熱力發(fā)電機組凝結水污染診斷技術研究及應用

韓志遠

（內蒙古大唐國際托克托發(fā)電有限責任公司，內蒙古呼和浩特010206）

凝結水是鍋爐給水的主要組成部分。凝結水一 旦受到污染，即使配備凝結水處理設備也會影響給水和蒸汽品質。分析凝結水水質劣化原因并快速找到污染源，能夠減少或緩解水汽惡化，保證熱力設備安全?；诖?，建立凝結水污染模型并通過模型確定凝結水污染因子，進而保證凝結水品質是熱電廠的重要任務之一。信息化技術的發(fā)展也推動了熱電廠在監(jiān)測、數據儲存和分析方面發(fā)生質的變化。目前SIS系統(tǒng)已基本成為熱電廠的標準配置，其數據采集與存儲能力的快速發(fā)展為凝結水污染分析創(chuàng)造了有利條件。利用凝結水污染模型結合SIS系統(tǒng)儲存的歷史數據可以快速準確地確定污染源。

1 凝結水水質監(jiān)督存在問題

目前熱電廠的單機容量機組參數不斷提高，對水質要求較高，對應的機組系統(tǒng)越來越復雜。凝結水是利用冷卻介質（水或空氣）將汽輪機內做完功的蒸汽冷凝成的水，包括汽輪機凝結水、各種疏水、生產返回水、補充水等，容易受到污染。凝結水質量合格是保證整個水汽系統(tǒng)安全的前提〔1〕。以亞臨界機組為例，雖然凝結水氫電導率標準為≤0.3 μS/cm〔2〕，然而凝結水氫電導率一旦超過0.15 μS/cm，凝結水就可能受到污染。為保證鍋爐、汽輪機葉片不發(fā)生結垢、腐蝕、積鹽，除集控運行值班員和輔控化學監(jiān)督人員分別做好日常的運行和監(jiān)督之外，及時發(fā)現凝結水的劣化趨勢、分析原因并處理是監(jiān)督工作的重中之重。日常汽水監(jiān)督的實際情況表明凝結水各項指標最易發(fā)生問題〔3〕。

傳統(tǒng)熱電廠的水汽監(jiān)督是由運行人員定時監(jiān)盤或抄寫報表以發(fā)現問題，一旦凝結水氫電導率發(fā)生異常并不能立即追溯，將給異常處理造成困難。

2 建立凝結水污染診斷模型

國內外通常采用連續(xù)測定凝結水的氫電導率、溶解氧、凝結水鈉的方法監(jiān)測凝結水水質。氫電導率的測定是水樣先流經氫型陽離子交換樹脂柱，去除堿化劑對電導率的影響，然后測定氫離子交換后水的電導率。由氫電導率測量方法可知，被測水樣經過氫型陽離子交換樹脂后，陽離子被去除，水中僅留下陰離子（如 Cl-、）和相應的氫離子，氫氧根則與氫離子中和被消耗掉，不在電導率中反映。因此測定氫電導率可直接反映水中雜質陰離子的總量，并結合溶解氧和鈉來監(jiān)督凝結水水質〔4〕。

一般而言，凝結水污染主要有以下原因：（1）凝汽器不嚴密，漏入含有雜質的冷卻水，給凝結水帶來各種鹽類物質（離子態(tài)雜質）、懸浮物及硅化合物和有機物；（2）開式冷卻水漏入凝結水，給凝結水帶來各種鹽類物質（離子態(tài)雜質）、懸浮物及硅化合物和有機物；（3）疏水系統(tǒng)設備和管道腐蝕帶來的雜質離子和金屬腐蝕產物；（4）機組尤其是空冷機組漏真空也會影響凝結水的氫電導率和溶解氧；（5）凝結水補充水水質差〔5〕。

針對熱力發(fā)電機組凝結水系統(tǒng)的特點和凝結水的污染源，建立污染模型，判斷凝結水污染因子很有必要。建模時從大量與凝結水水質相關系統(tǒng)中挑選與建模主題相關的因子，將重疊信息精簡后，應用凝結水水質指標并結合可能的污染源，歸納總結、建立凝結水污染模型。通過凝結水水質數據分析并結合凝結水污染模型，可以較準確地確定污染源，對凝結水水質監(jiān)督和污染診斷具有重要意義〔6〕。表1為凝結水受污染時水質變化（劣化）的經典診斷模型。

表1 凝結水受污染時水質變化（劣化）診斷模型

3 凝結水污染模型應用方法

3.1 凝結水污染判斷

凝結水在線氫電導率在檢測凝結水水質變化時反應最為靈敏，因此將其作為最重要的水質監(jiān)督指標，溶解氧、鈉和其他手工檢測的硬度等指標作為輔助手段，建立完整的反映凝結水水質的數據。通過SIS系統(tǒng)數據庫將氫電導率、溶解氧、鈉等數據導出歷史曲線趨勢或數據分析，對照表1模型，快速分析凝結水污染原因，如：凝結水氫電導率升高且有硬度，基本可以確認凝汽器泄漏，可為事故和異常處理贏得寶貴時間。

3.2 特殊條件下凝結水污染判斷

實際應用中，在凝結水污染影響因素不明顯的情況下，需根據表1模型逐一排查，才能確認污染源。例如，凝結水氫電導率儀陽離子交換樹脂失效引起的氫電導率升高，并不是真正的凝結水受到污染；凝結水補充水電導率高，導致凝結水氫電導率升高，可通過凝結水補充水的在線電導率表快速分析并發(fā)現問題〔7-8〕。

4 凝結水污染模型應用實例

某熱電廠共有8×600 MW亞臨界機組和2臺660 MW超超臨界機組，1#～4#機組是濕冷機組，其中1#～2#機組凝汽器為鈦管，3#～4#機組凝汽器為雙相不銹鋼管；5#～10#機組為直接空冷機組，其汽動給水泵小汽輪機凝汽器為不銹鋼管，但汽動給水泵小汽輪機凝結水均通過循環(huán)水冷卻后并入主機凝結水系統(tǒng)，因此空冷機組凝結水同樣存在被循環(huán)冷卻水污染的風險。用模型驗證凝結水污染實例，結果見表2。

表2 凝結水污染模型實例

5 結論

（1）通過理論建模和實際案例，以熱電廠SIS系統(tǒng)數據庫儲存的凝結水水質歷史數據，可為凝結水監(jiān)督、劣化趨勢、異常診斷分析等提供先進、便捷的技術手段，并提供可靠的數據支撐，快速而準確地確定凝結水污染源，進而為保證機組的水汽質量提供可靠保障。SIS系統(tǒng)數據庫技術也可為其他水處理行業(yè)構建智慧水務提供必要的基礎數據信息。

（2）凝結水氫電導率已成為監(jiān)測機組凝結水水質的最重要手段，與其他指標相比，可靠性高，能夠反映凝結水的水質變化，準確、及時且靈敏，對凝結水水質監(jiān)督有重要意義。

（3）凝結水一旦受到較嚴重的污染，即使冷卻水是淡水，凝結水精處理混床也可能被穿透，從而影響給水和蒸汽品質。因此，正確分析凝結水氫電導率變化原因，并快速找到污染源，能夠減小或緩解水汽惡化對熱力設備造成的影響。

（4）凝汽器泄漏是凝結水污染較常見的形式，但開式冷卻水污染與凝汽器泄漏污染結果有一定共性，如果可通過堵漏等措施排除凝汽器泄漏污染，則需要尋找開式冷卻水污染凝結水的污染源。

（5）漏真空導致的二氧化碳污染凝結水同樣不可忽視，其具有隱蔽性且系統(tǒng)復雜，更不易查找污染源。特別是空冷機組本身空冷系統(tǒng)龐大，更易發(fā)生空氣漏入凝汽器、CO2溶入凝結水，導致凝結水水質異常時，可通過加大加氨量來提高凝結水pH，同時保證凝結水100%處理，防止水汽系統(tǒng)發(fā)生腐蝕。