氧化鋁廠到熱電廠的生產回水指標分析

單杰果

摘 要：在氧化鋁廠和熱電廠的水汽系統中，通過不斷提高系統的生產回水量，增加了系統熱效率，降低了鍋爐煤耗，減少了熱電水耗，為中鋁中州鋁業有限公司節能降本做出了突出貢獻。經過一年多的監測回水各項指標，總結經驗，結合理論，為達到生產回水能夠安全穩定使用，保證鍋爐蒸汽品質合格及減少汽輪機葉片結垢，對生產回水的各項指標進行分析。

關鍵詞：熱電廠；氧化鋁回水；電導率；含鈉量；二氧化硅

在氧化鋁廠到熱電廠的水汽系統閉環中，為防止熱力系統結垢、腐蝕和積鹽，水、汽質量應達到一定標準。水、汽質量監督就是用儀表或化學分析的方法測定各種水、汽質量，看其是否符合標準，以便必要時采取措施。第二氧化鋁廠熱電區域鍋爐的生產補給水有五部分，分別是除鹽水、凝汽式汽輪機的凝結水、疏水箱疏水、處理的不合格的蒸發回水、直接上爐的高閃回水，這些水混合后應該滿足鍋爐給水標準，最終目的是保證鍋爐蒸汽品質合格，防止汽輪機葉片積鹽結垢，保障汽輪機長期穩定運行。

蒸汽的污染通常是指蒸汽中含有鹽類物質（硅酸、鈉鹽等）的現象，蒸汽品質是指蒸汽中這些雜質含量的多少。這些鹽類物質會沉積在蒸汽通過的各個部位，這種現象常稱為積鹽。過熱器和汽輪機內積鹽會影響機組的安全、經濟運行。在汽包鍋爐中，過熱蒸汽的品質主要取決于由汽包送出的飽和蒸汽的純度。飽和蒸汽被污染的原因是蒸汽帶水和蒸汽溶解雜質。從汽包送出的飽和蒸汽常夾帶一些爐水的水滴，這樣爐水中的鈉鹽、硅化合物等各種雜質都以水溶液狀態進入蒸汽。這種現象稱為飽和蒸汽的水滴攜帶或機械攜帶，它是飽和蒸汽被污染的原因之一。蒸汽具有溶解某些物質的能力，并且蒸汽壓力越高，其溶解能力越大。飽和蒸汽通過溶解方式攜帶水中某些物質的現象，叫做蒸汽的溶解攜帶。它是蒸汽被污染的另一個原因。正常運行過程中，只要減少進入爐水中的雜質量、保證爐水含鹽量不高、進行鍋爐排污、采用適當的汽包內部裝置和調整鍋爐的運行工況等，既可保證飽和蒸汽品質合格。

為了防止蒸汽中的雜質在過熱器和汽輪機內沉積，就必須保證過熱蒸汽的純度。這要首先保證從汽包引出的飽和蒸汽是潔凈的，其次還要防止蒸汽在過熱器減溫器中被減溫水中的雜質所污染。[1]鍋爐的減溫水一般都是鍋爐的給水，對于生產回水未經處理大量使用的單位，回水對鍋爐給水中雜質含量的多少有很大影響，正常運行中保證獲得潔凈蒸汽的關鍵還是要關注給水的質量。在沒有在線氫電導率提供指標參考時，對于鍋爐補給水的各項指標的監控尤為重要，其中隱患最大的將是生產回水，一旦鍋爐補給水受到嚴重污染，將會面臨全面停爐事故。

一般來說，在熱用戶的用熱過程中，蒸汽往往受到污染，只是從熱用戶返回的熱蒸汽冷凝水（返回水）含有許多雜質。較多熱用戶中，返回水中含鐵量、硬度和含油量較大，不經過適當處理不能回收作為鍋爐給水的組成部分。返回水先收集于返回水箱中。為保證給水水質，應定時取樣檢查，監督返回水箱中的水中，確認水質符合規定后，方可送入鍋爐的給水系統。按規定，返回水的含鐵量應不大于100μg/L，硬度應不大于5.0μmol/L，含油量應不大于1mg/L。[2]根據我們廠的實際生產情況，蒸汽所有可能被污染的污染源是帶有液堿NaOH的礦漿，所以最應該監督直接進入除氧器的回水指標有硬度、電導率、含鈉量和二氧化硅。

（1）硬度。為了防止熱力系統結鈣、鎂水垢，減少鍋爐內磷酸鹽處理的用藥量，避免鍋爐水中產生過多的水渣，應監控直接進入除氧器的溶出高閃回水硬度。在一年多的溶出高閃回水手工化驗指標當中，只有在溶出進行檢修后的水質指標會有硬度外，正常運行當中，高閃回水指標是沒有硬度的，符合鍋爐給水標準，由于技術上較難實現在線硬度檢測，對回水的硬度可定時間斷檢測。指標標準為0μmol/L。

（2）電導率和氫電導率。電導率是反映回水中含鹽量多少的一項基本指標，也是判斷高閃回水系統是否有較大量以上泄漏導致污染的重要指標，通過這個指標來控制各管道上的進水閥關閉、排污閥打開，將不會導致鍋爐給水系統大面積污染。但由于電導率測量水中離子含量較為粗放，且不容易判斷管道微量滲漏，還需要通過鈉含量來協助判斷，并且日常操作中也可以對鍋爐給水進行精細調整。我們廠的汽包鍋爐采用的是爐水全揮發處理方式，通過加氨水調節給水PH來防止給水系統的金屬腐蝕，由于鋼鐵在PH為8.8—9.3之間時腐蝕速率最慢，所以需要調節整個給水系統的加氨量，來保證鍋爐給水PH合格。通過理論計算基本上可以得到純水中加入氨水調節PH在8.8—9.3之間時，對應的電導率在1.71-5.41us/cm之間。考慮到除鹽水自身還是有1us/cm左右的電導率，所以基本判定正常生產回水的電導率一般是不應該超過8us/cm。

氫電導率。蒸汽凝結水（冷卻至25℃）通過氫型強酸陽離子交換樹脂處理后的電導率，簡稱氫電導率，可用來表征蒸汽含鹽量的多少。氫型強酸陽離子交換樹脂的作用是去除蒸汽中的NH4+，提高電導率監測的靈敏度。之所以將氫電導率作為監督蒸汽質量的一個指標，是因為：①氨是為了提高水汽PH值而加入的，不屬于鹽分；②水中NH4+被H+等摩爾替代后，增強了對應的陰離子含量對電導率的貢獻，亦既提高了電導率對含鹽量變化響應的靈敏度。對于各生產單位來說，使用氫電導率測量生產水質有一定的局限性，考慮到很多生產、設備因素，在線氫電導率儀無法正常使用，但氫電導對于鍋爐給水、蒸汽品質的監測還是有很重要的意義，是判斷蒸汽中含有雜質多少的重要指標。

（3）鈉和二氧化硅。蒸汽含鈉量：因為蒸汽中的鹽類主要是鈉鹽，所以蒸汽中的含鈉量可以表征蒸汽含鹽量的多少，故含鈉量是蒸汽質量的指標之一。為了便于及時發現蒸汽質量劣化問題，應連續測定蒸汽的含鈉量。不過對于生產單位情況，還不能達到連續監測鈉含量的要求。蒸汽含硅量（以二氧化硅表征）：蒸汽中的硅酸會在汽輪機內形成難溶于水的二氧化硅沉積物，從而危及汽輪機的安全、經濟運行。因此，必須將含硅量作為蒸汽品質的重要指標加以嚴格控制。

根據給水、飽和蒸汽、過熱蒸汽中的二氧化硅和鈉離子的含量，通過物料守恒定律，DbSb+DjSj=DgSg ，式中：Db為飽和蒸汽流量，t/h； Sb為飽和蒸汽中該物質的含量，ug/L； Dj為減溫水流量，t/h； Sj為減溫水中該物質的含量，ug/L； Dg為過熱蒸汽流量，t/h； Sg為過熱蒸汽中該物質的含量，ug/L；以鈉離子含量為例，根據公式，如果飽和蒸汽產量210 t/h，含鈉量為6 ug/L，減溫水流量為10 t/h的鍋爐，給水鈉離子含量達到50 ug/L時，過熱蒸汽中的鈉離子含量將會達到8ug/L，接近規定值，指標稍有波動就會超過標準。而隨著國家對汽輪機安全穩定經濟運行要求的不斷提高，蒸汽中鈉含量的要求越來越嚴格，汽輪機長期運行鈉離子含量要求在5 ug/L以下。結合中州鋁廠回水使用實際指標監控情況，直接進除氧器的回水二氧化硅和鈉離子含量均不超過50us/cm時，高壓鍋爐過熱蒸汽品質還能夠達標。

參考文獻：

[1]周柏青.電廠化學[M].北京：中國電力 出版社，2003.

[2]周柏青，陳志和 . 熱力發電廠水處理 [M]. 北京 ：中國電力出 版社，2009.