热电厂锅炉炉水二氧化硅超标原因分析及对策

李 哲

（中海石油华鹤煤化有限公司，黑龙江鹤岗 154100）

0 引言

一般锅炉内炉水SiO2（二氧化硅）超标，便会导致蒸汽品质发生变化，并且使得锅炉的炉管内出现结垢现象。炉管在结垢之后就会使得锅炉的热效率下降，如果结垢现象较为严重时，还会导致炉管金属热量过高，引起锅炉热鼓泡、变形、开裂乃至爆炸等安全事故，严重威胁热电厂的安全生产作业。因此在锅炉投入使用时必须要严格将炉水SiO2含量控制在适宜范围内。

1 设备概况

华鹤公司的热电站中安装了3 台锅炉和除氧器、1 台发电机组以及4 台给水泵等设施设备。其中3 台锅炉都是使用煤炭作为主要燃料，并且有一台混合使用液氮洗废燃料气。锅炉整体结构呈现为岛式、周身封闭、整体由钢结构构成，锅炉顶部设为轻式钢屋盖，并采取支吊结合的方法来予以固定，炉体运转层高度为8 m。

设计方面采取单锅筒自然循环、集中下降管、平衡通风、单炉膛、水冷式旋风气固分离器、三级过热器、三级省煤器、循环流化床燃烧方式，在锅炉内部与后烟井之中都有设置受热面，过热器采取两级喷水实现对蒸汽温度的调控，除渣使用水冷滚筒型降温设备。

运作流程：热电站外部原水进入站内之后，通过絮凝沉淀和过滤通入至生产消防水池中，再通过高压泵送至脱盐水活性炭过滤器内，其后经过阳床、除炭器、阴床、混床、脱盐水箱、脱盐水泵等设备处理后进入锅炉。

2 炉水SiO2超标原因分析

2.1 实验数据分析

问题发生后首先需要对蒸汽水实行全方位的检查，排查是否因为凝汽器故障所致，如果凝汽器能够正常运作并不存在泄漏问题，则需对锅炉定期与连续排污体系实行系统性的检查，若经检查发现连排并无故障，则可排除排污体系已经受损的可能性。在此状况下，如果观察炉水中SiO2含量仍然过高，则需要通过跟踪实验来对给水、蒸汽水以及炉水除盐水实行有效检查，如果发现给水中的SiO2含量高于20 μg/L 即属于超标[1]。

2.2 现场检查情况

2.2.1 锅炉排污情况

对11 月锅炉蒸汽水数据指标进行分析，并每隔3 h 取样进行一次监测化验。结果显示，从24 日至次月2 日，炉水中硅含量超标。其中1#、3#炉每个班次定排两次，2#炉为3 次，连排的3台炉均处于开启状态。在用水方面，1#、3#炉平均每天多使用1100～1200 t 的水，2#炉每天多使用约1600 t，使SiO2含量被限制在2 mg/L 范围内。

2.2.2 原水预处理运行情况

对斜管澄清池与加药系统的运作状况加以查看得知，斜管澄清池无法正常运作，排出的水体十分浑浊，经过未记录下出水浑浊度的相关数据，但经过简要分析可判定两座澄清池出水质量不达标，没有对原水发挥应有的絮凝与澄清作用。接着对其加药与排泥系统实行检查，发现部分加药管有堵塞问题且加药量过少，排泥阀长时间处于闭合状态[2]。

2.2.3 凝汽器泄漏情况

查看凝汽器检漏设备运作信息，并未发觉异常，其中凝结水与给水硬度均符合相应标准，凝汽器没有存在泄漏问题。

2.3 超标原因分析

2.3.1 原水预处理出水不合格

此问题是导致该次炉水硅含量异常的主要原因。由于原水内的胶体硅颗粒表面积较大而带有较强的表面活性，容易吸附大量结构接近的分子或是离子而带有电荷。胶体硅在带电之后会因为彼此之间的斥力而形成胶体稳定性，以此均匀的分布于水体之中。在絮凝澄清环节处理不当或是脱盐水中活性炭活性不佳、反应强度较弱的情况下，许多胶体硅便容易通过无膜脱盐水系统进入至炉水中，再在高温、高压、高碱性环境下被分解成活性硅，影响炉水品质。同时当脱盐水树脂发生了轻微泄漏时，也会使得胶体硅受到污染，树脂颗粒上便会携带一定的胶体硅而进入炉水中。当炉水品质污染至一定程度以后，SiO2便会通过机械或是溶解携带的方式进入蒸汽中，让蒸汽品质下降。机组若是属于直流炉，则蒸汽品质会以更快的速度不断恶化，对锅炉运行的安全影响更严重，锅炉会面临更大的管道爆裂风险[3]。

2.3.2 锅炉排污力度不够

当锅炉炉水中硅含量过高时，为了尽量防止蒸汽中的SiO2也一同超标，需要提高锅炉排污量从而降低硅元素的浓缩速率。不过由现场调查结果发现，即便在炉水SiO2过高的基础下，锅炉也并未提升排污量，所以也就没能有效地控制炉水内硅含量的不断增高[4]。

3 解决措施

3.1 加强工业水絮凝沉淀处理

絮凝沉淀池运作原理：通过添加絮凝剂从而让水体之中无法自然沉淀的胶体物质与体积微小的悬浮物体聚集形成体积更大的颗粒，让其能够和水有效分离。该流程的关键之处为对胶体物质的稳定性加以破坏，让其间的稳定性下降而重新凝聚。池内的絮凝效果主要取决于絮凝剂的投放量，投放量过低时便会导致矾花的形成过少，则无法有效让胶体脱稳、重凝，就会导致池中水呈现为浑浊状态，无法取得理想的泥水分离效果，对于胶体和悬浮物体的分离效果较差。而当絮凝剂的投放量过多时，既浪费絮凝剂，同时还会使得出水水质较差，矾花会在絮凝池的尾端便发生泥水分离，同时矾花在水力搅拌之下逐渐分散开来，使得沉淀池出水中会附带较多矾花，导致出水浑浊[5]。

在原水水质与先前不一致时，可以采取烧杯搅拌试验来明确絮凝剂的最佳使用量，以此来对沉淀池中絮凝剂投放量作出合理调整，取得良好的沉淀效果，最大程度的分离原水内的胶体与悬浮物质。将絮凝剂投放量设定为5 mg/L、10 mg/L、15 mg/L等3 个梯度，通过试验得出工业水与化学水中的总硅含量（表1）。据此可知，最佳投放量为10 mg/L，且此时工业水经过絮凝剂处理之后总硅含量为8.5 mg/L，出水中基本不再含有非活性硅，所残留的主要是活性硅；而化学水经过絮凝剂处理之后总硅含量为8.9 μg/L，能够满足锅炉给水的水质标准。

表1 PAC 絮凝剂投加记录

3.2 将化学水SiO2 分析项目变更为总硅

SiO2能够凭借对化学水中的活性硅含量进行检测测得，通过对总硅含量的检测能够及时了解化学水中总硅变动状况，在发现超标情况时及时调整絮凝剂投放量，能够有效避免锅炉由于化学水总硅含量过高而引发炉水硅含量异常，确保锅炉能够平稳、安全的运作。

3.3 降低SiO2 含量的措施

（1）定期对设备开展调整实验，提高凝聚剂的使用量，在选取生水时应当先进行严格的检测，并且加热器投入需要增加。

（2）排污次数应当调整提高，以及连续排污门开启幅度要增大，沉淀池需要按期清理水处理系统中残余在离子交换设备中的沉淀物质。

（3）强化对水蒸气的监督，提高化验和实验检查次数，提高对系统的鉴定频率，保证及时了解生水水质情况，针对生水总硅含量实行全面、有效且严格的分析。

（4）增加对每一系列离子交换床的反洗，以此防止泥沙对水质造成影响。

（5）一年之中冬季的胶体硅含量普遍较高，因此在冬季务必要严格防范硅含量超标问题，确保所有处理系统都能够正常运作，防止除盐系统被硅污染，保障沉淀池处于正常运作状态，尤其要注意将阴床出水中的SiO2含量控制在50 μg/L 以下。

3.4 加大锅炉排污

一旦发现锅炉炉水中的SiO2含量超标，就应最大程度地提高锅炉排污量，以此来降低炉水中SiO2浓度，使得蒸汽品质不会因此而受到影响。

3.5 补给水系统优化调整

针对原水预处理、除盐水等系统实行优化实验，明确系统的最佳运作控制参数，尤其是要多加注意分析得出降低出水中SiO2含量的条件与系统内各处SiO2含量变动的内在规律。

4 结束语

热电厂锅炉炉水SiO2含量过高会对蒸汽品质造成较大影响，因此在日常生产作业之中要格外注意，对SiO2含量实行严格把控。若是发生SiO2含量超标问题时，应当立刻加以排查，并针对问题源头采取有效措施进行处理。