機組深調對水汽氫電導率的影響

張風濤,單晨曦,吳貴德,尹占成,吳宜燃

(華能丹東電廠，遼寧 丹東 118301)

1 設備概述

華能丹東電廠一期工程為Sargent & Lundy設計、整套引進的2×350 MW亞臨界機組，配套的化學監(jiān)督、處理設備分別由美國的Johnson March、U.S.FILTER公司制造，于1998年底投入商業(yè)運行；鍋爐由英國Babcock Energy CO制造；型式為亞臨界、一次中間再熱、自然循環(huán)、平衡通風、燃煤型；汽包壓力為18.21 MPa；額定蒸發(fā)量為1061 t/h；沒有定期排污，其底部設有排水門，只在鍋爐點火前進行操作。汽輪發(fā)電機由美國West.Hous CO制造；型式為亞臨界、一次中間再熱、單軸、雙缸雙排汽、反動凝汽式；主汽溫度為538 ℃，壓力為16.67 MPa。

給水采用AVT(O)處理方法，使用氨調節(jié)pH值，爐內采用低磷酸鹽處理[1]；2臺機組分別于2014年12月5日、23日改為NaOH處理[2]。

2 機組深調、水汽指標情況

2.1 機組達到的深調水平

2016—2017年華能丹東電廠積極推進靈活性改造工作，積極探索和參與深度調峰，實施可行的技術措施：鍋爐穩(wěn)燃、提高SCR入口煙溫、脫硫吸收塔水平衡、給水控制優(yōu)化、熱控邏輯優(yōu)化等。制定針對性的安全措施，現(xiàn)已取得一定效果：20%額定負荷試驗成功，供熱期實現(xiàn)機組深度調峰運行，深調期間保證工業(yè)供汽參數(shù)，實現(xiàn)25%額定負荷深度調峰運行。通過挖掘深調運行節(jié)能潛力，調峰能力達到較高水平，位于全國前列。

2018年1月至2020年6月間，對月度發(fā)電量、調峰收益進行統(tǒng)計，統(tǒng)計情況見表1 和圖1，調峰取得一定的經濟效益。

圖1 月度發(fā)電量、調峰收益趨勢

表1 月度發(fā)電量、調峰收益統(tǒng)計情況

2.2 水汽品質存在異常現(xiàn)象

水汽品質異常主要體現(xiàn)在氫電導率，在華能丹東電廠投產23年中，從投產開始4年時間里，凝結水、給水、主汽氫電導率時有超標，通過優(yōu)化鍋爐補給水處理工藝，此問題得到一定解決[3-4]；2014年5月30日監(jiān)測爐水氫電導率后，2臺機組的爐水氫電導率時有超標，通過鍋爐排污等措施，降低了爐水氫電導率[5-6]，但是對凝結水、給水、主汽氫電導率的影響有限[7]；另外，在對1臺汽泵檢修過程中發(fā)現(xiàn)存在單汽泵運行情況，此時水汽氫電導率也會發(fā)生異常現(xiàn)象[8]；深調時發(fā)生水汽品質異常，負荷率低，水汽流量也非常低，到目前為止尚未發(fā)現(xiàn)有效的解決方法。

2.3 深調時的化學指標

根據(jù)在機組深調時存在水汽氫電導率波動的現(xiàn)象，通過分析得出，水汽指標異常，過熱器、再熱器出現(xiàn)氧化皮情況都可能與深調有關。

3 深調影響水汽品質的途徑

3.1 深調時的水汽品質存在異常現(xiàn)象

3.1.1 整月調峰時水汽品質差異

對機組深調時機組負荷、深調時間、凝結水、主汽氫電導率差異進行統(tǒng)計，統(tǒng)計結果見表2。

表2 整月調峰時水汽品質差異統(tǒng)計

由表2可知，1月調峰時，1號機組的凝結水、主汽氫電導率分別升高1.71倍、2.14倍，2號機組分別升高1.43倍、1.71倍。

3.1.2 調峰時整月水汽品質平均值差異

對機組深調時機組負荷、深調時間、凝結水、主汽氫電導率平均值差異進行統(tǒng)計，見表3。

表3 整月調峰時水汽品質平均值差異 μs/cm

由表3可知，每次調峰時，1號機組的凝結水、主汽氫電導率分別升高51%、56%，2號機組分別升高38%、30%。

3.2 深調影響水汽品質的機理

深調時出現(xiàn)的問題需通過提高熱力設備的健康水平來解決，提高水汽系統(tǒng)的嚴密性，減少雜質泄漏，以保障水汽品質。

水汽系統(tǒng)受到污染、漏入雜質是正常的，機組正常運行時，雜質的含量相對穩(wěn)定，會達到一個平衡；只要漏量不大，水汽指標可以達到合格。當機組進行深調時，整個水汽系統(tǒng)流量降低，同樣的雜質漏量，水汽中雜質的相對含量升高。例如，機組深調至50～100 MW時，汽包的蒸發(fā)量只有額定蒸發(fā)量1061 t/h的14.29%～28.57%，即151.57～303.14 t/h，由于還要對外供汽，那么凝結水的流量只是額定負荷的1/3～1/7，甚至會更低；同樣的雜質含量，雜質濃度就會增加3～7倍。

因為電導率標志著水汽雜質的含量，它是一個綜合指標，而氫電導率是為增加電導率敏感度而設立的指標，因此，深調時系統(tǒng)稍有波動，凝結水、給水、主汽、爐水等水汽樣品的氫電導率相對來說比較敏感，特別是凝結水的氫電導率。事實上，近幾年來，每次深調時，都是凝結水的氫電導率會明顯上升、甚至超過標準的要求。

3.3 深調影響水汽品質程度的理論推算

供汽量按30 t/h計算，根據(jù)機組負荷率，可以計算出凝結水在不同負荷時的流量及濃縮倍率，見表4；凝結水濃縮倍率隨機組負荷率變化的趨勢圖，見圖2。

表4 調峰時凝結水濃縮倍率

由圖2可知，在機組負荷率低于40%(90 MW)時，凝結水濃縮倍率陡然上升，由此得出結論：當機組深調時，凝結水氫電導率會上升，深調程度越深、負荷越低，凝結水氫電導率升得越高，同時，給水、飽和蒸汽、主汽乃至爐水氫電導率均有所上升，但上升幅度較小。

圖2 凝結水濃縮倍率隨機組負荷率變化情況

4 鍋爐結垢量趨勢[9]

4.1 水冷壁結垢量

2臺機組水冷壁結垢量的趨勢見圖3。2臺機組水冷壁結垢量數(shù)據(jù)從1998年開始，分別截至2019年5月、2018年10月。

圖3 水冷壁結垢量趨勢

圖3中，帶有數(shù)據(jù)標記的紅色正方形為2號水冷壁數(shù)據(jù)，藍色菱形為1號水冷壁數(shù)據(jù)，綠色直線為結垢量標準。機組深調后，水冷壁結垢量沒有明顯變化。

4.2 過熱器、再熱器結垢量情況

1號省煤器、再熱器、過熱器中，2臺機組省煤器、大屏過熱器、低溫再熱器、高溫再熱器、一級過熱器、末級過熱器結垢量趨勢圖見圖4， 2號見圖5。

圖4 1號省煤器、再熱器、過熱器垢量趨勢

圖5 2號省煤器、再熱器、過熱器結垢量趨勢

a.1號機組：2008年至2019年11年間，1號大屏過熱器結垢量沒有明顯增加，均低于200 g/m2；1號高溫再熱器、末級過熱器，從投產至今21年間，1號高溫再熱器、末級過熱器結垢量分別為497.3 g/m2、1093.3 g/m2，均超標，特別是1號末級過熱器超標273%。

b． 2號機組：2號大屏過熱器、高溫再熱器，從2009年至2018年9年間，結垢量增加明顯，大屏過熱器由148.49 g/m2增加到404.8 g/m2，已經超標，2020年為303.5 g/m2；高溫再熱器由277.9 g/m2增加到579.8 g/m2，嚴重超標，2020年為431.0 g/m2；2009年2號末級過熱器的結垢量為352.13 g/m2，2020年結垢量達到885.2 g/m2，嚴重超標。

4.3 氧化皮情況

氧化皮情況是近年來新出現(xiàn)的問題，主要出現(xiàn)在超臨界以上機組；但是，華能丹東電廠2臺機組的末級過熱器、1號機組的高溫再熱器都存在氧化皮情況，特別是1號末級過熱器，已經超標，見表5。

表5 鍋爐氧化皮厚度

4.4 結垢量、氧化皮超標的解決辦法

針對再熱器、過熱器結垢量和氧化皮厚度超標的問題，目前有4種處理方法[10]，應根據(jù)具體情況進行選擇。

a.割管清理

開展高溫受熱面彎頭處氧化皮堆積檢測，對于氧化皮堆積厚度超標的受熱面管進行割管清理。

b.啟爐吹掃

通過監(jiān)視受熱面壁溫，并以此為依據(jù)，在啟機并網前采用受熱面蒸汽吹掃的辦法，利用蒸汽動量將滯留在受熱面管內的氧化皮通過機組旁路系統(tǒng)吹走，對于緩解氧化皮剝落引起的受熱面爆管問題起到一定作用。

c.受熱面材質升級和改造

隨著機組運行參數(shù)的提高，對受熱面材質有了更高的要求，原設計受熱面材質等級存在偏低的問題，如有些電廠使用TP347HFG，存在抗蒸汽氧化性能不足的問題，發(fā)生了大面積氧化皮剝落；將其升級為Super304H，問題可以得到有效解決。

d.化學清洗

化學清洗是用化學方法清除過熱器、再熱器的垢和氧化皮，可有效控制氧化皮的剝落，酸洗后要采取控制受熱面壁溫等措施。

5 結論

5.1 深調與水汽指標和鍋爐結垢量、氧化皮的關系

從2017年下半年開始深調，2臺機組的割管時間分別是2019年5月、2018年10月，1號高溫再熱器結垢量、2號大屏過熱器結垢量超標，2號高溫再熱器結垢量、1號末級過熱器結垢量嚴重超標，1號末級過熱器氧化皮，已經超標；結垢量、氧化皮超標問題是否與深調有關，有待研究。

在火電機組進行深度調峰時，氫電導率等水汽指標出現(xiàn)異常，而此間再熱器、過熱器結垢量、氧化皮厚度明顯上升，這種現(xiàn)象需要相關專業(yè)研究，以期得到解決。

5.2 深調對水汽指標的影響

由于火電機組是按30%～40%額定負荷(最低負荷)設計，在此負荷下，包括水汽系統(tǒng)的嚴密性、雜質泄漏量等相關性能能得到有效保障，也就是說，只能在這個負荷率以上，才能夠保障水汽品質合格；而調峰的一級值為175 MW(供暖期)、168 MW(供暖期)，二級值為140 MW，負荷率為40%；調峰機組能夠穩(wěn)定運行的負荷率越低，說明機組調峰能力越強，華能丹東電廠350 MW機組最低深調負荷為48 MW，負荷率為13.71%。深度調峰，調得越深，對水汽指標的影響就越大；因此，為保障發(fā)電機組水汽化學指標合格，需要提高水汽系統(tǒng)的嚴密性，提高設備的健康水平。