超臨界機(jī)組汽水品質(zhì)優(yōu)化控制

趙 玲，李植汶

(國投宣城發(fā)電有限責(zé)任公司，安徽 宣城 242052)

超臨界機(jī)組汽水品質(zhì)優(yōu)化控制

趙 玲，李植汶

(國投宣城發(fā)電有限責(zé)任公司，安徽 宣城 242052)

比較了不同參數(shù)下雜質(zhì)在水汽中的溶解特性，不同的超臨界機(jī)組的給水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)相關(guān)理論和超臨界機(jī)組的實際使用經(jīng)驗，對超臨界機(jī)組在系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化，凝結(jié)水精處理系統(tǒng)選型優(yōu)化，給水處理方式優(yōu)化，機(jī)組停備用保護(hù)措施優(yōu)化，化學(xué)監(jiān)督管理工作，汽水品質(zhì)控制方式，控制指標(biāo)要求，運行中鹽類、腐蝕產(chǎn)物控制以及水蒸汽高溫氧化監(jiān)控等方面給出建議。

超臨界機(jī)組；給水水質(zhì)；汽水品質(zhì)；優(yōu)化

我國目前在建和已投產(chǎn)的超臨界機(jī)組已有幾十臺，最長運行時間也已有十幾年，許多機(jī)組都經(jīng)過了1次以上的大修，在機(jī)組汽水品質(zhì)的管理上積累了一定的經(jīng)驗。

1 超臨界機(jī)組汽水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

1.1 超臨界工況下的水化學(xué)特點

通常給水帶入爐內(nèi)的雜質(zhì)主要有鈣離子、鎂離子、鈉離子、硅酸化合物、強酸陰離子和金屬腐蝕產(chǎn)物等。根據(jù)這些雜質(zhì)在蒸汽中的溶解度與蒸汽參數(shù)的關(guān)系圖得知，各種雜質(zhì)離子在過熱蒸汽中的溶解度及其隨蒸汽壓力增加的變化情況有很大差別。

給水中的鈣、鎂離子在過熱蒸汽中的溶解度較低且隨壓力的增加變化不大;而鈉化合物在過熱蒸汽中的溶解度較大且隨壓力的增加而穩(wěn)步增加;硅化合物在亞臨界以上工況下的溶解度已接近同壓力下的水中的溶解度，且溶解度隨壓力的增加也漸漸增加;強酸陰離子，如氯離子在過熱蒸汽中的溶解度較低，但隨壓力的增加變化較大，硫酸根離子在過熱蒸汽中的溶解度較低且隨壓力的增加變化不大;鐵氧化物在蒸汽中的溶解度隨壓力的升高也呈不斷升高趨勢；銅氧化物在蒸汽中的溶解度隨壓力的升高而升高，當(dāng)過熱蒸汽壓力大于17 MPa時有突躍性增加的情況發(fā)生。所以，對于超臨界機(jī)組給水的銅含量應(yīng)引起足夠的重視。

1.2 超臨界機(jī)組的結(jié)垢、結(jié)鹽特點

從上述超臨界工況下的水化學(xué)特點可知，假如給水水質(zhì)不純，給水中的鈣、鎂離子及部分鐵氧化物將沉積在水冷壁管上而影響鍋爐的安全運行；絕大部分的鈉化物、硅化合物、強酸陰離子、銅氧化物和部分的鐵氧化物將溶解于過熱蒸汽中被帶入汽輪機(jī)。隨著過熱蒸汽在汽輪機(jī)中做功后蒸汽壓力、溫度的下降，雜質(zhì)在蒸汽中的溶解度也會不斷下降，原溶解于過熱蒸汽中的銅氧化物和鐵氧化物及部分鈉化物就會沉積在汽輪機(jī)高壓缸的通流部分，硅化合物和部分鈉化物就會沉積在汽輪機(jī)低壓缸的通流部分而影響汽輪機(jī)的效率;部分強酸陰離子可能會隨陽離子沉積在汽機(jī)葉片上，而沒有沉積在汽機(jī)葉片上的部分強酸陰離子就有可能溶解在汽輪機(jī)低壓缸的初凝結(jié)區(qū)的液滴內(nèi)，對該部位的葉片及金屬部件產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕、點蝕或產(chǎn)生腐蝕疲勞裂紋。

1.3 超臨界機(jī)組的給水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)

從上述雜質(zhì)離子在汽水中的溶解度的變化情況和在不同部位沉積的可能性看，由于超臨界工況下過熱蒸汽中的銅、鐵氧化物的溶解度與亞臨界相比有較大的提高，尤其是銅氧化物的溶解度從亞臨界到超臨界有一個急劇的提高，如果在給水中不加以嚴(yán)格限制，將會造成大量銅氧化物沉積于汽輪機(jī)高壓缸的通流部位。為了保證超臨界機(jī)組的安全運行，在對給水水質(zhì)的要求上，對銅、鐵氧化物的標(biāo)準(zhǔn)將比對亞臨界直流鍋爐的要求更高。另外由于超臨界機(jī)組中奧氏體鋼的使用量比亞臨界機(jī)組有較大的提高，且與相同再熱蒸汽溫度的亞臨界機(jī)組相比，低壓缸末幾級葉片的濕度增加，為了防止發(fā)生奧氏體鋼的晶間腐蝕和汽機(jī)末幾級葉片的腐蝕，對陰離子的含量也提出了較高的要求。

從表1可看出，各國制定的給水品質(zhì)指標(biāo)雖有所不同，但要求都較高。超臨界機(jī)組在我國起步較晚，但因借鑒國外的先進(jìn)經(jīng)驗，在指標(biāo)的確定上已明顯提高。另外，還應(yīng)充分認(rèn)識到，國標(biāo)只是確保機(jī)組能安全運行的最低標(biāo)準(zhǔn)，在制定廠級標(biāo)準(zhǔn)時應(yīng)要求更高，才能確保機(jī)組的高效、安全運行。

2 超臨界機(jī)組的汽水優(yōu)化途徑

為了達(dá)到上述標(biāo)準(zhǔn)中的給水質(zhì)量要求，尤其是對銅氧化物的要求，可以從熱力系統(tǒng)設(shè)計、補給水處理、凝結(jié)水精處理、給水處理工藝、停爐保護(hù)及化學(xué)監(jiān)督管理等方面的優(yōu)化來給予保證。

2.1 補給水處理系統(tǒng)的選型優(yōu)化

機(jī)組在運行過程中，所有損耗的水均由補給水處理系統(tǒng)補給，所以補給水質(zhì)量的好壞將直接影響到機(jī)組給水的水質(zhì)。由于我國幅員遼闊、水系發(fā)達(dá)，不同地區(qū)的水質(zhì)類型不同，為了能取得滿意的補給水處理效果，首先應(yīng)收集設(shè)計所用水源的水質(zhì)情況，再根據(jù)收集到的水質(zhì)數(shù)據(jù)選擇行之有效的原水凈化處理系統(tǒng)和與此水質(zhì)條件相適應(yīng)的除鹽系統(tǒng)。在具體選型時，應(yīng)具體情況具體分析，否則所選的系統(tǒng)將很難達(dá)到理想的補給水處理效果。

2.2 熱力系統(tǒng)設(shè)計時的管材選型優(yōu)化

熱力系統(tǒng)中的凝汽器、低壓加熱器、高壓加熱器的管材選擇，是熱力系統(tǒng)運行時影響給水品質(zhì)的主要設(shè)備因素。因為高、低壓加熱器管材的不同將影響到給水處理工藝，如果采用銅管，銅管的腐蝕會引起給水的銅氧化物濃度不合格；如果采用不銹鋼管，可避免給水銅氧化物濃度不合格現(xiàn)象的發(fā)生。所以，高、低壓加熱器應(yīng)采用無銅系統(tǒng)。

凝汽器管材的不同將影響到投運后凝汽器的泄漏問題。從我國沿海地區(qū)大型電廠的凝汽器管材使用情況來看，凡是凝汽器采用鈦管和碳鋼包鈦隔板的機(jī)組，凝汽器發(fā)生泄漏的概率都很小，甚至有的機(jī)組已運行了8年以上也未發(fā)生過泄漏；但采用銅管的機(jī)組都存在不同程度的泄漏。所以在超臨界機(jī)組熱力系統(tǒng)設(shè)計時， 凝汽器應(yīng)采用無銅系統(tǒng)。對于無法采用無銅系統(tǒng)的機(jī)組，其凝汽器銅管的選材應(yīng)綜合考慮適應(yīng)當(dāng)?shù)氐睦鋮s水水質(zhì)和防止凝汽器抽空區(qū)銅管的氨蝕等問題，選擇合適的銅管管材并選擇產(chǎn)品質(zhì)量信譽較好的生產(chǎn)廠家進(jìn)行生產(chǎn)。只有在設(shè)計熱力系統(tǒng)時從材質(zhì)選擇和技術(shù)選型上滿足了超臨界機(jī)組汽水化學(xué)運行工況的要求后，運行中才有可能達(dá)到優(yōu)質(zhì)的汽水品質(zhì)。

表1 超臨界機(jī)組的給水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)

2.3 凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的設(shè)置模式優(yōu)化

凝結(jié)水精處理技術(shù)作為適應(yīng)大機(jī)組的發(fā)展而產(chǎn)生的水處理技術(shù)，在機(jī)組技術(shù)的不斷發(fā)展中也得到了發(fā)展。目前經(jīng)過不斷的技術(shù)改造后用得較多的凝結(jié)水處理系統(tǒng)有下列形式。

(1) 低壓系統(tǒng)：覆蓋過濾器+高速混床；前置氫型陽樹脂過濾器+高速混床；陽床+陰床+陽床等。

(2) 中壓系統(tǒng)：裸高速混床；前置氫型陽樹脂過濾器+高速混床；前置過濾器+高速混床。

目前國內(nèi)直流鍋爐的凝結(jié)水精處理設(shè)備均在氫型下運行，不論是國產(chǎn)設(shè)備還是進(jìn)口設(shè)備，不論采用何種再生方式，其出水水質(zhì)一般均較好，電導(dǎo)率都能低于0.1 μS/cm。再加上OT處理時凝結(jié)水的pH值一般在8.5左右，凝結(jié)水精處理系統(tǒng)運行工況又大大改善，所以在選擇超臨界機(jī)組凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的再生方式時，目前常用的幾種再生方式均能滿足要求，可以不作特殊考慮。

中壓系統(tǒng)的布置方式具有系統(tǒng)連接簡單、運行調(diào)節(jié)方便、安全性高、無空氣泄漏進(jìn)系統(tǒng)的可能性等優(yōu)點，已被絕大部分廠家所接受，成為主流布置方式。因此，在考慮超臨界機(jī)組凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的設(shè)置模式時首先應(yīng)采用這種布置方式。

2.3.1 中壓系統(tǒng)的3種處理效果比較

2.3.1.1 除鹽效果

由于前置氫型陽樹脂過濾器+高速混床方式中，高速混床的進(jìn)水為中性或呈微酸性，工作中的負(fù)離子大大減少，因此在相同的雜質(zhì)離子含量下，其運行周期長，出水水質(zhì)比其他2種方式略好。裸高速混床、前置過濾器+高速混床這2種設(shè)置方式的高速混床只要再生好，即使在氫型狀態(tài)下的運行周期較短，出水的氫電導(dǎo)率也能在0.06 μS/cm以下，完全能滿足超臨界機(jī)組給水水質(zhì)的要求。由此可見，只從系統(tǒng)的除鹽效果看，上述3種方式都可采用。

2.3.1.2 裸高速混床的除鐵情況

某廠2臺超臨界機(jī)組的凝結(jié)水精處理系統(tǒng)是最簡單的裸高速混床系統(tǒng)，運行至今出水的氫電導(dǎo)率一直控制在0.06 μS/cm以下，能完全滿足超臨界機(jī)組的水質(zhì)要求。

(1) 機(jī)組啟動階段的過濾除鐵效果。統(tǒng)計了2臺機(jī)組最近20次的啟動分析報告，得出進(jìn)水水質(zhì)和過濾除鐵率的關(guān)系曲線如圖1所示。

圖1 啟動階段過濾除鐵率與凝結(jié)水含鐵量的關(guān)系

由圖1可看出，機(jī)組啟動階段凝結(jié)水含鐵量變化較大，隨著凝結(jié)水含鐵量的增加，裸高速混床系統(tǒng)的過濾除鐵率也在增加。在凝結(jié)水含鐵量非常高時的過濾除鐵效果為98 %以上，但此時的裸高速混床系統(tǒng)出水的鐵含量的絕對值很高，有時會超過50 μg/L，使點火水質(zhì)不合格。

(2) 機(jī)組正常運行時的過濾除鐵效果。機(jī)組正常運行時凝結(jié)水中的含鐵量與啟動時相比明顯減少。統(tǒng)計了機(jī)組多年的運行分析數(shù)據(jù)，得出正常運行時凝結(jié)水含鐵量和過濾除鐵率的關(guān)系曲線如圖2所示。

圖2 正常運行時過濾除鐵率與凝結(jié)水含鐵量的關(guān)系

由圖2可看出，在機(jī)組正常運行時，凝結(jié)水含鐵量較低的情況下，裸高速混床系統(tǒng)的過濾除鐵率一般多在70 %以下；而當(dāng)凝結(jié)水含鐵量非常低時該系統(tǒng)的過濾除鐵率也較低，約為59 %，即有近一半的鐵無法通過過濾除去又隨系統(tǒng)循環(huán)進(jìn)入熱力系統(tǒng)，對進(jìn)一步降低給水的含鐵量造成困難。

2.3.1.3 前置氫型陽樹脂過濾器+高速混床系統(tǒng)的除鐵情況

根據(jù)過濾原理，相同的水流在相同的過濾流速下流過不同的過濾器時，固體顆粒的除去率只與不同過濾器內(nèi)濾料的直徑和濾料的高度有關(guān)。如果濾料的直徑和濾料的高度相近，那么其過濾效果也就會相近。常規(guī)的前置氫型陽樹脂過濾器的樹脂層高度均在1 m以上，與裸高速混床的樹脂層高度相近或略高，所以在處理凝結(jié)水時的過濾效果與裸高速混床相近。

由于沒有詳細(xì)的試驗數(shù)據(jù)，下面就套用裸高速混床的數(shù)據(jù)對前置氫型陽樹脂過濾器+高速混床系統(tǒng)的除鐵效果進(jìn)行模擬計算。

在凝結(jié)水含鐵量高的啟動階段，前置氫型陽樹脂過濾器的除鐵效果按90 %～98 %計算(根據(jù)EPRI導(dǎo)則介紹，啟動階段前置氫型陽樹脂過濾器的除鐵效果能在90 %以上)，后置的高速混床除鐵效果按59 %計算，則整個系統(tǒng)在啟動階段的除鐵率可在96 %～99.2 %。這樣的過濾效果即使在凝結(jié)水的鐵含量達(dá)到5 000 μg/L時也能確保出水鐵含量小于50 μg/L，滿足鍋爐點火水質(zhì)要求。

在凝結(jié)水含鐵較低的正常運行階段，前置氫型陽樹脂過濾器的除鐵效果如按59 %～70 %計算，后置的高速混床除鐵效果仍按59 %計算，則整個系統(tǒng)在正常運行階段的除鐵率可在83 %～88 %，比裸高速混床系統(tǒng)的過濾除鐵效果有較大幅度的提高，這樣的過濾效果可以使系統(tǒng)出水的鐵含量達(dá)到更低的水平。

另外，在前置氫型陽樹脂過濾器+高速混床系統(tǒng)中，凝結(jié)水中的銨離子已由前置氫型陽樹脂過濾器去除，后置的高速混床工作在中性或微酸性狀態(tài)下，更有利于去除溶解狀態(tài)的鐵離子，對整個系統(tǒng)的除鐵效果會有進(jìn)一步的提高。

該系統(tǒng)的主要缺點是系統(tǒng)較復(fù)雜，需要為前置氫型陽樹脂過濾器配置一套再生系統(tǒng)，占地面積大。另外，該系統(tǒng)運行的壓差比裸高速混床大1倍左右，比前置過濾器+高速混床系統(tǒng)略大；運行工作量比前置過濾器+高速混床系統(tǒng)大，與裸高速混床系統(tǒng)相近。

2.3.1.4 前置過濾器+高速混床系統(tǒng)的除鐵情況

在前置過濾器+高速混床系統(tǒng)中，前置過濾器濾元的過濾孔徑可以根據(jù)需要進(jìn)行選擇，不同的階段可以采用不同過濾孔徑的濾元來適應(yīng)不同凝結(jié)水水質(zhì)的需要。隨著安裝質(zhì)量和設(shè)備維護(hù)質(zhì)量的提高，裝有2臺900 MW超臨界機(jī)組的某電廠已成功使用1 μm過濾孔徑的濾元來處理機(jī)組啟動階段的凝結(jié)水，對于不同凝結(jié)水中鐵的過濾除去效果能在70 %～92 %。按此效果計算前置過濾器+高速混床系統(tǒng)的過濾除鐵效果，與前置氫型陽樹脂過濾器+高速混床系統(tǒng)相近，比裸高速混床系統(tǒng)的過濾除鐵效果有較大幅度的提高。

該系統(tǒng)比裸高速混床系統(tǒng)復(fù)雜，但比前置氫型陽樹脂過濾器+高速混床系統(tǒng)簡單。占地面積比裸高速混床系統(tǒng)大，但比前置氫型陽樹脂過濾器+高速混床系統(tǒng)小。運行的壓差比裸高速混床大(0.2～0.5)kg/cm2，比前置氫型陽樹脂過濾器+高速混床系統(tǒng)略小。運行工作量最小，運行的靈活性和安全性最高。

2.3.2 凝結(jié)水精處理系統(tǒng)設(shè)置的優(yōu)化選擇

如上所述，綜合考慮凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的除鹽效果、除鐵效果、系統(tǒng)的復(fù)雜性、安全性、運行壓差和運行工作量的大小等情況，超臨界機(jī)組凝結(jié)水精處理系統(tǒng)應(yīng)選中壓系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)置模式應(yīng)首選前置過濾器+高速混床系統(tǒng)，其次是前置氫型陽樹脂過濾器+高速混床系統(tǒng)，盡量避免選用裸高速混床系統(tǒng)。目前常用的幾種再生方式均可選用，在不提高總價的前提下可首選高塔式完全分離技術(shù)或錐形分離技術(shù)。

2.4 啟動沖洗和停爐保養(yǎng)優(yōu)化

2.4.1 停爐保養(yǎng)優(yōu)化

正確選擇機(jī)組的停爐保養(yǎng)方法是確保機(jī)組汽水品質(zhì)的重要保證，對于超臨界機(jī)組的停爐保養(yǎng)方法，可根據(jù)停運時間的長短選擇，在DL/T956—2005《火力發(fā)電廠停(備)用熱力設(shè)備防銹蝕導(dǎo)則》中所提到的所有方法都可以采用。

對于機(jī)組檢修停用的保護(hù)，由于涉及設(shè)備的檢修，熱力系統(tǒng)要打開并接觸空氣，使得充氮密封保養(yǎng)的措施無法實施。假如停爐保養(yǎng)采用加有機(jī)成膜胺進(jìn)行保護(hù)，那么機(jī)組啟動運行后再次恢復(fù)OT時，氧就會與熱力系統(tǒng)表面上的有機(jī)胺膜進(jìn)行氧化反應(yīng)，生成低分子有機(jī)酸，影響機(jī)組汽水品質(zhì)的氫電導(dǎo)率值。另外根據(jù)有關(guān)試驗報導(dǎo)，溶解到凝結(jié)水中的有機(jī)胺膜會對凝結(jié)水精處理裝置中的陽樹脂發(fā)生不可再生的吸附和離子交換，使陽樹脂失去部分交換功能。所以一般不提倡在超臨界機(jī)組停爐保養(yǎng)時采用加有機(jī)成膜胺的方法。

超臨界機(jī)組沒有汽包鍋爐中熱爐放水時上下汽包壁溫差控制的限制，因此可以采用較高的放水溫度及較長的悶爐烘干時間，確保最難烘干的U型過熱器和再熱器下彎頭烘干，從而對鍋爐本體、高加水側(cè)、除氧器等部位的干燥起到保護(hù)作用。

根據(jù)以上情況，建議對機(jī)組的停爐保養(yǎng)進(jìn)行如下優(yōu)化。

(1) 對于停機(jī)檢修的超臨界機(jī)組，其鍋爐本體、高加水側(cè)、除氧器等可采用熱爐放水余熱烘干的方法進(jìn)行保養(yǎng)；其汽機(jī)和凝汽器可采用先對凝汽器熱井進(jìn)行人工清理擦干，然后打開汽側(cè)上、下人孔門進(jìn)行自然通風(fēng)干燥的辦法進(jìn)行保養(yǎng)。

(2) 對不進(jìn)行檢修的長期停運備用的超臨界機(jī)組，其鍋爐本體、爐前系統(tǒng)建議采用加氨提高給水pH值至10以上，同時結(jié)合鍋爐上部充氮隔絕空氣的方法進(jìn)行保養(yǎng)；其汽機(jī)本體建議采用通干燥風(fēng)進(jìn)行干燥的方法進(jìn)行干燥保養(yǎng)。只有在機(jī)組無法采用充氮和通干燥風(fēng)保養(yǎng)時，才可考慮采用加有機(jī)成膜胺進(jìn)行保養(yǎng)；但啟動后應(yīng)在AVT方式下運行一段時間，待熱力系統(tǒng)表面的有機(jī)胺膜絕大部分被溶解或分解后再轉(zhuǎn)換成OT。這種保護(hù)方式要以損失部分凝結(jié)水精處理裝置中的陽樹脂的離子交換功能為代價。

2.4.2 啟動沖洗優(yōu)化

超臨界機(jī)組啟動時，可以根據(jù)停爐保護(hù)的執(zhí)行情況和熱力系統(tǒng)的清潔情況，對熱力系統(tǒng)進(jìn)行分段沖洗。首先進(jìn)行凝汽器沖洗；沖洗合格后進(jìn)行從凝汽器到除氧器的小循環(huán)沖洗；沖洗合格后轉(zhuǎn)入從凝汽器到汽水分離器的大循環(huán)沖洗，直到符合點火標(biāo)準(zhǔn)后再點火；蒸汽產(chǎn)生后通過旁路系統(tǒng)對蒸汽系統(tǒng)進(jìn)行沖洗。

上述幾種不同系統(tǒng)的沖洗標(biāo)準(zhǔn)可以根據(jù)補給水供給的情況不同，控制沖洗水在回收終點的含鐵量為200～500 μg/L。蒸汽系統(tǒng)的沖洗標(biāo)準(zhǔn)為，控制主蒸汽的品質(zhì)達(dá)到啟動控制指標(biāo)，然后才能進(jìn)行沖轉(zhuǎn)。

隨著機(jī)組運行時間的延長，以及熱力系統(tǒng)氧化情況的加劇，機(jī)組停運時不可避免地會發(fā)生氧化皮剝落的情況；如不注意對蒸汽系統(tǒng)的沖洗工作，就有可能引起對汽機(jī)的顆粒沖蝕，尤其對有一定運行時間的超臨界機(jī)組，更應(yīng)注重啟動時蒸汽系統(tǒng)的沖洗工作。

3 超臨界機(jī)組的化學(xué)監(jiān)督管理優(yōu)化

3.1 汽水取樣點的設(shè)置和在線儀表的配置優(yōu)化

直流爐的水汽工況具有特殊性，即從凝水到主蒸汽是一次完成的，鍋爐無汽包等中間容器，給水水質(zhì)的好壞取決于凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的出水水質(zhì)，這些特性是超臨界機(jī)組化學(xué)監(jiān)督取樣點的設(shè)置和在線儀表的配置應(yīng)該充分考慮的。

超臨界機(jī)組的參數(shù)較亞臨界機(jī)組有大幅度的提高，為了密切監(jiān)視金屬材料發(fā)生高溫氧化的情況，建議在設(shè)置常規(guī)取樣點的基礎(chǔ)上增加汽水分離器蒸汽出口和再熱器出口取樣點，并在汽水分離器蒸汽出口、主蒸汽和再熱器出口取樣點上安裝氫表。通過監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)不同取樣點的氫氣含量變化來推測過熱器和再熱器內(nèi)金屬材料發(fā)生高溫氧化的情況。

在線儀表的選型應(yīng)做到儀表工作性能可靠、維護(hù)工作量小、受環(huán)境影響小，所反映的情況要直觀、真實、明了。從保證機(jī)組正常運行的實際情況出發(fā)，每臺超臨界機(jī)組只需配置如表2所示的取樣點和在線儀表，就足以全面監(jiān)測機(jī)組的汽水品質(zhì)。

表2 超臨界機(jī)組較經(jīng)濟(jì)的取樣點和在線儀表的配置建議

在在線儀表配置少而精的同時,實驗室可以適當(dāng)配置一些精度較高的便攜式電導(dǎo)率表、溶解氧表、pH表，以及一些高級的實驗室儀器，如原子吸收分光光度計等作為系統(tǒng)查定和校驗儀表。這樣就可以對超臨界機(jī)組的水汽品質(zhì)進(jìn)行快速、全面而有效的監(jiān)督。

3.2 汽水品質(zhì)中陰離子監(jiān)控優(yōu)化

超臨界機(jī)組中奧氏體鋼的使用量比亞臨界機(jī)組有較大的提高；與相同再熱蒸汽溫度的亞臨界機(jī)組相比，低壓缸末幾級葉片的濕度增加。為了防止發(fā)生奧氏體鋼的晶間腐蝕和汽機(jī)末幾級葉片的腐蝕，對超臨界機(jī)組汽水品質(zhì)中陰離子的監(jiān)測和控制是十分必需的。但目前對超純水中微量級陰離子的直觀檢測技術(shù)還沒有過關(guān)，只能采用實驗室的離子色譜儀來進(jìn)行測量。由于影響離子色譜測量結(jié)果的因素很多，同時離子色譜儀的投資費用和使用維護(hù)費用均較高，其使用和維護(hù)較復(fù)雜，一般電廠無法經(jīng)常用其進(jìn)行監(jiān)測。

根據(jù)有關(guān)陰離子的當(dāng)量電導(dǎo)理論，可推導(dǎo)出超純水中的氫電導(dǎo)率值(25℃時，μS/cm)與水中的主要陰離子——氯離子和硫酸根離子的濃度之間近似的數(shù)學(xué)關(guān)系：

氫電導(dǎo)率=0.058+0.012×CL-+0.009×SO

式中：CL——氯離子濃度(μg/L);

(1) 當(dāng)給水氫電導(dǎo)率控制在0.1 μS/cm以下時，氯離子、硫酸根離子均在2 μg/L以下；

(2) 當(dāng)給水氫電導(dǎo)率大于0.1 μS/cm時，給水中氯離子、硫酸根離子就會超標(biāo)，需要對系統(tǒng)進(jìn)行檢查和調(diào)整；

(3) 給水氫電導(dǎo)率控制在極低的范圍時，通過氫電導(dǎo)率表的測量值和上述數(shù)學(xué)關(guān)系式，就可立即估算出水中主要雜質(zhì)陰離子的含量情況，達(dá)到對陰離子監(jiān)控的目的；只有當(dāng)系統(tǒng)存在泄漏或不明原因的汽水品質(zhì)惡化時，才有必要進(jìn)行陰離子的分類監(jiān)測，以方便查找問題原因。

3.3 化學(xué)監(jiān)督管理

與亞臨界機(jī)組相比,在超臨界機(jī)組安全運行工作中，化學(xué)監(jiān)督工作的作用顯得尤為重要。為了確保超臨界機(jī)組的安全運行，從工程的科研工作開始直到機(jī)組投產(chǎn)后的正常運行，都應(yīng)該有化學(xué)專業(yè)人員參與，開展全過程的化學(xué)監(jiān)督管理工作。

3.3.1 從設(shè)計到投產(chǎn)階段的化學(xué)監(jiān)督

(1) 在機(jī)組設(shè)計時就應(yīng)充分考慮超臨界機(jī)組的特點，采用無銅的熱力系統(tǒng)及完善的水處理工藝。

(2) 在設(shè)備驗收、保管和安裝驗收過程中均要有化學(xué)專業(yè)人員參與并提出驗收和保管建議。

(3) 在機(jī)組沖管和整組啟動階段，化學(xué)專業(yè)應(yīng)嚴(yán)格按“汽水品質(zhì)控制標(biāo)準(zhǔn)”控制點火給水水質(zhì)及汽機(jī)沖轉(zhuǎn)蒸汽品質(zhì)，不達(dá)標(biāo)準(zhǔn)禁止點火及沖轉(zhuǎn)。

(4) 在機(jī)組的設(shè)計及基建階段就應(yīng)著手進(jìn)行化學(xué)專業(yè)人員的技能培訓(xùn)工作。通過規(guī)程編寫、調(diào)試方案討論、調(diào)試操作等工作鍛煉隊伍，使得化學(xué)專業(yè)人員從設(shè)備調(diào)試開始就能獨立開展工作，并為機(jī)組的安全投產(chǎn)準(zhǔn)備好素質(zhì)較高的化學(xué)專業(yè)人員。

3.3.2 機(jī)組正常運行時的化學(xué)監(jiān)督

機(jī)組交付生產(chǎn)后，化學(xué)監(jiān)督網(wǎng)應(yīng)立即投入并做好以下工作。

(1) 主要抓好汽水品質(zhì)合格率和水處理設(shè)備的完好率，發(fā)現(xiàn)問題及時組織人力進(jìn)行消缺。

(2) 定期對化學(xué)在線儀表進(jìn)行校對，發(fā)現(xiàn)誤差及時聯(lián)系維護(hù)，保持在線儀表的高正確性。

(3) 定期開展熱力系統(tǒng)汽水品質(zhì)查定工作，并對查定數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，找出薄弱環(huán)節(jié)，及時采取針對性措施進(jìn)行調(diào)整，確保機(jī)組在較好的汽水品質(zhì)下運行。

機(jī)組正常運行后的化學(xué)監(jiān)督工作內(nèi)容如下。

(1) 應(yīng)高度重視機(jī)組大小修時的化學(xué)監(jiān)督檢查，及時對檢查結(jié)果進(jìn)行分析總結(jié)。通過分析總結(jié)找出存在的化學(xué)水處理設(shè)備問題、給水處理及日常化學(xué)監(jiān)督中的問題，并在以后的工作中進(jìn)行改進(jìn)。

(2) 做好化學(xué)監(jiān)督檢查的影像資料積累工作，以便通過直觀的影像資料對一些需要長期觀察的現(xiàn)象進(jìn)行對比分析。

3.3.3 汽水品質(zhì)異常時的化學(xué)監(jiān)督管理

超臨界機(jī)組正常運行時對汽水品質(zhì)危害最大的異常是機(jī)組凝汽器水側(cè)泄漏。防止凝汽器泄漏的最好辦法是在檢修時定期對凝汽器管進(jìn)行探傷檢查，發(fā)現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)就預(yù)先采取封堵的措施。但是即使采取了以上措施，還是有可能會發(fā)生泄漏，最關(guān)鍵就是要做到早發(fā)現(xiàn)、早查漏和早堵漏。

為了做到早發(fā)現(xiàn)，應(yīng)該將能最快體現(xiàn)凝汽器泄漏的凝泵出口氫電導(dǎo)率的報警信號接入相應(yīng)機(jī)組的報警盤，同時制定相應(yīng)的4級異常處理標(biāo)準(zhǔn)和處理預(yù)案。發(fā)生報警后，應(yīng)立即按相應(yīng)的處理標(biāo)準(zhǔn)和處理預(yù)案進(jìn)行處理。只有高度重視凝汽器的泄漏處理工作，才能確保汽水品質(zhì)，才能確保機(jī)組的長期安全運行。

4 結(jié)論

(1) 目前的水處理技術(shù)、水處理工藝及設(shè)備已能完全滿足超臨界機(jī)組對水質(zhì)的要求。但機(jī)組汽水品質(zhì)的好壞與管理工作的好壞有密切關(guān)系。

(2) 從設(shè)計時就要全面考慮超臨界機(jī)組的汽水工況特點，凝汽器盡量采用鈦管和鈦板、低加必須采用不銹鋼管、高加采用碳鋼管，使系統(tǒng)成為無銅系統(tǒng)，從系統(tǒng)材質(zhì)上保證超臨界機(jī)組給水對銅的高要求。

(3) 在設(shè)計時選擇完善的補給水處理系統(tǒng)和完善的凝結(jié)水精處理系統(tǒng)。凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的首選是中壓、前置過濾器+高速混床系統(tǒng)。

(4) 在設(shè)計時要全面考慮機(jī)組正常運行時采用OT處理對機(jī)組的要求，設(shè)計安裝相應(yīng)的加氧系統(tǒng)，機(jī)組轉(zhuǎn)入正常運行后立即采用OT運行。

(5) 加強化學(xué)監(jiān)督，開展全過程化學(xué)監(jiān)督管理，確保機(jī)組從設(shè)計到正常運行的全過程都在化學(xué)監(jiān)督之下。只有保證機(jī)組一直處于較好的水化學(xué)工況，才能確保機(jī)組長壽、安全、經(jīng)濟(jì)運行。

(6) 加強防止機(jī)組凝汽器泄漏的工作，制定嚴(yán)格的凝結(jié)水水質(zhì)異常時的4級處理標(biāo)準(zhǔn)、處理措施和相應(yīng)的處理預(yù)案。做到早發(fā)現(xiàn)、早檢查、早堵漏，努力將機(jī)組凝汽器泄漏的影響降到最低。

(7) 每次機(jī)組檢修或停備用時應(yīng)選擇合適的保護(hù)措施，確保停運階段熱力系統(tǒng)不發(fā)生腐蝕。機(jī)組啟動時嚴(yán)格按要求進(jìn)行水側(cè)和蒸汽側(cè)的沖洗，嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)控制點火和沖轉(zhuǎn)的汽水品質(zhì)。

(8) 超臨界機(jī)組在我國還處于一個成長期，機(jī)組汽水品質(zhì)的優(yōu)化還有許多問題有待研究，目前雖然已做了一些工作，但較之世界一流超臨界機(jī)組的運行水平還有相當(dāng)大的差距，有待進(jìn)一步開展工作。

1 肖作善．熱力設(shè)備水汽理化過程[M]．北京：水利電力出版社，1987.

2 沈保中．600 MW超臨界機(jī)組給水加氨、加氧聯(lián)合處理應(yīng)用研究[J]．熱力發(fā)電，1998(6).

3 GB/T12145—1999火力發(fā)電機(jī)組及蒸汽動力設(shè)備水汽質(zhì)量[S].

2013-07-16)