氧化铝厂到热电厂的生产回水指标分析

单杰果

摘 要：在氧化铝厂和热电厂的水汽系统中，通过不断提高系统的生产回水量，增加了系统热效率，降低了锅炉煤耗，减少了热电水耗，为中铝中州铝业有限公司节能降本做出了突出贡献。经过一年多的监测回水各项指标，总结经验，结合理论，为达到生产回水能够安全稳定使用，保证锅炉蒸汽品质合格及减少汽轮机叶片结垢，对生产回水的各项指标进行分析。

关键词：热电厂；氧化铝回水；电导率；含钠量；二氧化硅

在氧化铝厂到热电厂的水汽系统闭环中，为防止热力系统结垢、腐蚀和积盐，水、汽质量应达到一定标准。水、汽质量监督就是用仪表或化学分析的方法测定各种水、汽质量，看其是否符合标准，以便必要时采取措施。第二氧化铝厂热电区域锅炉的生产补给水有五部分，分别是除盐水、凝汽式汽轮机的凝结水、疏水箱疏水、处理的不合格的蒸发回水、直接上炉的高闪回水，这些水混合后应该满足锅炉给水标准，最终目的是保证锅炉蒸汽品质合格，防止汽轮机叶片积盐结垢，保障汽轮机长期稳定运行。

蒸汽的污染通常是指蒸汽中含有盐类物质（硅酸、钠盐等）的现象，蒸汽品质是指蒸汽中这些杂质含量的多少。这些盐类物质会沉积在蒸汽通过的各个部位，这种现象常称为积盐。过热器和汽轮机内积盐会影响机组的安全、经济运行。在汽包锅炉中，过热蒸汽的品质主要取决于由汽包送出的饱和蒸汽的纯度。饱和蒸汽被污染的原因是蒸汽带水和蒸汽溶解杂质。从汽包送出的饱和蒸汽常夹带一些炉水的水滴，这样炉水中的钠盐、硅化合物等各种杂质都以水溶液状态进入蒸汽。这种现象称为饱和蒸汽的水滴携带或机械携带，它是饱和蒸汽被污染的原因之一。蒸汽具有溶解某些物质的能力，并且蒸汽压力越高，其溶解能力越大。饱和蒸汽通过溶解方式携带水中某些物质的现象，叫做蒸汽的溶解携带。它是蒸汽被污染的另一个原因。正常运行过程中，只要减少进入炉水中的杂质量、保证炉水含盐量不高、进行锅炉排污、采用适当的汽包内部装置和调整锅炉的运行工况等，既可保证饱和蒸汽品质合格。

为了防止蒸汽中的杂质在过热器和汽轮机内沉积，就必须保证过热蒸汽的纯度。这要首先保证从汽包引出的饱和蒸汽是洁净的，其次还要防止蒸汽在过热器减温器中被减温水中的杂质所污染。[1]锅炉的减温水一般都是锅炉的给水，对于生产回水未经处理大量使用的单位，回水对锅炉给水中杂质含量的多少有很大影响，正常运行中保证获得洁净蒸汽的关键还是要关注给水的质量。在没有在线氢电导率提供指标参考时，对于锅炉补给水的各项指标的监控尤为重要，其中隐患最大的将是生产回水，一旦锅炉补给水受到严重污染，将会面临全面停炉事故。

一般来说，在热用户的用热过程中，蒸汽往往受到污染，只是从热用户返回的热蒸汽冷凝水（返回水）含有许多杂质。较多热用户中，返回水中含铁量、硬度和含油量较大，不经过适当处理不能回收作为锅炉给水的组成部分。返回水先收集于返回水箱中。为保证给水水质，应定时取样检查，监督返回水箱中的水中，确认水质符合规定后，方可送入锅炉的给水系统。按规定，返回水的含铁量应不大于100μg/L，硬度应不大于5.0μmol/L，含油量应不大于1mg/L。[2]根据我们厂的实际生产情况，蒸汽所有可能被污染的污染源是带有液碱NaOH的矿浆，所以最应该监督直接进入除氧器的回水指标有硬度、电导率、含钠量和二氧化硅。

（1）硬度。为了防止热力系统结钙、镁水垢，减少锅炉内磷酸盐处理的用药量，避免锅炉水中产生过多的水渣，应监控直接进入除氧器的溶出高闪回水硬度。在一年多的溶出高闪回水手工化验指标当中，只有在溶出进行检修后的水质指标会有硬度外，正常运行当中，高闪回水指标是没有硬度的，符合锅炉给水标准，由于技术上较难实现在线硬度检测，对回水的硬度可定时间断检测。指标标准为0μmol/L。

（2）电导率和氢电导率。电导率是反映回水中含盐量多少的一项基本指标，也是判断高闪回水系统是否有较大量以上泄漏导致污染的重要指标，通过这个指标来控制各管道上的进水阀关闭、排污阀打开，将不会导致锅炉给水系统大面积污染。但由于电导率测量水中离子含量较为粗放，且不容易判断管道微量渗漏，还需要通过钠含量来协助判断，并且日常操作中也可以对锅炉给水进行精细调整。我们厂的汽包锅炉采用的是炉水全挥发处理方式，通过加氨水调节给水PH来防止给水系统的金属腐蚀，由于钢铁在PH为8.8—9.3之间时腐蚀速率最慢，所以需要调节整个给水系统的加氨量，来保证锅炉给水PH合格。通过理论计算基本上可以得到纯水中加入氨水调节PH在8.8—9.3之间时，对应的电导率在1.71-5.41us/cm之间。考虑到除盐水自身还是有1us/cm左右的电导率，所以基本判定正常生产回水的电导率一般是不应该超过8us/cm。

氢电导率。蒸汽凝结水（冷却至25℃）通过氢型强酸阳离子交换树脂处理后的电导率，简称氢电导率，可用来表征蒸汽含盐量的多少。氢型强酸阳离子交换树脂的作用是去除蒸汽中的NH4+，提高电导率监测的灵敏度。之所以将氢电导率作为监督蒸汽质量的一个指标，是因为：①氨是为了提高水汽PH值而加入的，不属于盐分；②水中NH4+被H+等摩尔替代后，增强了对应的阴离子含量对电导率的贡献，亦既提高了电导率对含盐量变化响应的灵敏度。对于各生产单位来说，使用氢电导率测量生产水质有一定的局限性，考虑到很多生产、设备因素，在线氢电导率仪无法正常使用，但氢电导对于锅炉给水、蒸汽品质的监测还是有很重要的意义，是判断蒸汽中含有杂质多少的重要指标。

（3）钠和二氧化硅。蒸汽含钠量：因为蒸汽中的盐类主要是钠盐，所以蒸汽中的含钠量可以表征蒸汽含盐量的多少，故含钠量是蒸汽质量的指标之一。为了便于及时发现蒸汽质量劣化问题，应连续测定蒸汽的含钠量。不过对于生产单位情况，还不能达到连续监测钠含量的要求。蒸汽含硅量（以二氧化硅表征）：蒸汽中的硅酸会在汽轮机内形成难溶于水的二氧化硅沉积物，从而危及汽轮机的安全、经济运行。因此，必须将含硅量作为蒸汽品质的重要指标加以严格控制。

根据给水、饱和蒸汽、过热蒸汽中的二氧化硅和钠离子的含量，通过物料守恒定律，DbSb+DjSj=DgSg ，式中：Db为饱和蒸汽流量，t/h； Sb为饱和蒸汽中该物质的含量，ug/L； Dj为减温水流量，t/h； Sj为减温水中该物质的含量，ug/L； Dg为过热蒸汽流量，t/h； Sg为过热蒸汽中该物质的含量，ug/L；以钠离子含量为例，根据公式，如果饱和蒸汽产量210 t/h，含钠量为6 ug/L，减温水流量为10 t/h的锅炉，给水钠离子含量达到50 ug/L时，过热蒸汽中的钠离子含量将会达到8ug/L，接近规定值，指标稍有波动就会超过标准。而随着国家对汽轮机安全稳定经济运行要求的不断提高，蒸汽中钠含量的要求越来越严格，汽轮机长期运行钠离子含量要求在5 ug/L以下。结合中州铝廠回水使用实际指标监控情况，直接进除氧器的回水二氧化硅和钠离子含量均不超过50us/cm时，高压锅炉过热蒸汽品质还能够达标。

参考文献：

[1]周柏青.电厂化学[M].北京：中国电力 出版社，2003.

[2]周柏青，陈志和 . 热力发电厂水处理 [M]. 北京 ：中国电力出 版社，2009.