新建超(超)临界直流炉机组整套启动汽水品质优化措施

薛昌刚,田均明,王锋涛,詹胜平,赵战省

(河南省电力公司电力科学研究院,郑州 450052)

新建超(超)临界直流炉机组整套启动汽水品质优化措施

薛昌刚,田均明,王锋涛,詹胜平,赵战省

(河南省电力公司电力科学研究院,郑州 450052)

针对新建超(超)临界直流炉机组调试过程中汽水品质差、合格速度慢、影响试运工期等问题,阐述了新建机组热力系统杂质的来源及危害,分析了影响汽水品质的因素,提出了安装过程控制、优化化验方法和分析仪器、化学清洗热力系统等优化措施。实践验证,这些汽水品质优化措施可以快速改善机组试运期间的水汽品质,明显缩短洗硅运行时间,节省大量燃油、煤、水等,对其它新建机组试运期间改善汽水品质上具有一定的借鉴意义。

超(超)临界;调试;整套启动;汽水品质;优化

目前,600 MW、1000 MW机组已成为中国电网装机容量的主力发电机组,对汽水品质的要求也越来越高。不少新建电厂由于片面追求工期目标,安装质量控制不严格,导致热力系统杂质在后期机组试运过程中频繁堵塞滤网,甚至造成跳机现象。锅炉的给水水质和蒸汽品质无法得到保证,给机组的热力设备安全带来隐患。虽然近年来有许多专家、学者在新机组的汽水品质改善上提出了一系列有效措施,取得了较好的应用效果[1-5],但在试运期间,不便操作,经济成本高、工期也长。本文根据超(超)临界机组调试工作的实践,将影响汽水品质的因素进行分析和验证,研究了汽水品质改善过程的杂质含量趋势,提出了在机组试运期间快速改善汽水品质的措施和方法。通过实践验证,该方法效果较好,可以明显缩短汽水品质合格时间,节省大量经济成本,有利于机组安全稳定运行。

1 热力系统杂质的来源及危害

新建机组热力系统污染物主要有以下几种:

1) 设备及系统在轧制、加工过程中形成的氧化轧皮。

2) 存放、运输、安装程中所产生的腐蚀产物、油污、焊渣、泥沙及保温材料。

3) 试运过程中机组频繁启停所产生的腐蚀产物及凝汽器泄漏所引入的冷却水杂物等。

以上污染物不仅能引起热力设备积盐、腐蚀、结垢,甚至使锅炉爆管,影响机组的使用寿命。因此,快速、高效去除以上杂质是机组试运过程中亟待解决的问题。

根据发电机组的建设周期,以国华孟津电厂2×600 MW工程2号机组试运为例,从设备、管道安装到机组168 h试运结束,针对不同阶段影响汽水品质的因素逐一进行分析,并提出一系列优化措施。

2 汽水品质优化措施

2.1 安装过程控制

1) 在设备、管道从厂家运输至安装现场时,工地环境比较差,应注意对其进行保护,做到不进尘土,断口处要用胶布进行密封。

2) 安装前后应对管道及设备进行清扫,或压缩空气吹扫,清理焊渣、氧化皮等污染物。

3) 在保温施工过程中,勿将保温材料漏入管道或容器中,增加后期的清理难度。

4) 设备、管道在资材部门存放过程中,应确保储存环境干燥、整洁,避免引起在现场的二次腐蚀或损坏。

5) 在锅炉水压完毕及长时间停炉时,应按《火力发电厂停(备)用热力设备防腐蚀导则DL/T956-2005》等标准对锅炉进行保养。

2.2 优选分析仪器

在以前的调试工程中发现,许多电厂由于化验人员操作不熟练、标准试剂潮湿、污染、分析仪器未校准、取样方法不规范等原因,造成化验结果不准确,耽误了试运工期,影响了试运决策。因此,在不断减少化验误差的同时,应对化验人员进行培训,采用灵敏度高、准确度高、检测效率高的分析仪器。如国华孟津电厂、华电渠东电厂、河南新乡中益电厂等化验室均配置了美国哈希DR5000或DR6000型分光光度计。该仪器在检测铁离子含量上耗时短(仅需不到10 min),大幅提高了检测效率,比传统的邻菲罗啉法测含铁量节省了40～50 min,缩短了化验等待时间,降低了油、水、煤等消耗成本。

2.3 对机组热力系统进行化学清洗

对于基建机组,宜将炉前部分和炉本体两个系统分别进行清洗。炉本体及凝结水、除氧给水系统均进行碱洗、酸洗。为了降低后期给水再循环调节阀的卡涩几率,应将3根给水再循环管道、电泵和汽泵前置泵入口管道进行酸洗;除氧器酸洗后,形成钝化膜,可以明显改善后期除氧器腐蚀状况。

在高压加热器和低压加热器汽侧进行碱洗时,建议碱液从抽汽管道进入汽侧系统,再从危急疏水管回至凝汽器,这不仅扩大了清洗范围,更有利于后期疏水的回收,而且药液淋洗汽侧,清洗效果更好。模拟升温的炉水应排放。

加强化学清洗后的设备清扫工作,打开省煤器、水冷壁联箱,全面检查其内壁清洁程度,清扫沉积物,并处理排污管污堵。在除氧器内低压给水管入口处、凝汽器内凝结水泵入口处加装临时滤网,滤网通流面积为正常流量的3～5倍,以减少系统清洗过程中泥渣等杂物堵塞或损坏清洗设备。

2.4 正常投入凝结水精处理系统

一般在化学清洗与蒸汽吹管之间的20 d之内,将精处理系统调试完毕。在蒸汽吹管时,投入精处理系统系统,可以快速改善锅炉冷态、热态冲洗时的水质,达到节水目的。同时,也可以检验高速混床处理水量和出力性能。

在吹管结束后,根据树脂捕捉器的差压情况,对其进行清理,可以降低其在整启过程中污堵的概率。在精处理系统试运期间、再生效果满足的条件下,尽量不采用氨化运行,保证周期制水量合格。阴树脂再生时投入电加热器,提高混床除硅能力,缩短洗硅运行时间。

2.5 加强对减温水管路的冲洗

在过热器减温水及再热器减温水等管路的弯管、死角处,易存脏污,若冲洗不彻底,则杂质将进入到蒸汽中,引起蒸汽品质的恶化。因此,在吹管期间,即对其进行彻底冲洗,降低后期减温水污染蒸汽品质的几率。

2.6 汽水取样管路脏堵的解决措施

由于汽水取样管路脏堵,取得的水样并非真实水样,导致化验结果和在线仪表读数与真实水质结果偏差较大。处理措施如下:

1) 安装前对管路进行吹扫,保证取样管内部干净整洁;安装后将所有阀门处于关闭状态,防止系统污染物进入管中。

2) 在冷态、热态冲洗初期,不开启取样管就地一次门,防止系统大管道的脏污进入取样管内,造成堵塞,难以清理。

3) 在吹管前期,将主汽、再热入口、出口等取样就地一次门关闭,在吹管后期把取样门及高温架排污门打开,利用蒸汽压力吹扫取样管。若遇到堵塞,则吹管结束后趁机清理,防止在后期汽轮机冲转、机组并网时无法取得蒸汽水样。

4) 在高温架处依次拆开各减压阀进行冲洗,使排水澄清、透明、无杂物。在试运期间,通过频繁冲洗取样管路、更换滤元、再生阳树脂、校验仪表等方法保证取样真实、化验结果及时、准确。孟津电厂2号机组、渠东电厂1号机组采用此方法后,试运过程中未出现取样管堵塞现象。

2.7 控制合理的加药参数

为了使机组汽水品质合格,保证机组安全、经济运行,在试运过程中,一般使给水的联胺含量维持在10～50 μg/L。控制凝结水和给水的pH值维持在8.8～9.3和9.0～9.5,其中给水的pH值按高限运行,有利于锅炉在湿态运行时蒸汽洗硅。

2.8 冷态和热态冲洗质量控制

根据传统的系统设计,直流炉冲洗排放口多数在除氧器及储水罐处,分别外排至炉侧高排扩容器和回收至凝汽器。在孟津电厂工程,设计排放口有混床入口母管(φ219至地沟)、5好低压加热器出口(至循环水冷却塔)、除氧器出口(至高排扩容器及凝汽器)、给水操作台前(φ273至高排扩容器、φ219至凝汽器)及储水罐。排放口设计密集,每次锅炉上水均执行分段冲洗。冷态冲洗严格按照储水罐出口含铁量大于500 μg/L(高于调试导则[6]1000 μg/L的标准)外排,含铁量小于500 μg/L回收;含铁量小于200 μg/L时进行热态冲洗。热态冲洗终点控制为储水罐出口含铁量小于100 μg/L、省煤器入口含铁量小于50 μg/L,说明冲洗彻底,效果良好。锅炉首次冷态及热态冲洗时储水罐的水质结果如图1所示。

图1 锅炉首次冷态及热态冲洗时储水罐的水质

在冷态冲洗阶段(0～3 h),储水罐排水铁含量快速降低,当降至60 μg/L时,锅炉点火。在省煤器、水冷壁温度上升过程中,铁含量也迅速升高,当锅炉温度维持到190 ℃(保持4 h)时,储水罐铁含量达到峰值1450 μg/L,然后逐渐降至合格。热态冲洗结束时,储水罐铁含量100 μg/L,省煤器入口铁含量为30 μg/L,锅炉具备升压条件。整个冷热态冲洗耗时约7 h。

2.9 试运期间硅化合物的控制

新建机组热力系统的硅杂质主要来自管道和设备容器内部附着的泥沙、保温棉及含有硅化合物的物质等。这些含硅物质最终均以溶解态和胶态硅化合物进入炉内。蒸汽做功后,随蒸汽携带的硅酸便会从蒸汽中析出,在汽机高压缸内形成积盐,导致汽机效率和出力降低,从而影响机组的安全经济运行。

新建机组首次点火启动时,蒸汽中的硅含量是影响机组进行下一阶段试运的重要控制指标。根据调试经验,采取以下几个过程优化措施,可以尽快改善汽水品质,降低蒸汽中的硅含量:

1) 主要控制汽轮机首次冲转前洗硅、带负荷分阶段洗硅、提高炉水pH值、湿态时储水罐放水、高压加热器疏水的控制回收、精处理系统的正常投运等。

2) 通过停炉保护、排放高浓度炉水、对凝汽器和除氧器适时彻底清理等措施,也可以最大限度地提高洗硅效率,缩短试运时间。

汽轮机首次冲转前主蒸汽洗硅过程中的二氧化硅含量曲线如图2所示。主蒸汽二氧化硅含量从初始峰值1800 μg/kg降到200 μg/kg仅用时10 h左右,其下降的趋势越来越缓,当二氧化硅含量降到50 μg/kg以下时,共消耗超过40 h,汽轮机开始进汽冲转。从首次蒸汽洗硅的效果看,越到后期,蒸汽中的二氧化硅越难去除。洗硅时先把蒸汽压力提高到比汽轮机冲转参数稍高一些,然后再降至额定参数,通过频繁升降压力,调节蒸汽中携带的硅化合物,洗硅效果明显。

图2 汽轮机首次冲转前主蒸汽二氧化硅含量曲线

机组带负荷期间主蒸汽和储水罐的硅含量随负荷变动曲线图如图3所示。在机组升至满负荷期间,主蒸汽的硅含量始终未超过50 μg/kg,优于化学调试导则[6]60 μg/kg的要求。储水罐的硅含量有3个明显的峰值,分别为机组25%、50%和75%负荷阶段。尤其在50%负荷阶段,主蒸汽洗硅工作量最大,周期最长。为了保证主蒸汽品质,在50%负荷之前,直流炉一直采取湿态运行方式,当储水罐硅含量合格后,方转入干态。干态运行后,主蒸汽硅含量一直稳定,并未发生突跃现象,表明在整个带负荷阶段涉及洗硅的压力、机组负荷变动等参数控制准确,蒸汽品质优良。

图3 机组带负荷期间主蒸汽二氧化硅含量曲线

2.10 高压加热器和低压加热器疏水的控制回收

因前期高压加热器和低压加热器疏水杂质较多,铁和二氧化硅含量高,水质不合格,须走危急疏水直接排至凝汽器。待全部疏水和凝结水通过精处理系统处理后,再补至除氧器。高压加热器汽侧投入后,要密切关注疏水的管理和监督,当高压加热器疏水含铁量小于50 μg/L、硬度小于5 μmol/L时再逐级疏水回收到除氧器。

高压加热器汽侧投入后,疏水硬度随时间变化曲线图如图4所示。在疏水在投入初期,硬度较高,基本维持在10 μmol/L的水平,受机组负荷变动,疏水流量、压力、新的热力系统投入等因素影响,水质指标不稳定,硬度时常突跃。高压加热器汽侧投入约40 h后,硬度基本合格。50 h后,疏水逐级回收至除氧器,给水水质并未受到影响,表明高压加热器汽侧冲洗干净。

图4 高压加热器疏水硬度变化曲线图

Fig.4 High pressure heater drain hardness change curve

2.11 168 h试运期间机组汽水品质

机组168 h试运期间汽水品质如表1所示。各项指标均达到了优良标准,后几天的结果已符合正常运行机组的汽水标准(GB 12145—2008 火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量),部分指标甚至达到期望值,表明通过一系列水汽质量优化措施后,汽水品质改善效果良好,机组试运效率较高,调试质量优良,在机组热力系统的防腐蚀、防结垢、防积盐方面都起到了良好的作用。

表1 机组168 h试运期间汽水品质

3 结 论

1) 在新建电厂机组试运过程中,只有采取各项汽水品质优化措施、优化调试和化学监督方法,才能提高试运效率和调试质量。而这些措施明显缩短了洗硅运行时间,节省大量燃油、煤、水等消耗,减少了废水、废气等污染物的排放,产生了良好的经济和社会效益。

2) 机组投产1 a后,通过对其化学大修检查发现,其热力设备结垢(积盐)、腐蚀方面均被评价为一类标准[7],表明试运期间的汽水品质优化措施对运行后的化学监督起到了良好的促进作用,为以后同类型机组调试工作提供了良好的借鉴经验。

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(责任编辑 侯世春)

Optimized measures for improving steam-water quality during integralstarting-up of newly-built supercritical and ultra-supercriticalonce-through boilers

XUE Changgang, TIAN Junming, WANG Fengtao, ZHAN Shengping, ZHAO Zhansheng

(State Grid Henan Electric Power Research Insitute.,Zhengzhou 450052, China)

Aiming at the problems of newly-built supercritical and ultra-supercritical once-through boilers influencing the project of trial operation during debugging, including low quality of steam and water, and low speed of qualification, this paper expounds the resource and harms of impurities in thermal power system of newly-built units, analyzes the factors influencing steam-water quality and proposes optimization measures, including installation control, optimization of assay, application of analytic instruments and chemical cleansing. The time-consuming for silicon cleaning is shortened obviously and oil, coal and water are economized. These measures could be referenced for improving steam-water quality by other large capacity and high parameter generator units.

supercritical and ultra-supercritical; debugging; integral starting-up; steam-water quality; optimized

2015-02-21。

薛昌刚(1982—),男,2008年毕业于湖南大学化学专业,硕士,工程师,主要从事电厂化学调试技术的研究及应用。

TK229

A

2095-6843(2015)04-0372-05