某化工厂汽轮机积盐原因分析及对策

陶树成 周渤洋 盛杰兴

摘要:文章针对某化工厂蒸汽汽轮机积盐的实际情况,对其主要成因进行了分析,并提出了处理办法和预防措施,包括对于中压余热炉严格按照《中小型锅炉运行规程》及《火力发电厂水汽监督导则》执行水质及运行参数的管理;完善余热锅炉汽水分离系统、分级蒸发系统,使其能够实现彻底的汽水分离;完善该锅炉的连续排污系统;严格控制各项运行指标,保证各项指标波动平稳等。

关键词:化工厂;汽轮机积盐;余热锅炉;沉积物

中图分类号:TQ111文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)20-0179-02

在锅炉给水指标合格的情况下,加强锅内水处理的管理工作,并保证锅炉的合理运行工况,是防止过热器和汽轮机内积盐、保证机组安全长周期经济运行的重要因素。某厂装置汽轮机采用的中压蒸汽,主要由该厂锅炉车间提供,多年来运行未出现因蒸汽品质原因影响汽机转数而需停车处理的问题。该厂经过多年的技术改造,其蒸汽平衡结构发生了根本变化:主要生产装置由外供中压汽转变为外输中压汽,并于开车后,经常出现后级用汽的汽轮机出现转数下降被迫停机检修的问题。对全厂中压蒸汽管网的平稳运行造成威胁,长期不解决,必然会影响全厂能耗水平,还会造成加速过热器内积盐,增加了爆管的危险。因此,尽早查出蒸汽品质恶化的原因,并采取切实可行的措施解决,使蒸汽指标最终被控制在正常范围内,保证系统平稳、安全经济运行,将具有现实意义。

一、汽轮机系统运行存在的问题及危害

(一)存在的问题及原因

2002年7月以来,某厂一装置采用了中压余热炉产汽作为热源后,出现了汽机转数逐渐下降,运行2～3周时间即需停机清洗的现象,通过加强水质监督情况有所好转;自2006年以来又多次发生类似的现象;经对汽轮机停车解体检查,发现叶片积盐严重,经过对垢样分析,其成分中主要为钠盐,并含有少量的硅酸盐成分。通过对余热炉炉水及蒸汽品质的日常监督,发现炉水pH及磷酸根指标变化较大,表明加药、排污不均匀;蒸汽指标钠含量基本在100?滋g/kg以上,高时达6000?滋g/kg;二氧化硅含量基本在80?滋g/kg以上,高时达2000?滋g/kg。此时为全面查找锅炉蒸汽品质问题,水质化验人员对除盐水及给水、动力锅炉、余热锅炉的炉水、蒸汽品质同时进行了监测,并在生产中对积盐严重的汽轮机改供动力锅炉蒸汽,发现除盐水、给水、动力炉汽水品质均不存在问题,积盐严重的汽机改供动力锅炉蒸汽后,消除了积盐严重的现象。以上事实可以断定,汽机积盐严重的问题是由装置余热炉产汽不合格造成的。

(二)余热锅炉蒸汽品质恶化的原因

通过对该厂装置汽机垢样分析,初步可判断催化余热炉送出的中压蒸汽产生了蒸汽污染,即蒸汽中硅酸钠等盐类物质,由于此类物质的存在,影响了汽机的正常运转。

该厂的余热锅炉为中压汽包锅炉,而中压锅炉蒸汽污染的主要原因是蒸汽带水。

1.余热锅炉运行工况对蒸汽带水的影响。该余热锅炉汽包水位控制不好,波动过大,当水位过高时,会使汽包上面的汽空间高度减少,缩短水滴飞溅到蒸汽引出管口的距离,不利于自然分离,造成蒸汽带水量大。

2.余热锅炉负荷突变。由于受到化工装置生产负荷变化,余热锅炉的负荷变化频繁,有时出现超负荷情况,在负荷和压力突变时,汽包经常出现虚假水位现象,汽包水位忽高忽低,汽水分离效果变差,特别在过负荷运行时,来自上升管蒸汽量增多,汽水混合物动能增加,使得由于机械撞击、喷溅所形成水滴的量和动能都增大,蒸汽运载水分的能力增大,汽空间高度小,汽水分离恶化;资料统计显示,随着负荷增加,蒸汽湿分缓慢逐渐增大,当达到一个临界负荷时,再增负荷,蒸汽湿分就会急剧增加,为此,余热锅炉运行负荷应低于这一临界值。

3.汽包汽空间高度不适合,使得蒸汽带水严重。当汽包内经汽水混合物引入汽包的方式、蒸汽从汽包引出的方式、汽包内汽水分离装置的结构等原因造成的汽水分离不好时,影响到汽空间高度,使得蒸汽带水严重。经过对汽包内部部件检查发现,该厂余热锅炉的汽包内部汽水装置存在缺陷:该装置余热锅炉的汽包旋分的底部浸入深度不够,另外旋分筒顶部的分离器经常松动脱落,导致汽水分离效果不好。

4.锅炉排污系统不完善或排污不及时,炉水含盐量增加到一定程度时,因蒸汽带水与炉水含盐量成正比关系,未进行及时处理(如炉水中含油、有机物或水渣较多、加药较多时),使得炉水品质经常恶化,加剧了蒸汽带水。经检查分析,该装置余热锅炉排污量小,另外汽包内的连续排污装置排污系统缺陷。

(三)产汽不合格带来的危害

1.含有大量杂质成分的蒸汽进入汽机本体后,随着蒸汽温度、压力的变化,部分盐类随着溶解度的变化,使得汽机中各级隔板和叶轮上不同程度的积存,造成设备受力不均,严重时机组无法运行。

2.锅炉受热面积盐后,造成换热效果下降,使得管壁温度提高,将迫使过热段金属降低金属材料的机械性能,严重时会使受热面管发生变形和破裂等失效事故,危及锅炉设备的安全。

二、汽轮机的积盐过程

(一)汽轮机盐类沉积物的形成过程

1.锅炉过热蒸汽中的杂质一般有以下几种形态:一种是呈蒸汽溶液,这主要是硅酸和各种钠化合物;另一种呈固态微粒状,这主要是没有沉积下来的固态钠盐和铁的氧化物。此外,对于中、低压锅炉的过热蒸汽中还有微小的氢氧化钠浓缩液滴。实际上过热蒸汽的杂质大部分呈第一种形态,后两种形态的量通常是很少的。过热蒸汽进入汽轮机后,这些杂质会沉积在它的蒸汽通流部分,这种现象称做汽轮机积盐,沉积的物质称为盐类沉积物。

2.汽轮机内形成沉积物的过程主要是:带有各种杂质的过热蒸汽进入汽轮机后,由于压力和温度降低,钠化合物和硅酸在蒸汽中的溶解度随压力降低而减小,当其中某种物质的溶解度下降到低于它在蒸汽中的含量时,该物质就会以固态析出,并沉积在蒸汽通流部分。此外,蒸汽中那些微小的氢氧化钠浓缩液滴以及一些固态微粒,也可能粘附在汽轮机的蒸汽通流部分,形成沉积物。

(二)过热蒸汽中各种杂质在汽轮机内沉积的特性

1.钠化合物,主要为Na2SO4、Na3PO4、Na2SiO3、NaCl和NaOH等,其中Na2SO4、Na3PO4、Na2SiO3在蒸汽中溶解度较小,最先析出,主要沉积在汽机高压级内;NaCl和NaOH的溶解度稍大一些,主要沉积在汽轮机的中压级内。该装置汽轮机的积盐主要是钠盐。

2.硅酸在汽轮机内形成的SiO2沉积物,不溶于水、质地坚硬,常有不同的结晶形态。

三、汽轮机内积盐的清除

如汽轮机内有沉积物,应及时地清除,以免积累过多影响汽轮机的安全、经济运行。沉积在汽轮机内的易溶盐,可用湿蒸汽清洗的办法除掉,汽轮机可进行带负荷清洗和空载运行清洗两种;沉积在汽轮机内部的不溶于水的沉积物,一般是在汽轮机大修时,用机械方法清除,如用喷砂法清除汽轮机上的沉积物等。对于结有SiO2的中压汽轮机,可将转子吊出汽缸,放入到3%～5%NaOH溶液中,通入蒸汽煮,再用水清洗干净。该厂汽轮机属于中压蒸汽驱动的汽轮机,积盐主要是钠盐,采取的方法是湿蒸汽清洗法。

四、采取的措施

对于该厂汽轮机结垢的问题,根据其成因,应从以下几方面进行控制:

1.对于中压余热炉严格按照《中小型锅炉运行规程》及《火力发电厂水汽监督导则》执行水质及运行参数的管理;严格执行工艺控制指标(压力、温度、产汽量)及水质控制指标,必须保证给水水质控制在规定的范围内,以达到减少进入锅炉水中的杂质量,保证从汽包引出的是清洁的饱和蒸汽,并防止它在后段的污染。

2.完善余热锅炉汽水分离系统、分级蒸发系统,使其能够实现彻底的汽水分离;对该余热锅炉的旋风分离器安装尺寸进行合理调整:旋风分离器入口管中心线在汽包最高水位(运行的最高水位)以上,使得筒内水位低于进口管的边缘;旋分的底部伸入水中,其浸入深度在水位线下200mm处,防止蒸汽由下部窜出,这样确保了汽水分离的效果。

3.完善该锅炉的连续排污系统:连续排污管装在正常水位200～300mm以下,且远离净段与盐段的水连通管。并且加强连续排污及定期排污,正常水质时,要求定期排污24小时一次,水质异常时加大排污频次;并严格按相关规程的标准执行。

4.加强炉水加药的管理,在水质恶化的情况下,加大排污率(包括连排和定排),加强换水,并认真分析炉水水质和蒸汽品质,待蒸汽品质合格后方能进入用汽设备。

5.严格控制各项运行指标,保证各项指标波动平稳,减少或消除锅炉负荷、负荷变化速度和汽包液位等波动对品质的影响。避免超、低负荷及液位控制超标而引起汽水分离不好,造成蒸汽携带水分从而携带盐分,使用汽设备结垢。

6.委托有关科研所对余热炉进行热化学试验,求得保证良好锅炉蒸汽品质的运行工况,并根据试验结果,调整好锅炉运行工况,使其负荷、负荷变化速度、汽包水位不超过试验确定的允许范围,以保证蒸汽品质合格。

五、结论

通过采取以上一些措施,该厂于2008年5月对该炉进行了检修,采取了行之有效的内部结构改造措施。开车后运行一段时间表明,该装置余热锅炉产汽品质完全符合中压锅炉汽水质量标准,彻底消除了对汽轮机积盐的影响,保证了机组安全、经济地运行。

参考文献

[1]巩耀武,管炳军.火力发电厂化学水处理实用技术[M].中国电力出版社,2006.

[2]武汉水利电力大学.热力发电厂水处理[M].1983.

[3]中华人民共和国机械行业标准.工业锅炉运行规程(JB/T10354-2002)[S].2002.

作者简介:陶树成(1975-),男,吉林人,吉林燃料乙醇有限公司热电厂工程师,研究方向:锅炉运行及技术管理。