水溶紙對主蒸汽品質的影響和分析

周志彬，常亮

(潤電能源科學技術有限公司， 鄭州 450000)

0 引言

某發電廠有2臺600 MW超臨界直流爐燃煤發電機組，單臺鍋爐最大蒸發量1 905 t/h。2018年5月因發生過熱器爆管事故停機檢修，2018-07-05機組檢修后啟動，當天17:40機組并網。啟動后發現主蒸汽氫電導率頻頻出現短時間偏高現象，2018-07-06 T 09:00主蒸汽氫電導率0.156 μS/cm(標準值為0.100 μS/cm)，此后主蒸汽氫電導率連續多日出現這種情況，特別是每當夜間負荷較低時，主蒸汽氫電導率就會出現異常偏高現象，每次出現時間10～20 min，之后快速下降到標準值以下。2018-07-11 T 11:06主蒸汽氫電導率達到最高值1.481 μS/cm。此外，#1機組啟動初期，曾出現凝結水精處理高速混床出水pH值偏低現象，最低時曾小于5.0。

1 原因分析

為查找原因，對2018-07-06—14主蒸汽氫電導率異常期間在線鈉表和氫電導率表的數值進行了統計，結果見表1。

表1 #1機組主蒸汽品質異常情況統計Tab.1 Statistics on abnormal quality of main steam of No.1 unit

續表

注：w(Na)標準值為2 μg/kg，氫電導率標準值為0.1 μS/cm[1]。

電導率是電阻的倒數，水溶液中的各種離子都具有導電的能力，水溶液中各種離子的電導率之和為該水溶液的電導率。氫電導率是水樣先經過氫型強酸離子交換柱處理，水中除氫離子以外的陽離子全部被氫離子替換，只留有陰離子和氫離子，然后測得電導率，反映出水汽中陰離子的綜合含量[2]。

為查找過熱器爆管原因和防止過熱器氧化皮剝落再次引起爆管事故，檢修期間，電廠對#1機組過熱器進行了大面積的割管檢查，切口有1 000多道，恢復時采用氬弧焊焊接工藝。

氬弧焊是為防止焊區氧化,保證焊縫的力學性能及耐腐性，在電弧焊的周圍通上氬氣作為保護氣體，將空氣隔離在焊區之外的焊接方法。據調查，在過熱器恢復過程中，為防止氬氣泄漏，使焊接部位處于氬氣保護氛圍，使用專用速溶型水溶紙(以下簡稱水溶紙)對焊口兩端進行了堵塞[3]。

1.1 水溶紙簡介

水溶紙的主要成分是66%羧甲基纖維素(CMC)鈉鹽和33%紙漿及助劑[4]。 羧甲基纖維素是由纖維素和一氯醋酸在氫氧化鈉溶液中發生化學反應(醚化作用)，得到一種吸水性很強的白色或微黃色的固體粉末狀物質,根據羧甲基纖維素含量不同，可以生產出溶解速度不同的水溶紙[5]。

1.2 水溶紙成分分析

本次檢修使用上海某科技公司生產的水溶紙約30 kg，根據生產廠家提供的資料，水溶紙用水沖洗30 s左右就能迅速溶解，在熱蒸汽中很難溶解。廠家提供的水溶紙中各化學成分質量分數見表2。

為查找主蒸汽氫導超標原因，該發電廠實驗室對剩余的該型水溶紙進行了成分分析，各成分質量分數見表3。0 g/L和1 g/L的水溶紙溶解后的雜質離子質量濃度見表4。

由表2—4可知，水溶紙的主要陰離子是氯離子和硫酸根離子，主要陽離子是鈉離子和鈣離子。該發電廠實驗室分析結果顯示，該型水溶紙氯離子的實際質量分數是廠家控制質量指標的40.7倍，硫酸根質量分數是廠家控制質量指標的66.7倍，廠家控制指標中不該含有的鈉、鈣離子質量分數非常高，而且水溶液中還含有很高的總有機碳(TOC)。

表2 廠家提供水溶紙成分檢測報告Tab.2 Manufacturer’s test report on water soluble paper composition %

表3 該發電廠化驗室水溶紙成分分析報告Tab.3 Composition analysis report on water soluble paper by power plant laboratory %

表4 水溶紙溶解后雜質離子的質量濃度Tab.4 Content of impurity ions after dissolution of water-soluble paper

當強電解質溶液濃度小于0.001 mol/L時，摩爾電導率與濃度c的二次方根存在線性關系

該機組鍋爐最大連續蒸發量為1 905.0 t/h，按50%負荷時蒸汽流量900.0 t/h計算，如果僅僅考慮水溶紙中氯化物和硫酸鹽對蒸汽氫電導率的影響，根據極限摩爾電導率理論，1.00 μg/L的氯離子對氫電導率的貢獻為0.012 μS/cm[7]，1.00 μg/L 的硫酸根離子對氫電導率的貢獻為0.009 μS/cm[8]，如果機組正常運行時的主蒸汽氫電導率為0.100 μS/cm，當氯離子質量濃度為3.50 μg/L，硫酸根離子質量濃度為1.10 μg/L時，氫電導率就能達到0.150 μS/cm。根據水溶紙化驗結果，也就是說當每10 min有86 g這種水溶紙持續溶解于過熱蒸汽中時，氫電導率就會達到0.150 μS/cm以上。而機組在檢修過程中實際使用這種水溶紙多達30 kg。

1.3 TOC對主蒸汽品質的影響

羧甲基纖維素分子式為C8H11O7Na[9]，是水溶紙溶液中TOC的主要來源，利用熱重-紅外聯用分析儀(TG-FTIR)及小型流化床熱解反應器研究纖維素的熱解特性，研究表明：纖維素熱解產物隨熱解溫度升高產率增加，當熱解溫度升到550～570 ℃時，纖維素基本熱解完全。纖維素熱解過程中，除生成H2O，CO，CO2和CH4等輕質氣體外，還有大量的醛、酸、酚等產物生成[10]，生成的酸主要是低分子有機酸。根據極限摩爾電導率理論每1.00 μg/L的乙酸根對氫電導率的貢獻為 0.057 μS/cm，每1.00 μg/L的CO2對氫電導率的貢獻為 0.003 μS/cm。因此，水溶紙中TOC也是導致主蒸汽氫導超標的主要原因。

2 解決方案

為防止陰離子進一步對機組設備造成傷害，采取了以下方案。

(1)將高速混床失效終點氫電導率降低至0.120 μS/cm，確保高速混床氫型運行[11]。

(2)鍋爐給水的pH值按GB/T 12145—216《火力發電機組及蒸汽動力設備水汽質量》標準的上限(9.4～9.6)控制，防止木質纖維素高溫分解的低分子有機酸對過熱器造成腐蝕。

3 實施效果

2018-07-15 T 09：00按以上方案實施后，蒸汽品質異常情況見表5。

從表5看出，當采取措施控制精處理出口氫電導率≥0.120 μS/cm，即進行再生以后主蒸汽鈉及氫電導率明顯降低，當日21:00雖略有超標，但氫電導率已接近合格，7月18日之后鈉及氫電導率沒有再出現不合格現象。

表5 #1機組主蒸汽品質異常情況統計Tab.5 Statistics on abnormal quality of main steam of No.1 unit

4 結束語

本次#1機組啟動后，主蒸汽氫電導率出現異常偏高的主要原因是：機組過熱器氬弧焊過程中，使用了大量的含高氯化物、高硫酸鹽的“水溶紙”，因啟動前沒有對鍋爐過熱器進行充分沖洗，殘存在過熱器中的水溶紙在機組啟動后持續釋放出的氯化物、硫酸鹽等雜質離子，以及羧甲基纖維素熱分解的低分子有機酸、二氧化碳等是導致主蒸汽氫電導率異常偏高的主要原因。