水溶紙對(duì)主蒸汽品質(zhì)的影響和分析

周志彬，常亮

(潤電能源科學(xué)技術(shù)有限公司， 鄭州 450000)

0 引言

某發(fā)電廠有2臺(tái)600 MW超臨界直流爐燃煤發(fā)電機(jī)組，單臺(tái)鍋爐最大蒸發(fā)量1 905 t/h。2018年5月因發(fā)生過熱器爆管事故停機(jī)檢修，2018-07-05機(jī)組檢修后啟動(dòng)，當(dāng)天17:40機(jī)組并網(wǎng)。啟動(dòng)后發(fā)現(xiàn)主蒸汽氫電導(dǎo)率頻頻出現(xiàn)短時(shí)間偏高現(xiàn)象，2018-07-06 T 09:00主蒸汽氫電導(dǎo)率0.156 μS/cm(標(biāo)準(zhǔn)值為0.100 μS/cm)，此后主蒸汽氫電導(dǎo)率連續(xù)多日出現(xiàn)這種情況，特別是每當(dāng)夜間負(fù)荷較低時(shí)，主蒸汽氫電導(dǎo)率就會(huì)出現(xiàn)異常偏高現(xiàn)象，每次出現(xiàn)時(shí)間10～20 min，之后快速下降到標(biāo)準(zhǔn)值以下。2018-07-11 T 11:06主蒸汽氫電導(dǎo)率達(dá)到最高值1.481 μS/cm。此外，#1機(jī)組啟動(dòng)初期，曾出現(xiàn)凝結(jié)水精處理高速混床出水pH值偏低現(xiàn)象，最低時(shí)曾小于5.0。

1 原因分析

為查找原因，對(duì)2018-07-06—14主蒸汽氫電導(dǎo)率異常期間在線鈉表和氫電導(dǎo)率表的數(shù)值進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見表1。

表1 #1機(jī)組主蒸汽品質(zhì)異常情況統(tǒng)計(jì)Tab.1 Statistics on abnormal quality of main steam of No.1 unit

續(xù)表

注：w(Na)標(biāo)準(zhǔn)值為2 μg/kg，氫電導(dǎo)率標(biāo)準(zhǔn)值為0.1 μS/cm[1]。

電導(dǎo)率是電阻的倒數(shù)，水溶液中的各種離子都具有導(dǎo)電的能力，水溶液中各種離子的電導(dǎo)率之和為該水溶液的電導(dǎo)率。氫電導(dǎo)率是水樣先經(jīng)過氫型強(qiáng)酸離子交換柱處理，水中除氫離子以外的陽離子全部被氫離子替換，只留有陰離子和氫離子，然后測得電導(dǎo)率，反映出水汽中陰離子的綜合含量[2]。

為查找過熱器爆管原因和防止過熱器氧化皮剝落再次引起爆管事故，檢修期間，電廠對(duì)#1機(jī)組過熱器進(jìn)行了大面積的割管檢查，切口有1 000多道，恢復(fù)時(shí)采用氬弧焊焊接工藝。

氬弧焊是為防止焊區(qū)氧化,保證焊縫的力學(xué)性能及耐腐性，在電弧焊的周圍通上氬氣作為保護(hù)氣體，將空氣隔離在焊區(qū)之外的焊接方法。據(jù)調(diào)查，在過熱器恢復(fù)過程中，為防止氬氣泄漏，使焊接部位處于氬氣保護(hù)氛圍，使用專用速溶型水溶紙(以下簡稱水溶紙)對(duì)焊口兩端進(jìn)行了堵塞[3]。

1.1 水溶紙簡介

水溶紙的主要成分是66%羧甲基纖維素(CMC)鈉鹽和33%紙漿及助劑[4]。 羧甲基纖維素是由纖維素和一氯醋酸在氫氧化鈉溶液中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)(醚化作用)，得到一種吸水性很強(qiáng)的白色或微黃色的固體粉末狀物質(zhì),根據(jù)羧甲基纖維素含量不同，可以生產(chǎn)出溶解速度不同的水溶紙[5]。

1.2 水溶紙成分分析

本次檢修使用上海某科技公司生產(chǎn)的水溶紙約30 kg，根據(jù)生產(chǎn)廠家提供的資料，水溶紙用水沖洗30 s左右就能迅速溶解，在熱蒸汽中很難溶解。廠家提供的水溶紙中各化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)見表2。

為查找主蒸汽氫導(dǎo)超標(biāo)原因，該發(fā)電廠實(shí)驗(yàn)室對(duì)剩余的該型水溶紙進(jìn)行了成分分析，各成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)見表3。0 g/L和1 g/L的水溶紙溶解后的雜質(zhì)離子質(zhì)量濃度見表4。

由表2—4可知，水溶紙的主要陰離子是氯離子和硫酸根離子，主要陽離子是鈉離子和鈣離子。該發(fā)電廠實(shí)驗(yàn)室分析結(jié)果顯示，該型水溶紙氯離子的實(shí)際質(zhì)量分?jǐn)?shù)是廠家控制質(zhì)量指標(biāo)的40.7倍，硫酸根質(zhì)量分?jǐn)?shù)是廠家控制質(zhì)量指標(biāo)的66.7倍，廠家控制指標(biāo)中不該含有的鈉、鈣離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)非常高，而且水溶液中還含有很高的總有機(jī)碳(TOC)。

表2 廠家提供水溶紙成分檢測報(bào)告Tab.2 Manufacturer’s test report on water soluble paper composition %

表3 該發(fā)電廠化驗(yàn)室水溶紙成分分析報(bào)告Tab.3 Composition analysis report on water soluble paper by power plant laboratory %

表4 水溶紙溶解后雜質(zhì)離子的質(zhì)量濃度Tab.4 Content of impurity ions after dissolution of water-soluble paper

當(dāng)強(qiáng)電解質(zhì)溶液濃度小于0.001 mol/L時(shí)，摩爾電導(dǎo)率與濃度c的二次方根存在線性關(guān)系

該機(jī)組鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量為1 905.0 t/h，按50%負(fù)荷時(shí)蒸汽流量900.0 t/h計(jì)算，如果僅僅考慮水溶紙中氯化物和硫酸鹽對(duì)蒸汽氫電導(dǎo)率的影響，根據(jù)極限摩爾電導(dǎo)率理論，1.00 μg/L的氯離子對(duì)氫電導(dǎo)率的貢獻(xiàn)為0.012 μS/cm[7]，1.00 μg/L 的硫酸根離子對(duì)氫電導(dǎo)率的貢獻(xiàn)為0.009 μS/cm[8]，如果機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)的主蒸汽氫電導(dǎo)率為0.100 μS/cm，當(dāng)氯離子質(zhì)量濃度為3.50 μg/L，硫酸根離子質(zhì)量濃度為1.10 μg/L時(shí)，氫電導(dǎo)率就能達(dá)到0.150 μS/cm。根據(jù)水溶紙化驗(yàn)結(jié)果，也就是說當(dāng)每10 min有86 g這種水溶紙持續(xù)溶解于過熱蒸汽中時(shí)，氫電導(dǎo)率就會(huì)達(dá)到0.150 μS/cm以上。而機(jī)組在檢修過程中實(shí)際使用這種水溶紙多達(dá)30 kg。

1.3 TOC對(duì)主蒸汽品質(zhì)的影響

羧甲基纖維素分子式為C8H11O7Na[9]，是水溶紙溶液中TOC的主要來源，利用熱重-紅外聯(lián)用分析儀(TG-FTIR)及小型流化床熱解反應(yīng)器研究纖維素的熱解特性，研究表明：纖維素?zé)峤猱a(chǎn)物隨熱解溫度升高產(chǎn)率增加，當(dāng)熱解溫度升到550～570 ℃時(shí)，纖維素基本熱解完全。纖維素?zé)峤膺^程中，除生成H2O，CO，CO2和CH4等輕質(zhì)氣體外，還有大量的醛、酸、酚等產(chǎn)物生成[10]，生成的酸主要是低分子有機(jī)酸。根據(jù)極限摩爾電導(dǎo)率理論每1.00 μg/L的乙酸根對(duì)氫電導(dǎo)率的貢獻(xiàn)為 0.057 μS/cm，每1.00 μg/L的CO2對(duì)氫電導(dǎo)率的貢獻(xiàn)為 0.003 μS/cm。因此，水溶紙中TOC也是導(dǎo)致主蒸汽氫導(dǎo)超標(biāo)的主要原因。

2 解決方案

為防止陰離子進(jìn)一步對(duì)機(jī)組設(shè)備造成傷害，采取了以下方案。

(1)將高速混床失效終點(diǎn)氫電導(dǎo)率降低至0.120 μS/cm，確保高速混床氫型運(yùn)行[11]。

(2)鍋爐給水的pH值按GB/T 12145—216《火力發(fā)電機(jī)組及蒸汽動(dòng)力設(shè)備水汽質(zhì)量》標(biāo)準(zhǔn)的上限(9.4～9.6)控制，防止木質(zhì)纖維素高溫分解的低分子有機(jī)酸對(duì)過熱器造成腐蝕。

3 實(shí)施效果

2018-07-15 T 09：00按以上方案實(shí)施后，蒸汽品質(zhì)異常情況見表5。

從表5看出，當(dāng)采取措施控制精處理出口氫電導(dǎo)率≥0.120 μS/cm，即進(jìn)行再生以后主蒸汽鈉及氫電導(dǎo)率明顯降低，當(dāng)日21:00雖略有超標(biāo)，但氫電導(dǎo)率已接近合格，7月18日之后鈉及氫電導(dǎo)率沒有再出現(xiàn)不合格現(xiàn)象。

表5 #1機(jī)組主蒸汽品質(zhì)異常情況統(tǒng)計(jì)Tab.5 Statistics on abnormal quality of main steam of No.1 unit

4 結(jié)束語

本次#1機(jī)組啟動(dòng)后，主蒸汽氫電導(dǎo)率出現(xiàn)異常偏高的主要原因是：機(jī)組過熱器氬弧焊過程中，使用了大量的含高氯化物、高硫酸鹽的“水溶紙”，因啟動(dòng)前沒有對(duì)鍋爐過熱器進(jìn)行充分沖洗，殘存在過熱器中的水溶紙?jiān)跈C(jī)組啟動(dòng)后持續(xù)釋放出的氯化物、硫酸鹽等雜質(zhì)離子，以及羧甲基纖維素?zé)岱纸獾牡头肿佑袡C(jī)酸、二氧化碳等是導(dǎo)致主蒸汽氫電導(dǎo)率異常偏高的主要原因。