提高凝汽器循環(huán)水冷卻效果的分析與措施

孫由忠

（上海上電漕涇發(fā)電有限公司，上海 210507）

0 引言

上海上電漕涇發(fā)電有限公司（以下簡稱上電漕涇）一期工程2臺1GW超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組的配套鍋爐為超超臨界變壓運(yùn)行燃煤直流爐；汽輪機(jī)為一次中間再熱、凝汽式、單軸、四缸四排汽超超臨界機(jī)組；凝汽器采用鈦管，每臺機(jī)組約3.2萬根，總有效面積為4.9萬m2；循環(huán)冷卻水采用上海金山杭州灣海水，直排式，流量為28.5m3／s。1、2號機(jī)組分別于2010年1月12日及4月5日完成168h考核，投入商業(yè)運(yùn)行。

1 加藥處理海水

1）海水富營養(yǎng)化 金山杭州灣的海水，常年水溫為9.5～30.7℃，pH為6.9～7.6，懸浮物為500～1 300mg／L，CODcr為40～105mg／L，氨氮為0.2～2.05mg／L。海水富營養(yǎng)化，海生物較豐富，有一定的污染，常見有形體較大的植物性藻類物質(zhì)，動物性的如紫殼菜和藤壺等貝殼，這些微生物都會對設(shè)備的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行造成危害，例如：污染造成鈦管傳熱不佳，引起凝汽器真空惡化，影響機(jī)組熱效率，嚴(yán)重時還會造成停機(jī)事故。

2）海生物生長環(huán)境 影響海生物生長的環(huán)境條件是水溫、光照、溶解氧和溶解硫化物、鹽分濃度、pH值、無機(jī)物和有機(jī)物濃度等。對海水處理目前采用投加液體次氯酸鈉的方法，對凝汽器循環(huán)冷卻水進(jìn)行殺菌滅藻和防治貝殼類物質(zhì)的生成。

3）加氯處理機(jī)理 氯是一種強(qiáng)氧化劑，能穿透細(xì)胞壁，與細(xì)胞質(zhì)反應(yīng)，在高濃度下使細(xì)胞受到破壞；在水中能水解成次氯酸（HOCl）和鹽酸（HCl）。次氯酸是一種不穩(wěn)定的化合物，能分解為鹽酸和新生態(tài)氧，而新生態(tài)氧是一種很強(qiáng)的氧化劑，可以殺死微生物。

4）加藥流程 外來加藥槽車→低位次氯酸鈉槽→輸送泵→高位次氯酸鈉槽→次氯酸鈉加藥泵→分別送往循環(huán)水井遠(yuǎn)端部位及近端部位加藥。

5）加藥設(shè)備 1只低位次氯酸鈉槽容積為12m3，2只高位次氯酸鈉槽容積分別為15m3，2用1備次氯酸鈉加藥泵的額定出力為2 408L／h。外送的次氯酸鈉的質(zhì)量濃度為有效氯10%，密度約為1.17g／cm2，加藥后凝汽器出口余氯控制在0.1～0.5mg／L，每天加藥時間為30～60min。

2 凝汽器水側(cè)異常分析

2.1 現(xiàn)場檢測

2臺機(jī)組在投運(yùn)后的1年里，各進(jìn)行了2次檢修。化學(xué)人員進(jìn)入凝汽器水側(cè)人孔做化學(xué)檢測時發(fā)現(xiàn)水室中長滿藻類物質(zhì)，內(nèi)、外側(cè)出口水室處布滿貝殼類物質(zhì)及魚蝦，鈦管黏結(jié)淤泥及水藻，如果任其發(fā)展，必然阻塞管道流通，影響凝汽器傳熱效果，對機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來危害。

2號機(jī)2011年2月開人孔檢查情況如圖1所示，1號機(jī)2011年5月開人孔檢查情況如圖2所示。

圖1 2號凝汽器水側(cè)檢查情況

圖2 1號凝汽器水側(cè)檢查情況

2.2 主要原因分析

2.2.1 加藥量的影響

對加藥量的影響分析，按三種工況進(jìn)行計(jì)算。

1）加藥泵出力（100%）為2 400L／h時 循環(huán)水流量為10.2×104m3／h時，加藥量（有效氯）為2.75mg／L；循環(huán)水流量為7.65×104m3／h時，加藥量（有效氯）為3.67mg／L；循環(huán)水流量為5.1×104m3／h時，加藥量（有效氯）為5.51mg／L。

2）加藥泵出力（75%）為1 800L／h時 循環(huán)水流量為10.2×104m3／h時，加藥量（有效氯）為2.06mg／L；循環(huán)水流量為7.65×104m3／h時，加藥量（有效氯）為2.75mg／L；循環(huán)水流量為5.1×104m3／h時，加藥量（有效氯）為4.13mg／L。

3）加藥泵出力（50%）為1 200L／h時 循環(huán)水流量為10.2×104m3／h時，加藥量（有效氯）為1.37mg／L；循環(huán)水流量為7.65×104m3／h時，加藥量（有效氯）為1.84mg／L；循環(huán)水流量為5.1×104m3／h時，加藥量（有效氯）為2.76mg／L。

將循環(huán)水流量與加藥泵銘牌出力組合計(jì)算，結(jié)果如表1所示。

表1 循環(huán)水流量與加藥泵出力計(jì)算結(jié)果

由表1可知，加藥量最高為5.51mg／L，最低為1.37mg／L。當(dāng)夏季負(fù)荷大、水溫高，循泵出力（100%）水流量為10.2×104m3／h時，次氯酸鈉消耗快，到凝汽器出口余氯就很小。另外，次氯酸鈉加入水中殺微生物的化合物為HOCl。pH為5.5時，HOCl比率為98.6%；pH 為6.5時，HOCl比率為95%；pH為7.5時，HOCl比率為50%。上電漕涇所處的海水pH值為6.9～7.6，HOCl比率打折后，實(shí)際加藥效果還要低。

2.2.2 水污染與水溫的影響

從上電漕涇所處的海水水質(zhì)來看，CODcr為40～105mg／L，氨氮為0.2～2.05mg／L，海水受到一定程度有機(jī)物和工業(yè)廢水的污染，加上每年海水溫度大多為20～25℃，非常適宜微生動植物生長。因此，消耗藥量較大，同時也使有效氯衰減迅速。

2.2.3 測試方法的影響

采用聯(lián)鄰甲苯胺目視比色法或用Thermo AQ3070余氯儀測定余氯，方法是采樣后立即加試劑，搖勻后反應(yīng)1min，立即過濾渾濁，5min后目視或儀器比色。

機(jī)組投產(chǎn)1年里，測定余氯值為0.1～0.5mg／L，屬于正常。但在2011年2月及2011年5月檢測凝汽器水側(cè)運(yùn)行狀況時，發(fā)現(xiàn)設(shè)備健康狀況較差。通過尋找原因，發(fā)現(xiàn)在未加藥的情況下，海水也會因試劑作用產(chǎn)生顏色，也就是說海水有干擾物質(zhì)與試劑作用，產(chǎn)生本底空白，實(shí)際余氯扣除空白要小得多。加藥跟蹤情況如表2所示。

表2 2011年5月跟蹤試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)匯總

由表2可知兩點(diǎn)，一是扣除空白值（未加藥）后，余氯含量很小（0.01～0.29mg／L）；二是空白值與海水渾濁度有關(guān)，如空白值為0.05mg／L，海水渾濁度較清；空白值為0.21mg／L，海水渾濁度為渾濁。

2.2.4 設(shè)備受損的影響

由于次氯酸鈉氧化性較強(qiáng)，造成加藥泵和管道長期運(yùn)行后加劇腐蝕和嚴(yán)重?fù)p壞；由于加藥管頻繁泄漏，需要經(jīng)常檢修；2、3號加藥泵經(jīng)校核出力也變小，對機(jī)組循環(huán)冷卻水處理影響較大。從開人孔檢查總體來看，1號機(jī)組的健康水平要比2號機(jī)組略好。

3 提高水質(zhì)處理的試驗(yàn)及措施

3.1 小型試驗(yàn)

根據(jù)不同季節(jié)，模擬現(xiàn)場加藥量，觀察計(jì)算次氯酸鈉消耗量和余氯量。2011年7月6日用“燒杯”小試，取海水于5只1L聚乙烯小口瓶中，依次加入配制的次氯酸鈉標(biāo)準(zhǔn)液，采用5min，10min，30min測定1次余氯，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。2012年1月17日“燒杯”小試，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。對比試驗(yàn)結(jié)果可以看到，在夏季消耗藥量較大。因此在夏季要采取加大藥量、延長加藥時間、一天加二次等措施。

表3 2011年7月6日“燒杯”小試結(jié)果

表4 2012年1月17日“燒杯”小試結(jié)果

3.2 改進(jìn)測試方法

加藥前取樣分析空白水樣，藥泵停后5～10min，取樣分析加藥后的水樣。操作Thermo AQ3070余氯儀工藝步驟如下。

1）儀器校正零點(diǎn)。

2）用10mL具塞比色管現(xiàn)場取加藥前的海水分析本底空白。加入試劑搖勻反應(yīng)，1min產(chǎn)生顏色，立即過濾于另一根比色管，去掉渾濁度，5min儀器上比色。

3）藥泵停后5～10min，用10mL具塞比色管現(xiàn)場取樣，取樣時乳膠管插入管內(nèi)溢流一會兒，立即蓋緊蓋子，帶回實(shí)驗(yàn)室。

4）甩去一點(diǎn)水樣，立即加入試劑搖勻反應(yīng)，1min產(chǎn)生顏色，立即過濾于另一根比色管，去掉渾濁度，5min儀器上比色。

5）實(shí)際余氯＝水樣余氯－空白余氯

6）根據(jù)測得實(shí)際余氯量，可以調(diào)整加藥泵開度或變頻量，也可調(diào)整加藥時間。

3.3 加強(qiáng)運(yùn)行管理

1）實(shí)時調(diào)整藥量 每天加藥前要查看機(jī)組實(shí)際負(fù)荷，根據(jù)循環(huán)水流量（循泵運(yùn)行臺數(shù)）決定加藥泵的沖程或變頻的開度。

2）依海水溫度和季節(jié)加藥 夏季海水溫度大多為25℃，微生物生長快，加上機(jī)組負(fù)荷較高，可加大藥量，也可采取延長加藥時間或每天加二次的策略，冬季適當(dāng)減少；對貝殼類物質(zhì)用氯處理，有一定難度。根據(jù)大多數(shù)貝殼類物質(zhì)的習(xí)性，在每年的2～6月產(chǎn)卵期到浮游生活期，可采取加大藥量殺卵、蟲的措施。從2012年起，實(shí)施春夏兩季都適當(dāng)提高藥量處理的方案，取得了明顯效果。

3）維護(hù)好加藥設(shè)備 加強(qiáng)對加藥泵的定期檢查和清理垃圾；對腐蝕嚴(yán)重的管道、法蘭及時調(diào)換；對外來藥品加強(qiáng)驗(yàn)收。

4）加藥時要認(rèn)真監(jiān)盤 根據(jù)藥槽液位下降情況和加藥化驗(yàn)結(jié)果，判斷地溝管道是否發(fā)生泄漏。

5）提升膠球清洗質(zhì)量 定期進(jìn)行膠球清洗，清除鈦管內(nèi)微生物和粘泥。

6）清除雜物要徹底 凝汽器水側(cè)檢修要將微生物清除干凈，做到嚴(yán)格驗(yàn)收。

4 改進(jìn)后的效果及完善

4.1 效果顯現(xiàn)

針對凝汽器出現(xiàn)的上述問題，通過試驗(yàn)比對，采取一系列整改措施，取得了明顯的效果。從2011年下半年起的凝汽器水側(cè)開人孔檢查中，藻類物質(zhì)明顯減少，貝殼類物質(zhì)也有所減少，證實(shí)了治理措施得當(dāng)，而且朝著有利方向發(fā)展。2012年4月30日，1號機(jī)凝汽器水側(cè)檢查，鈦管表面干凈，如圖3所示。2012年9月25日，2號機(jī)凝汽器水側(cè)檢查，水室底部水藻及貝殼類較少，如圖4所示。2013年4月22日，2號機(jī)凝汽器水側(cè)檢查，水室底部（B外側(cè)進(jìn)水）、鈦管大多干凈，鈦管（A外側(cè)進(jìn)水）進(jìn)口嵌有少量紫殼菜貝殼，如圖5（a）和圖5（b）所示。

圖3 1號機(jī)凝汽器水側(cè)檢查

圖4 2號機(jī)凝汽器水側(cè)檢查

圖5 2號機(jī)凝汽器水側(cè)檢查

4.2 完善措施

1）氯處理的局限性 氯處理對貝殼類物質(zhì)有一定的局限性，如紫殼菜、藤壺等，特別是浮游生活期以后開始固著生活的階段，需要連續(xù)加藥才能有較好效果。另外，長期采用加某種藥劑，容易產(chǎn)生抗藥性。因此，篩選合適的殺生劑，如一些非氧化性殺生劑，是下一步要做的工作。

2）加藥設(shè)備的改造 針對加藥泵出力偏小，管道腐蝕、泄漏等問題，要進(jìn)一步進(jìn)行技改。目前已將2號加藥泵換新，銘牌出力增加1倍，調(diào)試完畢即可投運(yùn)。

5 結(jié)語

1）對于沿海大型燃煤電廠而言，使用海水作循環(huán)冷卻水，使用方便，用水量大，成本低廉，對出現(xiàn)的異常情況，要從多方著手，根據(jù)所處水域的實(shí)際情況，進(jìn)行跟蹤、排查隱患，深入分析原因，做好防范措施。

2）用次氯酸鈉作海水處理，操作、使用方便，只要保證余氯量，可以較好地防范菌藻的滋生，要根據(jù)貝殼類物質(zhì)的特點(diǎn)，依據(jù)不同季節(jié)，采取改變加藥量、控制時間和次數(shù)，也能取得較好的效果。