亞臨界鍋爐汽水化學工況優(yōu)化的探討

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摘要： 通過熱化學試驗，分析了鍋爐在不同運行工況下的汽水品質變化規(guī)律，在額定負荷條件下保證蒸汽品質合格的爐水中鹽的最大允許質量濃度，以及鍋爐汽水分離裝置的效果，提出了爐水運行控制指標。
關鍵詞： 熱化學 溶解攜帶 爐水 蒸汽品質

　　作者簡介：劉世念（1972—），男，廣東梅州人，工學學士，助理工程師，研究方向為水處理及防腐。

　　目前，隨著高參數(shù)、大容量機組的不斷發(fā)展，在電力系統(tǒng)中超高壓、亞臨界鍋爐占了主導地位。為了掌握這類鍋爐在不同運行工況下的汽水品質變化規(guī)律，考查鍋爐汽水分離裝置的工作效率，監(jiān)測在額定參數(shù)下制造廠家規(guī)定的汽水指標，確定保證蒸汽品質合格的最佳排污量，對其進行熱化學試驗顯得特別重要。1999年3月對湛江電廠2號爐進行了熱化學試驗。湛江發(fā)電廠2號鍋爐目前汽水工況：連續(xù)排污門開度10％，定期排污周期為6 h，爐水控制指標SiO₂質量的濃度ρ（SiO₂）＜250μg／L，PO₄^3－的質量濃度ρ（PO₄^3－）為0．3～5．0 mg／L，pH＝9．0～10。

　　1　爐水中鹽的質量濃度對蒸汽品質的影響的試驗

　　1．1　爐水中鹽的臨界質量濃度

　　機組在正常運行下，汽包的壓力維持在16．0～17．8 MPa，鍋爐蒸發(fā)量維持在860～1001 t／h，電負荷維持在260～300 MW，汽包水位維持在（0±20）mm。鍋爐連續(xù)排污和定期排污全部關閉72 h，因為補給水的水質好且此階段凝汽器無泄漏現(xiàn)象，爐水中鈉和二氧化硅的質量濃度上升不明顯。

　　利用鍋爐磷酸鹽加藥系統(tǒng)，向鍋爐加入鈉鹽和硅酸鹽以提高爐水中鈉和硅的質量濃度，確定能維持蒸汽品質合格的爐水中鹽的最大質量濃度。爐水中鹽的質量濃度（以二氧化硅計）與蒸汽中硅的質量濃度如圖1所示。由圖1可見，蒸汽品質隨爐水中鹽的質量濃度的增大而不斷變差，爐水中硅的質量濃度在250～350μg／L時，可以保證蒸汽品質合格。

　　1．2　蒸汽的溶解攜帶

　　1．2．1　蒸汽硅酸鹽溶解攜帶

　　隨著壓力的增大，飽和蒸汽也象水那樣能溶解某些物質。飽和蒸汽溶解物質的能力可用分配因數(shù)來表示，在實際工作中，常用溶解攜帶因數(shù)來表示飽和蒸汽的溶解能力。

　　硅酸的溶解攜帶K_SiO2按下式計算：

　　從水解平衡式可知硅酸的攜帶因數(shù)隨爐水pH值的增大而減小。由于鍋爐的運行參數(shù)不同，其溶解攜帶因數(shù)也不一樣，所以，通過熱化學試驗可以測出對硅酸的溶解攜帶因數(shù)。

　　爐水的p H值在9．0～9．5之間，汽包壓力在16．0～18．4 MPa時，飽和蒸汽的硅質量濃度與爐水的硅質量濃度如圖2所示。利用回歸法計算圖2直線斜率，得K_SiO2＝8．7％。

　　1．2．2　蒸汽磷酸鹽溶解攜帶

　　磷酸鹽在蒸汽的溶解攜帶非常小，其汽水分配因數(shù)隨壓力變化而變化。2號鍋爐汽包運行壓力在14．0～18．5 MPa，磷酸根的分配因數(shù)為0．2×10^－4～1×10^－4左右。由于蒸汽中磷酸根的質量濃度非常低，因此采用濃縮方法測定，即先將飽和蒸汽的水樣濃縮后再檢測。試驗結果：當爐水中磷酸根的質量濃度為0．5～3 mg／L時，飽和蒸汽的磷酸根質量濃度約為4～20μg／L。

　　爐水進行磷酸鹽處理的主要目的是將進入爐水的鈣鎂離子形成水渣，利用鍋爐的排污使水渣排走。蒸汽總要按一定比例攜帶磷酸根，因此，在凝汽器不泄漏的情況下盡量少加磷酸鹽，以防止汽輪機結磷酸鹽垢。

　　2　鍋爐運行工況對蒸汽品質的影響的試驗

　　2．1　鍋爐負荷及負荷變化速度對蒸汽品質影響

　　汽包水位維持在（0±20）mm，鍋爐負荷按額定負荷的70％，80％，90％和100％4種情況變化，同時分別以30 t／min，60 t／min和90 t／min的速度改變鍋爐負荷。蒸汽品質的變化如圖3所示。

　　鍋爐汽包壓力是隨機組負荷變化的，機組負荷為額定負荷的100％時，鍋爐汽包的壓力為18．44MPa；當機組負荷為額定負荷的50％時，鍋爐汽包的壓力約為14．0 MPa。由于機組負荷低時汽包壓力也低，蒸汽的溶解攜帶少，在汽水分離效果相同的條件下，如果滿負荷時蒸汽品質合格，則低負荷時也能合格，這與試驗結果相一致。

　　試驗結果：機組負荷在額定負荷的70％～100％的范圍內，穩(wěn)定在某個負荷運行時對蒸汽品質無明顯影響，負荷變化速度在10 MW／min時對蒸汽品質無明顯影響，負荷變化速度在30MW/ min時對蒸汽品質有影響，飽和蒸汽的二氧化硅質量濃度從13.4μg／L上升至14.35μg／L，鈉的質量濃度從0．73μg／L上升至0．87μg／L，過熱蒸汽的二氧化硅質量濃度從12．6μg／L上升至14．36μg／L，鈉的質量濃度基本不變。

　　2．2 鍋爐汽包水位及汽包水位變化對蒸汽品質的影響

　　在機組負荷維持300 MW左右，爐水采用磷酸鹽加藥處理，連續(xù)排污全部關閉的條件下，當爐水中二氧化硅質量濃度在250～360μg／L時，汽包水位及水位變化速度對蒸汽品質的影響見圖4。

　　汽包水位在－75～＋100 mm范圍時，穩(wěn)定的水位對蒸汽品質無明顯的影響。汽包水位的變化速度在30 mm／min以下時，對蒸汽品質也無明顯的影響。

　　3　試驗結果分析和結論

　　3．1　汽水分離效果

　　蒸汽的污染是由爐水水滴攜帶（機械攜帶）和爐水中的雜質溶解在蒸汽中而造成的。為了減小機械攜帶所造成的蒸汽污染，本鍋爐的汽包內設有旋風分離器、波形板分離器和汽水清洗裝置等，當汽水分離裝置有缺陷或者鍋爐運行不正常時，機械攜帶就會增加。除此之外，影響汽水分離效果的主要因素有爐水濃度、汽包水位和鍋爐負荷。在汽包水位和爐水中鹽的質量濃度過高時，汽包壓力的劇變（負荷的快速變動）也容易使汽水分離效果變差，污染蒸汽。

　　試驗結果表明，只要給水水質合格，爐水的硅質量濃度分別控制在300μg／L以下就能保證蒸汽的品質合格。汽包水位在－75～＋100 mm，汽包水位的變化速度在30 mm／min以下，鍋爐負荷變化速度在90 t／min以下時，汽水分離效果良好。

　　3．2　鍋爐排污

    機組在正常運行時，爐水中硅和鈉的質量濃度低于試驗得出的允許值，說明平時鍋爐的排污過大，增加了汽水損失。在試驗過程中，在連續(xù)排污門、定期排污門都關嚴的情況下，鍋爐爐水中硅和鈉的質量濃度濃縮速度小。實際上，只要鍋爐給水的硅質量濃度不大于20μg／L（絕大部分時間小于15μg／L），凝汽器不泄漏，即使鍋爐連排門全關，蒸汽品質都能在長時間保證合格。但為了降低爐水中鐵的質量濃度和水冷壁的結垢速度，總排污率控制在0.3％～0.5％，定期排污周期控制為24 h。

　　3．3　爐水運行控制指標

　　a）當爐水采用磷酸鹽處理時，鍋爐爐水允許的硅質量濃度為300μg／L。在機組正常運行時，爐水的硅質量濃度控制在250μg／L以下。

　　b）汽包水位控制在－75～＋75 mm的范圍內，汽包水位變化速度小于30 mm／min。

　　c）在負荷的穩(wěn)定或負荷以10 MW／min的速度變化的工況下，蒸汽品質較穩(wěn)定，基本不受負荷的影響；當機組負荷以30 MW／min的速度變化時，蒸汽品質有明顯變化，飽和蒸汽的鈉質量濃度、硅質量濃度有所上升，但仍在合格范圍內。因此，機組負荷變化速度控制在小于30 MW／min的范圍內。

　　d）在額定負荷下蒸汽大約按爐水濃度的0．01％攜帶磷酸根，為了防止過熱器和汽輪機結磷酸鹽垢，在機組正常運行時，爐水中的磷酸根質量濃度最好維持在低限。在凝汽器不泄漏的情況下，爐水中磷酸根的質量濃度控制值為0．3～1 mg／L。