爐內(nèi)水工況優(yōu)化探討及經(jīng)濟性分析

魯 蒙

（晉能長治熱電有限公司，山西長治 046000）

1 某熱電公司水處理系統(tǒng)概況

某熱電公司裝機容量為2×330 MW 亞臨界參數(shù)直接空冷機組，2011 年10 月投產(chǎn)，鍋爐為東方鍋爐廠制造的亞臨界參數(shù)自然循環(huán)汽包爐。

水處理系統(tǒng)工藝流程為：中水→機械澄清池→蓄水池→多介質(zhì)過濾器→超濾→反滲透→除碳器→陽床→陰床→混床→除鹽水箱。多介質(zhì)過濾器6 臺，超濾裝置4 套，反滲透裝置2 套，離子交換除鹽設(shè)備2 套，除鹽水箱2 臺，水箱設(shè)置了柔性浮頂。給水處理方式一直為加氨和聯(lián)氨的還原性全揮發(fā)處理，爐內(nèi)水處理方式為低磷酸鹽低氫氧化鈉處理。凝結(jié)水處理裝置為粉末樹脂覆蓋過濾器。

2 給水處理方式優(yōu)化

2.1 給水還原性全揮發(fā)處理存在的問題

a）在除氧器出水氧的質(zhì)量濃度≤10 g/L 的條件下，聯(lián)氨和氧不發(fā)生反應(yīng)。除氧器出水溶解氧的質(zhì)量濃度一般≤2 g/L，在此條件下聯(lián)氨和氧不發(fā)生反應(yīng)，此時給水中的聯(lián)氨只是使得給水呈還原性環(huán)境。

b）在還原性條件下，有可能引起給水系統(tǒng)發(fā)生流動加速腐蝕。2019 年6 月和9 月，1 號機組和2 號機組分別進行C 修，期間化學技術(shù)檢查發(fā)現(xiàn)2臺鍋爐的汽包底部和汽包內(nèi)壁上均沉積有較多的黑色四氧化三鐵粉末，表明2 臺機組的給水系統(tǒng)均發(fā)生了比較明顯的流動加速腐蝕。

c）聯(lián)氨是致癌物，而且價格較貴。

2.2 給水處理方式優(yōu)化的實施

在給水氫電導率≤0.3 S/cm、除氧器出水氧的質(zhì)量濃度≤10 g/L 時，給水處理方式不應(yīng)采用還原性全揮發(fā)處理，而應(yīng)采用弱氧化性全揮發(fā)處理，即給水中只加氨不加聯(lián)氨。在弱氧化性全揮發(fā)處理條件下，給水系統(tǒng)的氧化還原電位逐漸升高，給水中的溶解氧會逐漸把Fe3O4氧化為Fe2O3，給水系統(tǒng)的流動加速腐蝕速度會逐漸降低，直至Fe3O4全部被氧化為Fe2O3，流動加速腐蝕就會被完全抑制。

2019 年1 月份起，給水處理方式改為弱氧化性全揮發(fā)處理。2020 年6 月份1 號機組C 修時，檢查發(fā)現(xiàn)汽包內(nèi)壁和底部的沉積物很少，表明給水系統(tǒng)的流動加速腐蝕已明顯減輕。

3 爐內(nèi)水工況優(yōu)化

3.1 爐內(nèi)水處理存在的問題

3.1.1 磷酸鹽純度低

2018 年12 月，對爐水加藥用的氫氧化鈉（分析純）和磷酸鈉（工業(yè)品）中的雜質(zhì)含量進行檢測。將分析純氫氧化鈉和工業(yè)品磷酸鈉分別配制成1 mmol/L 的溶液，用常規(guī)化驗方法和離子色譜分析方法分別進行了化驗，結(jié)果表明：工業(yè)品磷酸鈉中的雜質(zhì)含量遠大于分析純氫氧化鈉的雜質(zhì)含量，尤其是二氧化硅和氟離子，前者含量是后者的28 倍和930 倍。爐水加工業(yè)品磷酸鈉相當于人為加進去了大量雜質(zhì)，使得爐水含鹽量增大，濃縮加快，鍋爐排污量增大，從而導致除鹽水浪費，煤耗增大，降低了電廠的經(jīng)濟性。

2018 年12 月19 日—20 日采取水汽系統(tǒng)水樣進行了陰離子色譜檢測，結(jié)果顯示，除鹽水中氟離子含量極低，遠小于氯離子和硫酸根含量，而水汽系統(tǒng)的氟離子含量基本上都大于氯離子和硫酸根含量，其原因是由于爐水加工業(yè)品磷酸鈉導致的氟離子含量增高。

3.1.2 鍋爐排污率大

2019 年之前，由于工業(yè)品磷酸鹽帶入大量雜質(zhì)，爐水氫電導和硅含量時常超標，鍋爐排污率大。大量排污導致除鹽水和熱量的損失，降低了發(fā)電企業(yè)的經(jīng)濟性。

3.2 磷酸鹽處理的目的

爐水中加磷酸鹽的目的：一是磷酸鈉可以和爐水中的硬度離子反應(yīng)，生成堿式磷酸鈣水渣，通過排污將其排掉，去除爐水中的硬度離子；二是可以提高爐水的pH 值。

目前鍋爐補充水都是除鹽水，除鹽水的水質(zhì)非常好，尤其是空冷機組，沒有凝汽器泄漏的問題，爐水中基本上沒有硬度離子，加入磷酸鹽起不到和硬度離子反應(yīng)的作用，只起到了提高爐水pH 值的作用。

要提高爐水的pH 值就必須加入堿性物質(zhì)，磷酸鈉和氫氧化鈉都呈堿性，1 mol 磷酸鈉（Na3PO4·18H2O）是380 g，1 mol 氫氧化鈉（NaOH）是40 g，為了將爐水pH 值提高至同樣的水平，磷酸鈉的加藥量是氫氧化鈉的9.5 倍，加氫氧化鈉效果更好。因此，對于直接空冷機組而言，正常運行中爐水中無硬度離子，沒有必要向爐水中添加磷酸鹽。

3.3 爐內(nèi)水處理工況的優(yōu)化

2019 年1 月起，2 臺鍋爐爐水中停加磷酸鹽，爐內(nèi)水處理方式由低磷酸鹽低氫氧化鈉處理改為氫氧化鈉處理，此后爐水水質(zhì)明顯提高。與2018 年相比，鍋爐排污量大幅降低。

3.4 爐水的濃縮及鍋爐排污

爐水水質(zhì)監(jiān)控的意義在于使鍋爐水冷壁不發(fā)生嚴重結(jié)垢腐蝕和保證飽和蒸汽質(zhì)量，減輕汽輪機葉片的積鹽。爐水的含鹽量一般以氫電導率和硅含量來衡量，爐水的氫電導率和硅含量超標時就應(yīng)該進行排污?！痘鹆Πl(fā)電機組及蒸汽動力設(shè)備水汽質(zhì)量》（GB/T 12145—2016）和《火電廠汽水化學導則第4 部分 鍋爐給水處理》（DL/T 805.4—2016）對爐水的氫電導率和硅含量都規(guī)定了上限，以不影響飽和蒸汽含鹽量和不會導致爐管腐蝕為原則，未規(guī)定下限。如果為了保持爐水含鹽量低而大量排污會浪費大量燃煤，造成很大的經(jīng)濟損失。因此，大量排污保持爐水含鹽量很低是得不償失的，也是沒有必要的。

4 排污率降低的經(jīng)濟效益

4.1 補水量及補水率等指標統(tǒng)計

爐內(nèi)水工況優(yōu)化后，鍋爐補水率明顯降低（見表1）。根據(jù)表1 可計算2019 年和2020 年與2018年相比，小時補水量、年補水率和年發(fā)電水耗降低百分數(shù)（見表2），2020 年發(fā)電水耗比2018 年發(fā)電水耗降低了56.29%。

表1 2018 年—2020 年發(fā)電量、補水量、補水率統(tǒng)計

表2 2019 年和2020 年補水率及發(fā)電水耗降低百分數(shù)統(tǒng)計

4.2 排污率降低的經(jīng)濟效益計算

4.2.1 節(jié)水量和費用

補水量降低的各項影響因素中，排污率降低占比為70%。2019 年與2018 年相比，節(jié)水33 007 t，2019 年排污節(jié)水量33 007×70%＝23 104.9 t。

每1 t 除鹽水以25 元計，節(jié)水費用為25×23 104.9 ＝577 622.5 元（以57.8 萬元計）。

4.2.2 節(jié)省燃煤量和燃煤費用

汽包工作壓力以爐水溫度為355 ℃計，此參數(shù)下水的焓值為1 698.516 kJ/kg；除鹽水的溫度以20 ℃計，焓值為4.18 kJ/kg。將23 104.9 t 除鹽水加熱到355 ℃所需熱量為23 104.9×103×（1 698.5－4.18）＝3.915×1010kJ。

每年節(jié)省標煤量（標煤發(fā)熱量為29 308 kJ/kg）：3.915×1010÷29 308＝1.336×106kg。

每年節(jié)省燃煤費用（標煤單價為545 元/t）：1.336×106×545÷1 000＝727 964 元（以72.8 萬元計）。

上述2 項合計：57.8 萬元＋72.8 萬元＝130.6 萬元，僅2019 年全年2 臺鍋爐因減少排污帶來的經(jīng)濟效益為130.6 萬元。

5 結(jié)束語

對給水處理方式進行優(yōu)化后，減緩了給水系統(tǒng)的流動加速腐蝕；對爐內(nèi)水處理方式優(yōu)化后，減少了鍋爐的排污次數(shù)，降低了鍋爐的排污率，提高了發(fā)電機組的經(jīng)濟性，并產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟效益。