空冷機組水汽氫電導率超標原因分析

張榮華，韓全順，沈繼軍，李 兵

(1.遼寧調兵山煤矸石發電有限責任公司，遼寧 鐵嶺 112700；2.國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006)

1 氫電導率超標情況

遼寧調兵山煤矸石發電有限責任公司(以下簡稱調兵山發電公司)機組容量為2×300 MW，2臺機組先后于2009年12月19日和2010年5月7日投產發電，凝結水采用直接空冷方式，凝結水精處理系統采用粉末樹脂覆蓋過濾器，2014年完成供熱改造對外供熱。

2016年10月9日，2號機組經C級檢修后啟動，經長期觀察機組水汽氫電導率較以往偏高，日常運行需開大機組連排、縮短鋪膜周期來維持機組標準水質，凝結水pH值提升困難，加氨量增大，而機組運行監督化驗水汽系統鈉、鐵、硅等指標未見異常。2號機組水汽氫電導率頻繁超過0.15 μs/cm標準值，過濾器運行周期縮短，運行至3～4天機組水汽氫電導率即出現超過標準值情況。

2 原因分析

2.1 爐渣冷卻水換熱器存在泄漏點

爐渣冷卻水通過管式換熱冷渣器冷卻爐渣，同時回收爐渣部分熱量，爐渣冷卻水補水由熱力系統凝結水補給，冷卻方式通過2路凝結水及1路開式循環水，正常運行方式由機組熱量回收裝置凝結水冷卻，如水溫過高同時投入開式循環水，冷卻至正常運行溫度范圍。懷疑可能由于爐渣冷卻水受爐渣或開式循環水污染，經爐渣冷卻水熱量回收裝置與凝結水接觸帶入機組水汽系統。

2.2 脫硝系統尿素溶液壓力過高反流至凝結水系統

調兵山發電公司脫硝系統采用選擇性非催化還原法(SNCR)煙氣脫硝工藝，煙氣脫硝系統采用尿素CO(NH2)2作為還原劑，先制備為50%濃度的溶液進行存儲，最終稀釋到10%濃度噴入分離器入口煙道。其中噴射過程需凝結水與尿素溶液混合后噴入分離器入口煙道，而尿素輸送泵出口壓力由運行人員進行調整，調整至低于凝結水壓力，如尿素溶液壓力高于凝結水壓力有可能造成尿素溶液反流至凝結水系統，或尿素輸送泵出口逆止門、沖洗水門均不嚴，導致尿素溶液進入爐渣冷卻水系統，經爐渣冷卻水熱量回收裝置與凝結水接觸帶入機組水汽系統。

2.3 汽機真空系統異常漏入空氣

凝結水采用直接空冷技術，與空氣接觸面大，如真空系統不嚴密，或凝結水過冷度過高，空氣漏入系統不容易抽出，而空氣中的CO2溶于水中，會造成系統氫電導率升高。

2.4 水汽取樣系統及在線儀表異常顯示出現誤差

a.機組集中取樣裝置的高溫取樣架及恒溫裝置冷卻水均采用廠內閉式循環冷卻水，如冷卻器管路泄漏，水樣將混入閉式循環冷卻水，造成水汽氫電導率升高。

b.水汽取樣系統不嚴密，空氣進入取樣系統，空氣中CO2溶于水中，造成系統氫電導率升高。

c.取樣系統冷卻效果不佳，水樣溫度超過標準規定，造成氫電導率受溫度影響升高。

d.儀表顯示存在誤差，造成測量結果不準確，造成氫電導率顯示偏高。

2.5 熱網疏水水質不合格進入機組水汽系統

調兵山發電公司2014年完成供熱改造后對外供熱，采用管式換熱器及新增加背壓機組后換熱器與熱網循環水換熱，對外供應熱源，熱網循環水水源為柴河水經軟化處理后的軟化水，如熱網管式加熱器或背壓機組后換熱器出現輕微滲漏，熱網疏水出現不合格進入機組水汽系統，會造成系統氫電導率升高。

2.6 機組水汽受有機物污染

火力發電廠運行過程中，部分水汽與含有有機物物質接觸運行，如監視不到位、操作不當或系統存在缺陷極有可能造成有機物進入機組水汽系統[1]，有機物進入熱力系統高溫分解后形成有機酸類等物質[2]，而調兵山發電公司凝結水精處理系統采用粉末樹脂覆蓋過濾器，樹脂除鹽交換容量低，無法有效去除受熱分解后的離子，造成機組水汽氫電導率升高，與此相關的可能原因如下。

a.凝補水箱防腐層部分脫落，進入熱力系統受熱分解，造成機組水汽氫電導率升高[3]。

b.轉機油進入熱力系統，或壓縮空氣中含油在反洗爆膜時進入粉末樹脂覆蓋過濾器，或其他可能存在的油類物質進入系統熱分解，造成機組水汽氫電導率升高。

c.凝結水精處理粉末樹脂覆蓋過濾器繞線式濾芯異常或隔板開焊，微量樹脂粉漏入系統內部受熱分解，造成機組水汽氫電導率升高[4]。

3 氫電導率異常原因排查分析

3.1 爐渣冷卻水換熱器存在泄漏點排查

爐渣冷卻水有2路冷卻水，分別為凝結水及開式循環水，隔離凝結水爐渣器冷卻水熱量回收裝置，單由開式循環水換熱器用于冷卻爐渣冷卻水72 h觀察運行，爐渣冷卻水已與凝結水系統完全隔離但系統水質無改善，排除由于爐渣冷卻水受爐渣或開式循環水污染，經爐渣冷卻水熱量回收裝置與凝結水接觸帶入機組水汽系統的可能；同時排除尿素輸送泵出口逆止門、沖洗水門均不嚴，導致尿素溶液進入爐渣冷卻水系統，經爐渣冷卻水熱量回收裝置與凝結水接觸帶入機組水汽系統。

3.2 脫硝系統尿素溶液壓力過高反流至凝結水系統的排查

脫硝系統水源分別為爐渣冷卻水及凝結水；如出現由于尿素溶液壓力過高反流至凝結水系統，尿素輸送泵出口母管壓力必將高于凝結水系統壓力，經生產實時監控系統SIS數據對2016年10月至2017年4月凝結水壓力及脫硝系統尿素輸送泵出口母管壓力分析對比。可以看出：從2016年10月開始至2017年4月，均沒有出現尿素母管壓力高于凝結水母管壓力的現象，排除由于脫硝系統尿素溶液壓力過高反流至凝結水系統，造成機組水汽氫電導率升高原因的可能。同時由3.1節排查過程可知無尿素進入爐渣冷卻水系統而后進入凝結水系統的可能。

3.3 汽機真空系統異常系統漏入空氣的排查

經生產實時監控系統SIS數據對2016年10月至2017年4月2號機組凝結水過冷度及溶解氧數據采集分析。另通過真空嚴密性試驗分別對各月份機組真空嚴密性進行試驗數據采集(見表1)。可見2號機組溶解氧基本合格；凝結水過冷度保持在較低水平(<3.5 ℃)，符合運行規范；且2號機真空嚴密性要好于1號機，說明不是因為系統真空不嚴密造成機組溶解氣體升高，從而氫電導率明顯比1號機組升高快的現象。

表1 機組真空嚴密性試驗數據 Pa/min-1

3.4 水汽取樣系統及在線儀表異常顯示出現誤差的排查

為實際確定在線儀表顯示的真實性，分別對高溫取樣架換熱器及恒溫裝置換熱管路在滿足機組監視需求的情況下逐一進行解體檢查并進行通水試驗未發現泄漏情況發生；日常運行調整取樣流量至高值觀察氫電導率變化情況，經觀察72 h后氫電導率無明顯變化；日常運行觀察表計溫度數值無超溫運行情況發生；2017年4月委托東北電力科學研究院對廠內在線儀表進行數據效驗，數據結果見表2。

由表2可見，在線儀表均滿足DL/T677《發電廠化學在線化學儀表檢驗規程》要求，測量顯示數值準確，排除因水汽取樣系統及在線儀表異常顯示出現誤差所造成的機組水汽氫電導率超標的原因。

表2 2號機組在線儀表檢驗結果

3.5 熱網疏水水質不合格進入機組水汽系統的排查

切除2號機組采暖供熱系統運行，供熱系統由1號機組全部接帶，2號機組重新對凝結水粉末樹脂覆蓋過濾器鋪膜投運，觀察運行16 h，機組水汽指標無改善，排除因熱網疏水水質不合格進入機組水汽系統造成機組水汽氫電導率超標的可能。

3.6 機組水汽受有機物污染的排查

對機組水汽進行陰離子含量對比分析，檢測結果見表3，發現2號機組CH3COO-與1號機組數值比均偏高，懷疑極有可能因有機物進入水汽系統受熱分解，造成機組水汽氫電導率超標。

3.6.1 油類物質進入系統熱分解的排查

對轉機油進入熱力系統，或壓縮空氣中含有油在反洗爆膜時油進入粉末樹脂覆蓋過濾器，或其他可能存在的油類物質進入系統熱分解進行排查。

表3 機組水汽陰離子含量對比分析檢驗結果 μg/L

開啟凝結水精處理系統粉末樹脂覆蓋過濾器所用壓縮空氣儲罐排污門，使用濾紙與壓縮空氣直接接觸觀察濾紙變化，濾紙潔凈無油污；對鋪膜箱及輔助鋪膜箱放水檢查無含油現象；對轉機油位變化情況及油室密閉情況進行檢查排除存在油類物質進入機組系統的可能。

3.6.2 凝補水箱防腐層部分脫落而進入熱力系統受熱分解的排查

機組補水由凝補水箱除鹽水供給，2臺機組凝補水箱水源可互為切換，2017年3月13日，2號機組補水切換至1號機組凝補水箱供給，將2號機組凝補水箱放空后進行檢查，未發現凝補水箱防腐層出現脫落情況發生。

3.6.3 微量樹脂粉漏入系統內部受熱分解的排查

對凝結水精處理粉末樹脂覆蓋過濾器繞線式濾芯異常或隔板開焊，造成微量樹脂粉漏入系統內部受熱分解進行排查。

2017年4月，2號機組停運進行C級檢修，對2號機組粉末樹脂覆蓋過濾器進行解體檢查，將粉末樹脂覆蓋過濾器內繞線式濾芯全部拆除，繞線式濾芯情況見圖1，由圖1可見，大部分繞線式濾芯底部繞線固定處與固定螺母脫開約5 mm縫隙，部分濾芯螺母已串入螺紋內部形成較大縫隙，經全部濾芯解體檢查2臺粉末樹脂覆蓋過濾器內696根繞線式濾芯，其中306根繞線式濾芯缺少1個墊片，為不合格產品；對罐體隔板經水壓試驗無漏點。

圖1 粉末樹脂覆蓋過濾器內繞線式濾芯拆解圖

3.6.4 繞線式濾芯異常原因分析。

調兵山發電公司2016年4月對2號機組粉末樹脂覆蓋過濾器內部繞線式濾芯進行更換，濾芯由原基建期選用A濾芯更換至B濾芯，原粉末樹脂覆蓋過濾器濾芯底部與容器內固定底座由螺紋連接后上部由螺帽與固定拉筋固定，更換至B濾芯后粉末樹脂覆蓋過濾器內螺紋與濾芯螺紋不一致，采用短接頭轉接后安裝，上部同樣因標準不同無法固定，上部松動。

隨機組粉末樹脂覆蓋過濾器運行時間增長，其受高壓力水沖擊及爆膜過程中壓縮空氣的瞬間沖擊造成濾芯晃動加劇，造成底部擋片與固定螺母脫開一段距離，合格產品繞線式濾芯底部擋片與繞線固定端內部為雙墊片，而本廠繞線式濾芯近半數缺少1個墊片，從而導致縫隙間樹脂進入凝結水系統，樹脂粉末隨溫度升高而分解形成有機酸類等物質，造成2號機組水汽氫電導率超標，經對繞線式濾芯更換后2號機組水汽氫電導率及鋪膜周期恢復正常，粉末樹脂覆蓋過濾器繞線式濾芯更換完畢系統恢復運行，2號機組氫電導率恢復至標準值0.15 μs/cm以下，粉末樹脂覆蓋過濾器運行周期恢復至15天左右。

4 結論

粉末樹脂覆蓋過濾器曾廣泛用于直接空冷機組，而內部繞線式濾芯質量是關乎整個機組水汽指標及機組安全經濟穩定運行的關鍵，經多方面分析排查最終確定由于粉末樹脂覆蓋過濾器繞線式濾芯質量問題造成的機組氫電導率超標。建議在更換繞線式濾芯前應嚴格按DL/T1357《發電廠凝結水精處理用繞線式濾芯驗收導則》驗收；安裝過程確保安裝質量，逐個濾芯進行牢固性檢查；機組啟動后粉末樹脂覆蓋過濾器切換過程中嚴密監視粉末樹脂覆蓋過濾器出口，同時監視機組省煤器入口氫電導率，出現粉末樹脂覆蓋過濾器切換完畢投入運行后省煤器入口氫電導率迅速上漲的趨勢一定要引起重視，機組出現氫電導率異常情況采用科學分析方式盡快處理，保證機組能夠持續安全、穩定、經濟運行。