超超臨界機(jī)組啟動分離器二氧化硅突變分析

葉平，高默劼

（中國電建集團(tuán)裝備研究院有限公司，上海 200233）

超超臨界機(jī)組啟動分離器二氧化硅突變分析

葉平，高默劼

（中國電建集團(tuán)裝備研究院有限公司，上海 200233）

以某新建1000 MW超超臨界機(jī)組在整套試運(yùn)階段一次二氧化硅含量突變的現(xiàn)象為例，分析了此現(xiàn)象出現(xiàn)的原因，提出了避免此現(xiàn)象再次出現(xiàn)的方法。

超超臨界機(jī)組；啟動分離器；二氧化硅；整套啟動；突變

某發(fā)電廠二期工程為2臺1000MW超超臨界燃煤火電機(jī)組，鍋爐為上海鍋爐廠制造的超超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行螺旋管圈直流爐，鍋爐采用一次再熱、單爐膛單切圓燃燒、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)塔式布置。由上海鍋爐廠有限公司引進(jìn)Alstom-Power公司Boiler Gmbh的技術(shù)生產(chǎn)。

鍋爐型號為SG3091/27.46-M541，鍋爐的BMCR工況額定蒸汽流量為3091t/h。鍋爐額定工況蒸汽壓力為27.46MPa。在鍋爐啟動及低負(fù)荷運(yùn)行時，在達(dá)到最低直流負(fù)荷前，利用爐水再循環(huán)提升壓力來保證對爐膛水冷壁的足夠冷卻。當(dāng)鍋爐負(fù)荷接近或大于最低直流負(fù)荷時，在水冷壁中的直流模式下，水冷壁管內(nèi)的質(zhì)量流速已能保證水冷壁管的充分冷卻。爐水再循環(huán)逐步切換至備用狀態(tài)，啟動系統(tǒng)中分離器貯水箱下來的疏水一路至再循環(huán)泵進(jìn)口，另一路接至大氣擴(kuò)容器，再經(jīng)過疏水箱經(jīng)疏水泵根據(jù)情況分別到達(dá)凝汽器以及機(jī)組排水槽。

給水系統(tǒng)為單元制，每臺機(jī)組配備兩臺50%容量的汽動給水泵組。汽動給水泵的正常運(yùn)行汽源為主機(jī)的四段抽汽，機(jī)組啟動和低負(fù)荷時由輔助蒸汽系統(tǒng)或再熱冷段供汽。當(dāng)主汽輪機(jī)負(fù)荷降至正常汽源壓力不能滿足要求時切換到備用汽源（輔助蒸汽系統(tǒng)或冷段），并在此工況下運(yùn)行。當(dāng)主機(jī)負(fù)荷重新上升時，調(diào)節(jié)器又能自動將汽源切換到工作汽源。

汽動給水泵組設(shè)有前置泵，并配備相應(yīng)的電動機(jī)，前置泵布置在汽機(jī)房0米層，除氧器內(nèi)的凝結(jié)水經(jīng)前置泵升壓后至主給水泵進(jìn)口，然后由小汽機(jī)驅(qū)動的主給水泵打出至給水系統(tǒng)，主給水泵及小汽機(jī)布置在汽機(jī)房17米層，每臺給水泵汽輪機(jī)自身配置電動油泵供油系統(tǒng)，供給水泵汽輪機(jī)本體軸承和被驅(qū)動的給水泵軸承潤滑用油及給水泵汽輪機(jī)保安用油。給水泵汽輪機(jī)調(diào)節(jié)用油采用中、低壓保安用油，來自潤滑油系統(tǒng)。

1 二氧化硅的危害

新建超超臨界直流爐有其自己的水汽工況特點(diǎn)，首先新建機(jī)組熱力系統(tǒng)的清潔度不如正常運(yùn)行的機(jī)組清潔度高，系統(tǒng)中可能存在焊渣、泥砂、鐵銹、保溫棉等雜物，這些是含硅量較大的物質(zhì)，影響水質(zhì)穩(wěn)定。其次整套啟動期間采用CWT處理方式，給水全部變成蒸汽，鍋爐水的緩沖性較小，蒸汽的溫度、壓力較高，其所能溶解和攜帶的雜質(zhì)種類較多，濃度較高，伴隨蒸汽轉(zhuǎn)移的雜質(zhì)也較多，在汽輪機(jī)葉片上濃縮、結(jié)垢的的風(fēng)險(xiǎn)也較大，蒸汽品質(zhì)對給水水質(zhì)的變化較為迅速和敏感。最后新建機(jī)組在運(yùn)行過程中由于試驗(yàn)、不穩(wěn)定等因素，造成負(fù)荷波動較大，引起水汽品質(zhì)波動較大。

鍋爐水中硅化物有多種形態(tài)，它的主要形態(tài)取決于爐水的pH值，pH值在8～10的范圍內(nèi)，硅的溶解度隨著pH值的增大而增大，且在爐水中硅酸與硅酸鹽之間處在水解平衡狀態(tài)，如式1、式2所示。

當(dāng)爐水的pH值抬高時，OH－離子濃度就增大，平衡向右側(cè)，即生成硅酸鹽方向移動，而硅酸鹽的溶解攜帶系數(shù)比硅酸小得多，因此，飽和蒸汽溶解攜帶的二氧化硅將減少。但當(dāng)pH值超過12，pH值對硅酸溶解攜帶系數(shù)影響減小，pH值太高爐管有苛性脆化的危險(xiǎn)。

在機(jī)組啟動時，隨著熱力系統(tǒng)中蒸汽壓力和溫度的上升，硅的化合物在蒸汽和水中溶解能力增大，且部分分子形態(tài)的硅酸更容易存在于飽和蒸汽中。當(dāng)高溫的蒸汽沖擊汽輪機(jī)葉片，做完功后，蒸汽溫度和壓力降低，蒸汽中溶解和攜帶的硅就會析出，沉積在汽輪機(jī)葉片上，并在汽輪機(jī)葉片上濃縮，使得蒸汽的通道變窄，汽輪機(jī)葉片的表面光潔度降低，降低密封效果，直接影響汽輪機(jī)的效率，增大軸向推力，危害機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行，且長期積累的沉積物質(zhì)可引起和加快對汽輪機(jī)葉片的腐蝕速率。

特別是在新建直流爐機(jī)組，應(yīng)密切監(jiān)視、嚴(yán)格控制給水和蒸汽中的二氧化硅含量。

圖1

2 事件實(shí)例

某發(fā)電廠1000MW超超臨界燃煤火電機(jī)組在調(diào)試期間的一次機(jī)組整套啟動中，啟動分離器已進(jìn)入干態(tài)運(yùn)行，在400MW負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行8小時后，啟動分離器的二氧化硅含量在取樣分析時發(fā)生突變，由原來的191.4μg/L，突升至365.1μg/L，系統(tǒng)的煤量、給水水量無較大波動，壓力變化較小，并未有影響二氧化硅波動的操作，且省煤器和主蒸汽的二氧化硅含量未出現(xiàn)較大變化。

3 原因分析

隨著機(jī)組負(fù)荷的變化，省煤器和主蒸汽的二氧化硅含量發(fā)生相應(yīng)的變化，啟動分離器的二氧化硅含量的卻發(fā)生了跳變。由于取樣分析時，所用的分析藥品一致，分析儀器表計(jì)是經(jīng)過檢驗(yàn)檢測機(jī)構(gòu)校驗(yàn)后進(jìn)行使用的，經(jīng)過了多次校準(zhǔn)，分析方法均按照國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，較為統(tǒng)一，且取樣分析是連續(xù)進(jìn)行的，排除了化學(xué)分析出現(xiàn)偏差的可能性。且由于此次啟動并非此臺機(jī)組的首次啟動，在上次啟動后，在鍋爐啟動系統(tǒng)部分無安裝消缺等工作，因此由于系統(tǒng)清潔問題帶入的雜質(zhì)引起硅突變的可能也被排除。

各取樣管路在安裝時已經(jīng)過壓縮空氣吹掃，在鍋爐吹管階段完成了變流量沖洗的工作，且在鍋爐吹管和第一次機(jī)組整套啟動過程中完成了機(jī)組各取樣點(diǎn)的取樣工作，準(zhǔn)確進(jìn)行了各取樣點(diǎn)汽水品質(zhì)的分析，排除了取樣管路的清潔度對二氧化硅突變造成影響的可能性。

根據(jù)鍋爐啟動系統(tǒng)的構(gòu)造分析，如圖1所示，在逼近最低直流負(fù)荷時，分離器水位消失，進(jìn)入干態(tài)，汽水分離器疏水箱至鍋爐疏水?dāng)U容器閥門關(guān)閉，且啟動循環(huán)泵停用，聯(lián)鎖啟動循環(huán)泵出口閥門關(guān)閉。此時啟動循環(huán)泵進(jìn)出口各設(shè)計(jì)有2路熱備用管，其作用不同，由于啟動分離器剛進(jìn)入干態(tài)，此時給水壓力比蒸汽壓力高很多，因此熱備用②一路管道中的介質(zhì)是不流動的，因此一般采用汽水分離器疏水箱至鍋爐疏水?dāng)U容器的熱備用管，即熱備用①一路為宜，此管路閥門自動狀態(tài)下邏輯為啟動分離器進(jìn)入干態(tài)后，熱備用管路電動閥門開啟，電動調(diào)節(jié)門根據(jù)啟動循環(huán)泵的溫度測點(diǎn)調(diào)節(jié)開度大小，直至分離器壓力至18MPa才關(guān)閉，此時只要保持啟動循環(huán)泵入口電動門開啟狀態(tài)即可。

當(dāng)汽水分離器疏水箱如果溫度不夠高，熱備用①路上的電動調(diào)節(jié)閥門會關(guān)小，或者電動調(diào)節(jié)閥門放在手動狀態(tài)，為保持汽水分離器疏水箱的溫度而人為將電動調(diào)節(jié)閥門關(guān)閉過小時，熱備用①路中的介質(zhì)流速減緩，而啟動分離器的取樣管路就在啟動循環(huán)泵前，這部分介質(zhì)如果流動性太差或者未能及時排放，隨著機(jī)組運(yùn)行，其中水分必然會逐漸蒸發(fā)，介質(zhì)逐漸濃縮，且取樣管路較細(xì)，導(dǎo)致從取樣點(diǎn)取到的水樣中二氧化硅含量增大，且相同時間間隔內(nèi)，鍋爐熱負(fù)荷越高，增加的幅度越大，因此所檢測的啟動分離器的水樣就會出現(xiàn)數(shù)據(jù)偏離，不再具有代表性。

4 解決方案

通過以上原因分析可知，機(jī)組轉(zhuǎn)干態(tài)運(yùn)行后分離器的二氧化硅含量突變是由于熱備用管中的介質(zhì)流速過低，導(dǎo)致取樣點(diǎn)前剩水未能及時排凈，使其取樣未能準(zhǔn)確反應(yīng)分離器中蒸汽品質(zhì)所致。要解決這個問題，還是要從啟動系統(tǒng)入手，可保持啟動循環(huán)泵入口電動門開啟狀態(tài)，且在保證爐水循環(huán)泵和汽水分離器疏水箱溫度的前提下，調(diào)節(jié)熱備用管路中的電動調(diào)節(jié)閥門，加快熱備用管中的介質(zhì)流速，從而解決了機(jī)組轉(zhuǎn)干態(tài)后啟動分離器取樣中二氧化硅含量突變的問題。

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