒng)污染物進(jìn)入管中。

2) 在冷態(tài)、熱態(tài)沖洗初期,不開啟取樣管就地一次門,防止系統(tǒng)大管道的臟污進(jìn)入取樣管內(nèi),造成堵塞,難以清理。

3) 在吹管前期,將主汽、再熱入口、出口等取樣就地一次門關(guān)閉,在吹管后期把取樣門及高溫架排污門打開,利用蒸汽壓力吹掃取樣管。若遇到堵塞,則吹管結(jié)束后趁機清理,防止在后期汽輪機沖轉(zhuǎn)、機組并網(wǎng)時無法取得蒸汽水樣。

4) 在高溫架處依次拆開各減壓閥進(jìn)行沖洗,使排水澄清、透明、無雜物。在試運期間,通過頻繁沖洗取樣管路、更換濾元、再生陽樹脂、校驗儀表等方法保證取樣真實、化驗結(jié)果及時、準(zhǔn)確。孟津電廠2號機組、渠東電廠1號機組采用此方法后,試運過程中未出現(xiàn)取樣管堵塞現(xiàn)象。

2.7 控制合理的加藥參數(shù)

為了使機組汽水品質(zhì)合格,保證機組安全、經(jīng)濟運行,在試運過程中,一般使給水的聯(lián)胺含量維持在10～50 μg/L?？刂颇Y(jié)水和給水的pH值維持在8.8～9.3和9.0～9.5,其中給水的pH值按高限運行,有利于鍋爐在濕態(tài)運行時蒸汽洗硅。

2.8 冷態(tài)和熱態(tài)沖洗質(zhì)量控制

根據(jù)傳統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計,直流爐沖洗排放口多數(shù)在除氧器及儲水罐處,分別外排至爐側(cè)高排擴容器和回收至凝汽器。在孟津電廠工程,設(shè)計排放口有混床入口母管(φ219至地溝)、5好低壓加熱器出口(至循環(huán)水冷卻塔)、除氧器出口(至高排擴容器及凝汽器)、給水操作臺前(φ273至高排擴容器、φ219至凝汽器)及儲水罐。排放口設(shè)計密集,每次鍋爐上水均執(zhí)行分段沖洗。冷態(tài)沖洗嚴(yán)格按照儲水罐出口含鐵量大于500 μg/L(高于調(diào)試導(dǎo)則[6]1000 μg/L的標(biāo)準(zhǔn))外排,含鐵量小于500 μg/L回收;含鐵量小于200 μg/L時進(jìn)行熱態(tài)沖洗。熱態(tài)沖洗終點控制為儲水罐出口含鐵量小于100 μg/L、省煤器入口含鐵量小于50 μg/L,說明沖洗徹底,效果良好。鍋爐首次冷態(tài)及熱態(tài)沖洗時儲水罐的水質(zhì)結(jié)果如圖1所示。

圖1 鍋爐首次冷態(tài)及熱態(tài)沖洗時儲水罐的水質(zhì)

在冷態(tài)沖洗階段(0～3 h),儲水罐排水鐵含量快速降低,當(dāng)降至60 μg/L時,鍋爐點火。在省煤器、水冷壁溫度上升過程中,鐵含量也迅速升高,當(dāng)鍋爐溫度維持到190 ℃(保持4 h)時,儲水罐鐵含量達(dá)到峰值1450 μg/L,然后逐漸降至合格。熱態(tài)沖洗結(jié)束時,儲水罐鐵含量100 μg/L,省煤器入口鐵含量為30 μg/L,鍋爐具備升壓條件。整個冷熱態(tài)沖洗耗時約7 h。

2.9 試運期間硅化合物的控制

新建機組熱力系統(tǒng)的硅雜質(zhì)主要來自管道和設(shè)備容器內(nèi)部附著的泥沙、保溫棉及含有硅化合物的物質(zhì)等。這些含硅物質(zhì)最終均以溶解態(tài)和膠態(tài)硅化合物進(jìn)入爐內(nèi)。蒸汽做功后,隨蒸汽攜帶的硅酸便會從蒸汽中析出,在汽機高壓缸內(nèi)形成積鹽,導(dǎo)致汽機效率和出力降低,從而影響機組的安全經(jīng)濟運行。

新建機組首次點火啟動時,蒸汽中的硅含量是影響機組進(jìn)行下一階段試運的重要控制指標(biāo)。根據(jù)調(diào)試經(jīng)驗,采取以下幾個過程優(yōu)化措施,可以盡快改善汽水品質(zhì),降低蒸汽中的硅含量:

1) 主要控制汽輪機首次沖轉(zhuǎn)前洗硅、帶負(fù)荷分階段洗硅、提高爐水pH值、濕態(tài)時儲水罐放水、高壓加熱器疏水的控制回收、精處理系統(tǒng)的正常投運等。

2) 通過停爐保護(hù)、排放高濃度爐水、對凝汽器和除氧器適時徹底清理等措施,也可以最大限度地提高洗硅效率,縮短試運時間。

汽輪機首次沖轉(zhuǎn)前主蒸汽洗硅過程中的二氧化硅含量曲線如圖2所示。主蒸汽二氧化硅含量從初始峰值1800 μg/kg降到200 μg/kg僅用時10 h左右,其下降的趨勢越來越緩,當(dāng)二氧化硅含量降到50 μg/kg以下時,共消耗超過40 h,汽輪機開始進(jìn)汽沖轉(zhuǎn)。從首次蒸汽洗硅的效果看,越到后期,蒸汽中的二氧化硅越難去除。洗硅時先把蒸汽壓力提高到比汽輪機沖轉(zhuǎn)參數(shù)稍高一些,然后再降至額定參數(shù),通過頻繁升降壓力,調(diào)節(jié)蒸汽中攜帶的硅化合物,洗硅效果明顯。

圖2 汽輪機首次沖轉(zhuǎn)前主蒸汽二氧化硅含量曲線

機組帶負(fù)荷期間主蒸汽和儲水罐的硅含量隨負(fù)荷變動曲線圖如圖3所示。在機組升至滿負(fù)荷期間,主蒸汽的硅含量始終未超過50 μg/kg,優(yōu)于化學(xué)調(diào)試導(dǎo)則[6]60 μg/kg的要求。儲水罐的硅含量有3個明顯的峰值,分別為機組25%、50%和75%負(fù)荷階段。尤其在50%負(fù)荷階段,主蒸汽洗硅工作量最大,周期最長。為了保證主蒸汽品質(zhì),在50%負(fù)荷之前,直流爐一直采取濕態(tài)運行方式,當(dāng)儲水罐硅含量合格后,方轉(zhuǎn)入干態(tài)。干態(tài)運行后,主蒸汽硅含量一直穩(wěn)定,并未發(fā)生突躍現(xiàn)象,表明在整個帶負(fù)荷階段涉及洗硅的壓力、機組負(fù)荷變動等參數(shù)控制準(zhǔn)確,蒸汽品質(zhì)優(yōu)良。

圖3 機組帶負(fù)荷期間主蒸汽二氧化硅含量曲線

2.10 高壓加熱器和低壓加熱器疏水的控制回收

因前期高壓加熱器和低壓加熱器疏水雜質(zhì)較多,鐵和二氧化硅含量高,水質(zhì)不合格,須走危急疏水直接排至凝汽器。待全部疏水和凝結(jié)水通過精處理系統(tǒng)處理后,再補至除氧器。高壓加熱器汽側(cè)投入后,要密切關(guān)注疏水的管理和監(jiān)督,當(dāng)高壓加熱器疏水含鐵量小于50 μg/L、硬度小于5 μmol/L時再逐級疏水回收到除氧器。

高壓加熱器汽側(cè)投入后,疏水硬度隨時間變化曲線圖如圖4所示。在疏水在投入初期,硬度較高,基本維持在10 μmol/L的水平,受機組負(fù)荷變動,疏水流量、壓力、新的熱力系統(tǒng)投入等因素影響,水質(zhì)指標(biāo)不穩(wěn)定,硬度時常突躍。高壓加熱器汽側(cè)投入約40 h后,硬度基本合格。50 h后,疏水逐級回收至除氧器,給水水質(zhì)并未受到影響,表明高壓加熱器汽側(cè)沖洗干凈。

圖4 高壓加熱器疏水硬度變化曲線圖

Fig.4 High pressure heater drain hardness change curve

2.11 168 h試運期間機組汽水品質(zhì)

機組168 h試運期間汽水品質(zhì)如表1所示。各項指標(biāo)均達(dá)到了優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn),后幾天的結(jié)果已符合正常運行機組的汽水標(biāo)準(zhǔn)(GB 12145—2008 火力發(fā)電機組及蒸汽動力設(shè)備水汽質(zhì)量),部分指標(biāo)甚至達(dá)到期望值,表明通過一系列水汽質(zhì)量優(yōu)化措施后,汽水品質(zhì)改善效果良好,機組試運效率較高,調(diào)試質(zhì)量優(yōu)良,在機組熱力系統(tǒng)的防腐蝕、防結(jié)垢、防積鹽方面都起到了良好的作用。

表1 機組168 h試運期間汽水品質(zhì)

3 結(jié) 論

1) 在新建電廠機組試運過程中,只有采取各項汽水品質(zhì)優(yōu)化措施、優(yōu)化調(diào)試和化學(xué)監(jiān)督方法,才能提高試運效率和調(diào)試質(zhì)量。而這些措施明顯縮短了洗硅運行時間,節(jié)省大量燃油、煤、水等消耗,減少了廢水、廢氣等污染物的排放,產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟和社會效益。

2) 機組投產(chǎn)1 a后,通過對其化學(xué)大修檢查發(fā)現(xiàn),其熱力設(shè)備結(jié)垢(積鹽)、腐蝕方面均被評價為一類標(biāo)準(zhǔn)[7],表明試運期間的汽水品質(zhì)優(yōu)化措施對運行后的化學(xué)監(jiān)督起到了良好的促進(jìn)作用,為以后同類型機組調(diào)試工作提供了良好的借鑒經(jīng)驗。

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(責(zé)任編輯 侯世春)

Optimized measures for improving steam-water quality during integralstarting-up of newly-built supercritical and ultra-supercriticalonce-through boilers

XUE Changgang, TIAN Junming, WANG Fengtao, ZHAN Shengping, ZHAO Zhansheng

(State Grid Henan Electric Power Research Insitute.,Zhengzhou 450052, China)

Aiming at the problems of newly-built supercritical and ultra-supercritical once-through boilers influencing the project of trial operation during debugging, including low quality of steam and water, and low speed of qualification, this paper expounds the resource and harms of impurities in thermal power system of newly-built units, analyzes the factors influencing steam-water quality and proposes optimization measures, including installation control, optimization of assay, application of analytic instruments and chemical cleansing. The time-consuming for silicon cleaning is shortened obviously and oil, coal and water are economized. These measures could be referenced for improving steam-water quality by other large capacity and high parameter generator units.

supercritical and ultra-supercritical; debugging; integral starting-up; steam-water quality; optimized

2015-02-21。

薛昌剛(1982—),男,2008年畢業(yè)于湖南大學(xué)化學(xué)專業(yè),碩士,工程師,主要從事電廠化學(xué)調(diào)試技術(shù)的研究及應(yīng)用。

TK229

A

2095-6843(2015)04-0372-05