提高凝汽器循环水冷却效果的分析与措施

2013-08-31孙由忠

电力与能源 2013年3期

孙由忠

（上海上电漕泾发电有限公司，上海 210507）

0 引言

上海上电漕泾发电有限公司（以下简称上电漕泾）一期工程2台1GW超超临界燃煤发电机组的配套锅炉为超超临界变压运行燃煤直流炉；汽轮机为一次中间再热、凝汽式、单轴、四缸四排汽超超临界机组；凝汽器采用钛管，每台机组约3.2万根，总有效面积为4.9万m2；循环冷却水采用上海金山杭州湾海水，直排式，流量为28.5m3／s。1、2号机组分别于2010年1月12日及4月5日完成168h考核，投入商业运行。

1 加药处理海水

1）海水富营养化金山杭州湾的海水，常年水温为9.5～30.7℃，pH为6.9～7.6，悬浮物为500～1 300mg／L，CODcr为40～105mg／L，氨氮为0.2～2.05mg／L。海水富营养化，海生物较丰富，有一定的污染，常见有形体较大的植物性藻类物质，动物性的如紫壳菜和藤壶等贝壳，这些微生物都会对设备的安全经济运行造成危害，例如：污染造成钛管传热不佳，引起凝汽器真空恶化，影响机组热效率，严重时还会造成停机事故。

2）海生物生长环境影响海生物生长的环境条件是水温、光照、溶解氧和溶解硫化物、盐分浓度、pH值、无机物和有机物浓度等。对海水处理目前采用投加液体次氯酸钠的方法，对凝汽器循环冷却水进行杀菌灭藻和防治贝壳类物质的生成。

3）加氯处理机理氯是一种强氧化剂，能穿透细胞壁，与细胞质反应，在高浓度下使细胞受到破坏；在水中能水解成次氯酸（HOCl）和盐酸（HCl）。次氯酸是一种不稳定的化合物，能分解为盐酸和新生态氧，而新生态氧是一种很强的氧化剂，可以杀死微生物。

4）加药流程外来加药槽车→低位次氯酸钠槽→输送泵→高位次氯酸钠槽→次氯酸钠加药泵→分别送往循环水井远端部位及近端部位加药。

5）加药设备 1只低位次氯酸钠槽容积为12m3，2只高位次氯酸钠槽容积分别为15m3，2用1备次氯酸钠加药泵的额定出力为2 408L／h。外送的次氯酸钠的质量浓度为有效氯10%，密度约为1.17g／cm2，加药后凝汽器出口余氯控制在0.1～0.5mg／L，每天加药时间为30～60min。

2 凝汽器水侧异常分析

2.1 现场检测

2台机组在投运后的1年里，各进行了2次检修。化学人员进入凝汽器水侧人孔做化学检测时发现水室中长满藻类物质，内、外侧出口水室处布满贝壳类物质及鱼虾，钛管黏结淤泥及水藻，如果任其发展，必然阻塞管道流通，影响凝汽器传热效果，对机组安全经济运行带来危害。

2号机2011年2月开人孔检查情况如图1所示，1号机2011年5月开人孔检查情况如图2所示。

图1 2号凝汽器水侧检查情况

图2 1号凝汽器水侧检查情况

2.2 主要原因分析

2.2.1 加药量的影响

对加药量的影响分析，按三种工况进行计算。

1）加药泵出力（100%）为2 400L／h时循环水流量为10.2×104m3／h时，加药量（有效氯）为2.75mg／L；循环水流量为7.65×104m3／h时，加药量（有效氯）为3.67mg／L；循环水流量为5.1×104m3／h时，加药量（有效氯）为5.51mg／L。

2）加药泵出力（75%）为1 800L／h时循环水流量为10.2×104m3／h时，加药量（有效氯）为2.06mg／L；循环水流量为7.65×104m3／h时，加药量（有效氯）为2.75mg／L；循环水流量为5.1×104m3／h时，加药量（有效氯）为4.13mg／L。

3）加药泵出力（50%）为1 200L／h时循环水流量为10.2×104m3／h时，加药量（有效氯）为1.37mg／L；循环水流量为7.65×104m3／h时，加药量（有效氯）为1.84mg／L；循环水流量为5.1×104m3／h时，加药量（有效氯）为2.76mg／L。

将循环水流量与加药泵铭牌出力组合计算，结果如表1所示。

表1 循环水流量与加药泵出力计算结果

由表1可知，加药量最高为5.51mg／L，最低为1.37mg／L。当夏季负荷大、水温高，循泵出力（100%）水流量为10.2×104m3／h时，次氯酸钠消耗快，到凝汽器出口余氯就很小。另外，次氯酸钠加入水中杀微生物的化合物为HOCl。pH为5.5时，HOCl比率为98.6%；pH 为6.5时，HOCl比率为95%；pH为7.5时，HOCl比率为50%。上电漕泾所处的海水pH值为6.9～7.6，HOCl比率打折后，实际加药效果还要低。

2.2.2 水污染与水温的影响

从上电漕泾所处的海水水质来看，CODcr为40～105mg／L，氨氮为0.2～2.05mg／L，海水受到一定程度有机物和工业废水的污染，加上每年海水温度大多为20～25℃，非常适宜微生动植物生长。因此，消耗药量较大，同时也使有效氯衰减迅速。

2.2.3 测试方法的影响

采用联邻甲苯胺目视比色法或用Thermo AQ3070余氯仪测定余氯，方法是采样后立即加试剂，摇匀后反应1min，立即过滤浑浊，5min后目视或仪器比色。

机组投产1年里，测定余氯值为0.1～0.5mg／L，属于正常。但在2011年2月及2011年5月检测凝汽器水侧运行状况时，发现设备健康状况较差。通过寻找原因，发现在未加药的情况下，海水也会因试剂作用产生颜色，也就是说海水有干扰物质与试剂作用，产生本底空白，实际余氯扣除空白要小得多。加药跟踪情况如表2所示。

表2 2011年5月跟踪试验统计汇总

由表2可知两点，一是扣除空白值（未加药）后，余氯含量很小（0.01～0.29mg／L）；二是空白值与海水浑浊度有关，如空白值为0.05mg／L，海水浑浊度较清；空白值为0.21mg／L，海水浑浊度为浑浊。

2.2.4 设备受损的影响

由于次氯酸钠氧化性较强，造成加药泵和管道长期运行后加剧腐蚀和严重损坏；由于加药管频繁泄漏，需要经常检修；2、3号加药泵经校核出力也变小，对机组循环冷却水处理影响较大。从开人孔检查总体来看，1号机组的健康水平要比2号机组略好。

3 提高水质处理的试验及措施

3.1 小型试验

根据不同季节，模拟现场加药量，观察计算次氯酸钠消耗量和余氯量。2011年7月6日用“烧杯”小试，取海水于5只1L聚乙烯小口瓶中，依次加入配制的次氯酸钠标准液，采用5min，10min，30min测定1次余氯，试验结果如表3所示。2012年1月17日“烧杯”小试，试验结果如表3所示。对比试验结果可以看到，在夏季消耗药量较大。因此在夏季要采取加大药量、延长加药时间、一天加二次等措施。

表3 2011年7月6日“烧杯”小试结果

表4 2012年1月17日“烧杯”小试结果

3.2 改进测试方法

加药前取样分析空白水样，药泵停后5～10min，取样分析加药后的水样。操作Thermo AQ3070余氯仪工艺步骤如下。

1）仪器校正零点。

2）用10mL具塞比色管现场取加药前的海水分析本底空白。加入试剂摇匀反应，1min产生颜色，立即过滤于另一根比色管，去掉浑浊度，5min仪器上比色。

3）药泵停后5～10min，用10mL具塞比色管现场取样，取样时乳胶管插入管内溢流一会儿，立即盖紧盖子，带回实验室。

4）甩去一点水样，立即加入试剂摇匀反应，1min产生颜色，立即过滤于另一根比色管，去掉浑浊度，5min仪器上比色。

5）实际余氯＝水样余氯－空白余氯

6）根据测得实际余氯量，可以调整加药泵开度或变频量，也可调整加药时间。

3.3 加强运行管理

1）实时调整药量每天加药前要查看机组实际负荷，根据循环水流量（循泵运行台数）决定加药泵的冲程或变频的开度。

2）依海水温度和季节加药夏季海水温度大多为25℃，微生物生长快，加上机组负荷较高，可加大药量，也可采取延长加药时间或每天加二次的策略，冬季适当减少；对贝壳类物质用氯处理，有一定难度。根据大多数贝壳类物质的习性，在每年的2～6月产卵期到浮游生活期，可采取加大药量杀卵、虫的措施。从2012年起，实施春夏两季都适当提高药量处理的方案，取得了明显效果。

3）维护好加药设备加强对加药泵的定期检查和清理垃圾；对腐蚀严重的管道、法兰及时调换；对外来药品加强验收。

4）加药时要认真监盘根据药槽液位下降情况和加药化验结果，判断地沟管道是否发生泄漏。

5）提升胶球清洗质量定期进行胶球清洗，清除钛管内微生物和粘泥。

6）清除杂物要彻底凝汽器水侧检修要将微生物清除干净，做到严格验收。

4 改进后的效果及完善

4.1 效果显现

针对凝汽器出现的上述问题，通过试验比对，采取一系列整改措施，取得了明显的效果。从2011年下半年起的凝汽器水侧开人孔检查中，藻类物质明显减少，贝壳类物质也有所减少，证实了治理措施得当，而且朝着有利方向发展。2012年4月30日，1号机凝汽器水侧检查，钛管表面干净，如图3所示。2012年9月25日，2号机凝汽器水侧检查，水室底部水藻及贝壳类较少，如图4所示。2013年4月22日，2号机凝汽器水侧检查，水室底部（B外侧进水）、钛管大多干净，钛管（A外侧进水）进口嵌有少量紫壳菜贝壳，如图5（a）和图5（b）所示。