熱電廠鍋爐爐水二氧化硅超標原因分析及對策

李 哲

（中海石油華鶴煤化有限公司，黑龍江鶴崗 154100）

0 引言

一般鍋爐內爐水SiO2（二氧化硅）超標，便會導致蒸汽品質發生變化，并且使得鍋爐的爐管內出現結垢現象。爐管在結垢之后就會使得鍋爐的熱效率下降，如果結垢現象較為嚴重時，還會導致爐管金屬熱量過高，引起鍋爐熱鼓泡、變形、開裂乃至爆炸等安全事故，嚴重威脅熱電廠的安全生產作業。因此在鍋爐投入使用時必須要嚴格將爐水SiO2含量控制在適宜范圍內。

1 設備概況

華鶴公司的熱電站中安裝了3 臺鍋爐和除氧器、1 臺發電機組以及4 臺給水泵等設施設備。其中3 臺鍋爐都是使用煤炭作為主要燃料，并且有一臺混合使用液氮洗廢燃料氣。鍋爐整體結構呈現為島式、周身封閉、整體由鋼結構構成，鍋爐頂部設為輕式鋼屋蓋，并采取支吊結合的方法來予以固定，爐體運轉層高度為8 m。

設計方面采取單鍋筒自然循環、集中下降管、平衡通風、單爐膛、水冷式旋風氣固分離器、三級過熱器、三級省煤器、循環流化床燃燒方式，在鍋爐內部與后煙井之中都有設置受熱面，過熱器采取兩級噴水實現對蒸汽溫度的調控，除渣使用水冷滾筒型降溫設備。

運作流程：熱電站外部原水進入站內之后，通過絮凝沉淀和過濾通入至生產消防水池中，再通過高壓泵送至脫鹽水活性炭過濾器內，其后經過陽床、除炭器、陰床、混床、脫鹽水箱、脫鹽水泵等設備處理后進入鍋爐。

2 爐水SiO2超標原因分析

2.1 實驗數據分析

問題發生后首先需要對蒸汽水實行全方位的檢查，排查是否因為凝汽器故障所致，如果凝汽器能夠正常運作并不存在泄漏問題，則需對鍋爐定期與連續排污體系實行系統性的檢查，若經檢查發現連排并無故障，則可排除排污體系已經受損的可能性。在此狀況下，如果觀察爐水中SiO2含量仍然過高，則需要通過跟蹤實驗來對給水、蒸汽水以及爐水除鹽水實行有效檢查，如果發現給水中的SiO2含量高于20 μg/L 即屬于超標[1]。

2.2 現場檢查情況

2.2.1 鍋爐排污情況

對11 月鍋爐蒸汽水數據指標進行分析，并每隔3 h 取樣進行一次監測化驗。結果顯示，從24 日至次月2 日，爐水中硅含量超標。其中1#、3#爐每個班次定排兩次，2#爐為3 次，連排的3臺爐均處于開啟狀態。在用水方面，1#、3#爐平均每天多使用1100～1200 t 的水，2#爐每天多使用約1600 t，使SiO2含量被限制在2 mg/L 范圍內。

2.2.2 原水預處理運行情況

對斜管澄清池與加藥系統的運作狀況加以查看得知，斜管澄清池無法正常運作，排出的水體十分渾濁，經過未記錄下出水渾濁度的相關數據，但經過簡要分析可判定兩座澄清池出水質量不達標，沒有對原水發揮應有的絮凝與澄清作用。接著對其加藥與排泥系統實行檢查，發現部分加藥管有堵塞問題且加藥量過少，排泥閥長時間處于閉合狀態[2]。

2.2.3 凝汽器泄漏情況

查看凝汽器檢漏設備運作信息，并未發覺異常，其中凝結水與給水硬度均符合相應標準，凝汽器沒有存在泄漏問題。

2.3 超標原因分析

2.3.1 原水預處理出水不合格

此問題是導致該次爐水硅含量異常的主要原因。由于原水內的膠體硅顆粒表面積較大而帶有較強的表面活性，容易吸附大量結構接近的分子或是離子而帶有電荷。膠體硅在帶電之后會因為彼此之間的斥力而形成膠體穩定性，以此均勻的分布于水體之中。在絮凝澄清環節處理不當或是脫鹽水中活性炭活性不佳、反應強度較弱的情況下，許多膠體硅便容易通過無膜脫鹽水系統進入至爐水中，再在高溫、高壓、高堿性環境下被分解成活性硅，影響爐水品質。同時當脫鹽水樹脂發生了輕微泄漏時，也會使得膠體硅受到污染，樹脂顆粒上便會攜帶一定的膠體硅而進入爐水中。當爐水品質污染至一定程度以后，SiO2便會通過機械或是溶解攜帶的方式進入蒸汽中，讓蒸汽品質下降。機組若是屬于直流爐，則蒸汽品質會以更快的速度不斷惡化，對鍋爐運行的安全影響更嚴重，鍋爐會面臨更大的管道爆裂風險[3]。

2.3.2 鍋爐排污力度不夠

當鍋爐爐水中硅含量過高時，為了盡量防止蒸汽中的SiO2也一同超標，需要提高鍋爐排污量從而降低硅元素的濃縮速率。不過由現場調查結果發現，即便在爐水SiO2過高的基礎下，鍋爐也并未提升排污量，所以也就沒能有效地控制爐水內硅含量的不斷增高[4]。

3 解決措施

3.1 加強工業水絮凝沉淀處理

絮凝沉淀池運作原理：通過添加絮凝劑從而讓水體之中無法自然沉淀的膠體物質與體積微小的懸浮物體聚集形成體積更大的顆粒，讓其能夠和水有效分離。該流程的關鍵之處為對膠體物質的穩定性加以破壞，讓其間的穩定性下降而重新凝聚。池內的絮凝效果主要取決于絮凝劑的投放量，投放量過低時便會導致礬花的形成過少，則無法有效讓膠體脫穩、重凝，就會導致池中水呈現為渾濁狀態，無法取得理想的泥水分離效果，對于膠體和懸浮物體的分離效果較差。而當絮凝劑的投放量過多時，既浪費絮凝劑，同時還會使得出水水質較差，礬花會在絮凝池的尾端便發生泥水分離，同時礬花在水力攪拌之下逐漸分散開來，使得沉淀池出水中會附帶較多礬花，導致出水渾濁[5]。

在原水水質與先前不一致時，可以采取燒杯攪拌試驗來明確絮凝劑的最佳使用量，以此來對沉淀池中絮凝劑投放量作出合理調整，取得良好的沉淀效果，最大程度的分離原水內的膠體與懸浮物質。將絮凝劑投放量設定為5 mg/L、10 mg/L、15 mg/L等3 個梯度，通過試驗得出工業水與化學水中的總硅含量（表1）。據此可知，最佳投放量為10 mg/L，且此時工業水經過絮凝劑處理之后總硅含量為8.5 mg/L，出水中基本不再含有非活性硅，所殘留的主要是活性硅；而化學水經過絮凝劑處理之后總硅含量為8.9 μg/L，能夠滿足鍋爐給水的水質標準。

表1 PAC 絮凝劑投加記錄

3.2 將化學水SiO2 分析項目變更為總硅

SiO2能夠憑借對化學水中的活性硅含量進行檢測測得，通過對總硅含量的檢測能夠及時了解化學水中總硅變動狀況，在發現超標情況時及時調整絮凝劑投放量，能夠有效避免鍋爐由于化學水總硅含量過高而引發爐水硅含量異常，確保鍋爐能夠平穩、安全的運作。

3.3 降低SiO2 含量的措施

（1）定期對設備開展調整實驗，提高凝聚劑的使用量，在選取生水時應當先進行嚴格的檢測，并且加熱器投入需要增加。

（2）排污次數應當調整提高，以及連續排污門開啟幅度要增大，沉淀池需要按期清理水處理系統中殘余在離子交換設備中的沉淀物質。

（3）強化對水蒸氣的監督，提高化驗和實驗檢查次數，提高對系統的鑒定頻率，保證及時了解生水水質情況，針對生水總硅含量實行全面、有效且嚴格的分析。

（4）增加對每一系列離子交換床的反洗，以此防止泥沙對水質造成影響。

（5）一年之中冬季的膠體硅含量普遍較高，因此在冬季務必要嚴格防范硅含量超標問題，確保所有處理系統都能夠正常運作，防止除鹽系統被硅污染，保障沉淀池處于正常運作狀態，尤其要注意將陰床出水中的SiO2含量控制在50 μg/L 以下。

3.4 加大鍋爐排污

一旦發現鍋爐爐水中的SiO2含量超標，就應最大程度地提高鍋爐排污量，以此來降低爐水中SiO2濃度，使得蒸汽品質不會因此而受到影響。

3.5 補給水系統優化調整

針對原水預處理、除鹽水等系統實行優化實驗，明確系統的最佳運作控制參數，尤其是要多加注意分析得出降低出水中SiO2含量的條件與系統內各處SiO2含量變動的內在規律。

4 結束語

熱電廠鍋爐爐水SiO2含量過高會對蒸汽品質造成較大影響，因此在日常生產作業之中要格外注意，對SiO2含量實行嚴格把控。若是發生SiO2含量超標問題時，應當立刻加以排查，并針對問題源頭采取有效措施進行處理。