350 MW 超臨界機組凝結水溶氧量超標治理

姚虎冬董曙君高 飛賀 強米連君趙 杰

(內蒙古京能康巴什熱電有限公司,內蒙古 鄂爾多斯 017000)

1 概述

凝結水是指汽輪機排汽在凝汽器中冷凝成液態的水,火電機組凝結水溶氧量是電廠化學監督的主要指標之一。凝結水溶氧量大幅度超標會加速凝結水管道設備腐蝕及爐前熱力系統鐵垢的產生。凝結水溶氧量嚴重超標時,還會導致給水溶氧量超標,影響鍋爐受熱面傳熱效率,加速鍋爐管道設備腐蝕結垢,嚴重威脅機組安全、穩定、經濟運行[1]。所以,降低凝結水溶氧量具有十分重要的意義。

內蒙古京能康巴什熱電有限公司(簡稱“康巴什熱電”)為2臺350 MW 超臨界間接空冷抽汽凝汽式供熱機組,凝汽器為管束表面式換熱器,依據GB/T 12145-2016《火力發電機組及蒸汽動力設備水汽質量標準》要求,凝結水溶解氧合格標準為≤20μg/L[2]。但自機組投產后,凝結水溶解氧遠高于國家標準,嚴重影響機組的安全經濟運行。

2 原因分析及判定

機組正常運行中,出現凝結水溶氧量增大或超標現象,究其原因主要存在以下幾個方面:凝汽器負壓系統設備存在泄漏、凝汽器補水及回收疏水引起凝結水溶氧量增大、凝結水過冷度偏大、凝汽器管束泄漏、凝結水泵機械密封泄漏等。康巴什熱電針對凝結水溶氧量偏大及超標現狀,結合機組系統、設備及運行實際情況,對可能引起凝結水溶氧量超標原因進行了分析并逐一排查判定。

2.1 凝汽器負壓系統泄漏

可通過對凝汽器及真空系統管道、閥門進行灌水,排查負壓系統設備及凝汽器管束是否存在泄漏情況。經排查發現凝汽器管板焊縫存在未焊和漏焊的情況。因此,在機組正常運行過程中,外界空氣通過泄漏點進入凝汽器進而引起凝結水溶氧量增大。

2.2 凝結水過冷度大導致溶氧量增大

凝結水過冷度是指凝汽器凝結水溫度與汽輪機排汽壓力下對應飽和溫度的差值。根據熱力除氧原理的傳熱條件,凝結水溫度越接近排汽壓力對應的飽和溫度,其溶解氧越少。即過冷度越小,機組凝結水的含氧量就越少[3]。對機組各負荷下,凝結水過冷度進行記錄統計,其溫度穩定在1℃左右,因此可以排除凝結水過冷卻的影響。

2.3 凝汽器補水引起凝結水溶氧量增大

在機組正常運行工況下,通過分析凝結水溶氧量與除鹽水至凝汽器補水調節閥開度關系趨勢圖,如圖1所示,可以判定,除鹽水補水至凝汽器是引起凝結水溶氧量增大的重要因素之一。

圖1 凝結水溶氧量與除鹽水至凝汽器補水調節閥開度關系趨勢

2.4 凝結水泵機械密封冷卻水、除鹽水至機械密封水引起凝結水溶氧高

康巴什熱電每臺機組配備2臺100%容量凝結水泵,正常運行為1運1備,電機采用1拖2變頻運行方式。

凝結水泵為國產立式筒袋式多級離心泵,軸端密封為機械密封,如圖2、圖3所示,凝結水泵啟動前,接通工業水(輔機循環冷卻水)對密封面Ⅰ、Ⅱ進行潤滑,同時接通除鹽水對密封面Ⅱ啟動潤滑;凝結水泵啟動后,當從出口母管引出的凝結水壓力高于除鹽水后,使除鹽水至機械密封水管路止回閥關閉,凝結水通過密封函體進入下一級密封,對密封面Ⅱ進行充分潤滑。

按照設計要求,在凝結水泵正常運行中,凝結水至機械密封供水壓力為0.8～1.0 MPa,工業水即機械密封冷卻水供水壓力為0.2～0.3 MPa,除鹽水至機械密封供水壓力為0.3 MPa。但由于凝結水泵為變頻運行方式,出口母管壓力較工頻運行工況壓力小很多,因此凝結水至機械密封供水壓力長期低于設計要求,基本保持在0.3～0.5 MPa,對于備用凝結水泵此壓力則更低。

圖2 凝結水泵機械密封冷卻水、密封水流程

圖3 凝結水泵機械密封工作原理

根據運行原理進行分析,當機組負荷較低,凝結水泵處于低頻率運行時,則存在工業水通過密封面Ⅱ竄入泵體的可能;并且由于除鹽水為密封水備用水源,當凝結水壓力低于不足以使止回閥保持關閉時,便會發生除鹽水再次進入密封函體的情況。以上2種情況分別會導致工業水和除鹽水直接進入凝結水,因此勢必引起凝結水溶氧量增大。

基于以上分析,分別通過對除鹽水至機械密封供水和工業水至機械密封冷卻水進行隔離試驗,監測對比隔離前后凝結水溶氧量,來對以上分析加以驗證,數據對比情況見表1、表2。

經過試驗及數據對比,確認了以上分析是正確的,工業水供機械密封冷卻水和除鹽水供機械密封水都是引起凝結水溶解氧增大的原因之一。

表1 機械密封冷卻水隔離試驗凝結水溶氧量監測統計

表2 除鹽水至機械密封水隔離試驗凝結水溶氧量監測統計

3 處理措施

根據以上分析及試驗判定,確定了導致凝結水溶解氧增大的主要原因。針對各項原因采取有效處理措施,從根本上解決凝結水溶氧超標問題。

3.1 凝汽器管板焊縫漏點處理

對管板焊縫進行認真檢查,未焊、漏焊部位實施密封滿焊,焊接后再次進行灌水查漏,確認消除所有泄漏點。

3.2 除鹽水至凝汽器補水霧化改造

康巴什熱電除鹽水至凝汽器補水通過?219管道進入凝汽器,除鹽水經過管道上均勻布置的小孔以噴淋的形式進入凝汽器。由于除鹽水溫度低,含氧量大,噴淋顆粒度大,在進入凝汽器后未能與汽輪機排汽達到有效換熱,因此真空除氧效果差,高含氧量的除鹽水直接進入凝結水導致凝結水溶氧量超標。

通過對除鹽水補水實施霧化改造,水的顆粒度減小,增加與汽輪機排汽換熱面積,實現除鹽水與汽輪機排汽混合換熱,使補水達到汽輪機排汽壓力下對應的飽和溫度,達到有效除氧的目的。

具體實施方案如圖4除鹽水補水管路改造所示,在原?219補水管上引出?133管路,后分接兩根?89管路進入凝汽器內,與布置在凝汽器內部裝有噴嘴的管路對接。在原補水管上加裝隔離閥,機組正常運行中該閥門為常閉,作為機組檢修后凝汽器大量灌水時使用。

圖4 除鹽水補水管路改造

噴嘴的設置需根據除鹽水壓力及補水流量加以確定,經計算在兩根管路上共設置60只噴嘴,噴嘴方向與水平呈斜向上45°角交叉布置,如圖5噴嘴布置示意所示。

圖5 噴嘴布置示意

3.3 凝結水泵機械密封冷卻水系統優化

針對工業水通過機械密封進入凝結水泵引起凝結水溶氧量增大這一因素,對機械密封冷卻水源及工作方式加以優化,在凝結水泵正常運行時,機械密封冷卻水源由凝結水泵出口凝結水替代工業水。如圖6 機械密封冷卻水系統優化流程所示,在自密封水管路上接分支管至原冷卻水進水管,冷卻水回水接入凝結水泵入口管道加以回收,安裝回水壓力表以保證回水呈正壓運行。原冷卻水(工業水)作為機組啟/停時使用。

圖6 機械密封冷卻水系統優化流程

3.4 除鹽水至機械密封供水加裝電磁閥

除鹽水作為凝結泵啟動和停運過程中機械密封的密封水源,在正常運行中為機械密封水備用水源。但通過對引起凝結水溶氧量超標原因分析及判定,原管路設計無法達到對密封水源的有效控制。

因此,通過在除鹽水至凝結泵機械密封水供水管路加裝補水電磁閥,在凝結泵的啟/停過程中通過控制電磁閥的開啟和閉合實現對密封水的有效控制,電磁閥的開啟/關閉可聯鎖凝結泵的啟停信號實現自動投運。

4 治理效果

經過上述改造及處理后,康巴什熱電1號、2號機組凝結水溶氧量大幅降低,如圖7 治理后1號、2號機組凝結水溶氧量運行趨勢所示,由投產后的持續超標最終實現了溶氧量≤20μg/L 國家標準,從根本上解決了2臺機組凝結水溶氧量超標問題。

圖7 治理后1、2號機組凝結水溶氧量運行趨勢

5 結束語

凝結水溶氧量是火電機組運行的重要指標,凝結水溶氧量超標往往也是火電廠遇到比較廣泛性的問題,因此結合機組系統、設備實際情況,對各可能影響因素進行逐一分析排查,制定治理措施,完成對凝結水溶氧量超標的有效治理,保證機組的安全穩定經濟運行。