汽輪發(fā)電機組凝結(jié)水水質(zhì)超標原因分析與處置

楊四龍

(安陽鋼鐵股份有限公司,河南安陽455004)

1 系統(tǒng)概況

河南安陽某鋼鐵廠自用發(fā)電站配置1臺額定發(fā)電功率為60 MW的汽輪發(fā)電機組。配套2臺額定蒸發(fā)量為240 t/h的蒸汽鍋爐,過熱蒸汽額定壓力9.81 MPa,汽包蒸汽壓力為11.28 MPa。發(fā)電滿足自用,抽汽用于推動高爐配套汽輪送風(fēng)機工作。在對發(fā)電站進行例行停機檢修,啟動鍋爐及汽輪發(fā)電機組后發(fā)現(xiàn)低壓加熱器出口凝結(jié)水水質(zhì)出現(xiàn)異常。本文根據(jù)故障表現(xiàn),對故障原因進行排查,及時排除故障,恢復(fù)生產(chǎn)。

鍋爐補水(不與汽輪機凝結(jié)水混合)為由除鹽水站提供的合格除鹽水,以0.5 MPa的壓力進入容積為200 m3的除鹽水箱,由除鹽水泵經(jīng)除鹽水管道進入旋膜式高壓除氧器除氧,除氧溫度158 ℃。除氧后由高壓給水泵,經(jīng)給水分配集箱一部分送入減溫水分配集箱,另一部分送入省煤器。去減溫水分配集箱的鍋爐補水,分4路去減溫器,其中2路去一級減溫器降溫,另外2路去二級減溫器降溫。進入省煤器的鍋爐補水與煙氣進行熱交換,使鍋爐尾部煙溫降低,減少鍋爐熱損失。鍋爐補水由158 ℃被加熱至320.9 ℃入鍋爐汽包,進入汽包的汽水混合物,先經(jīng)鍋爐汽包下部4根集中下降管,再由40根分配管分別引入16個定排聯(lián)箱。通過布置在爐膛四周的水冷壁管,吸收爐膛的大量輻射熱及部分對流熱,最后經(jīng)集汽集箱送至蒸汽分配箱向汽輪機輸送合格蒸汽[1]。

合格蒸汽經(jīng)過蒸汽管道送入汽輪機,蒸汽在膨脹過程中壓力、溫度不斷降低,最后排入凝汽器。汽輪機排汽在凝汽器內(nèi)凝結(jié)后,匯集到凝汽器熱井中,由凝結(jié)水泵升壓,經(jīng)冷卻器、低壓加熱器,進入除氧器除氧后(為與鍋爐補水區(qū)別,將除氧后的凝結(jié)水稱為鍋爐給水)再經(jīng)給水泵進入鍋爐。在汽輪機汽缸中間設(shè)有兩個抽汽口:一個為可調(diào)抽汽口,抽出一定壓力的蒸汽送至熱用戶,滿足生產(chǎn)需要。另一個為不可調(diào)抽汽口,抽出的蒸汽送至低壓加熱器,加熱凝結(jié)水,提高凝結(jié)水溫度。

2 故障表現(xiàn)

2020年12月20日,對發(fā)電站進行例行停機檢修,并特意檢查了凝汽器的銅質(zhì)換熱管,發(fā)現(xiàn)銅質(zhì)換熱管狀態(tài)良好。此外,還處理了低壓加熱器漏水問題,檢查了低壓加熱器換熱管。對有缺陷的低壓加熱器換熱管截斷、焊接封堵,待備件到來后擇機更換。經(jīng)過例行停機檢修,于2021年1月2日,啟動鍋爐及汽輪發(fā)電機組,但在設(shè)備啟動過程中發(fā)現(xiàn)低壓加熱器出口凝結(jié)水水質(zhì)出現(xiàn)異常。

例行停機檢修前后鍋爐補水參數(shù)、低壓加熱器出口凝結(jié)水參數(shù)分別見表1、2。表1、2中例行停機檢修前的水質(zhì)為每日10:00的取樣化驗數(shù)據(jù),在2021年1月2日進行了2次取樣化驗。由表1、2可知,例行停機檢修前后鍋爐補水水質(zhì)穩(wěn)定,例行停機檢修后低壓加熱器出口凝結(jié)水電導(dǎo)率、硬度明顯增大。

表1 例行停機檢修前后鍋爐補水參數(shù)

表2 例行停機檢修前后低壓加熱器出口凝結(jié)水參數(shù)

考慮例行停機檢修涉及凝汽器、低壓加熱器,懷疑可能有掉落的鐵銹或異物造成低壓加熱器出口凝結(jié)水電導(dǎo)率、硬度增大。于是采取了加強凝結(jié)水循環(huán)和外排的臨時措施,經(jīng)過4 h的凝結(jié)水循環(huán)和外排,水質(zhì)仍沒有好轉(zhuǎn)跡象。

確保鍋爐補水、鍋爐給水水質(zhì)穩(wěn)定是汽輪發(fā)電機組安全運行的基礎(chǔ)[2-4]。將不合格凝結(jié)水作為鍋爐給水,不僅爐內(nèi)易產(chǎn)生水垢與沉渣,還會進一步惡化蒸汽品質(zhì)。在臨時措施沒有奏效的情況下,我們只能采取緊急停爐停機的策略。

3 原因查找及解決方法

3.1 原因查找

由于例行停機檢修中對低壓加熱器換熱管進行過處理,因此懷疑在檢修過程中有鐵銹或異物掉落。為徹底解決問題,再次打開低壓加熱器,對換熱管進行檢查。檢查結(jié)果發(fā)現(xiàn),低壓加熱器內(nèi)沒有鐵銹、異物掉落,因此排除低壓加熱器內(nèi)鐵銹或異物掉落造成凝結(jié)水水質(zhì)異常。

在排除低壓加熱器內(nèi)鐵銹或異物掉落造成凝結(jié)水水質(zhì)異常后,將原因鎖定在有其他水竄入凝結(jié)水系統(tǒng)中。我們首先想到的是有凝汽器循環(huán)冷卻水進入凝結(jié)水系統(tǒng)。雖然凝汽器的檢修結(jié)果正常,但在啟動汽輪發(fā)電機組過程中,凝汽器銅質(zhì)換熱管有可能因應(yīng)力導(dǎo)致開裂,從而使循環(huán)冷卻水進入凝結(jié)水系統(tǒng),導(dǎo)致低壓加熱器出口凝結(jié)水水質(zhì)超標。經(jīng)過核驗,凝汽器銅質(zhì)換熱管工作情況良好。因此,排除凝汽器銅質(zhì)換熱管開裂導(dǎo)致循環(huán)冷卻水竄入凝結(jié)水系統(tǒng)。

結(jié)合凝結(jié)水系統(tǒng)工藝流程,經(jīng)過分析,最終將疑點集中在有工業(yè)水(未經(jīng)處理的工藝用水)參與工作的凝汽器不凝性氣體抽引工藝流程。凝汽器不凝性氣體抽引工藝流程見圖1。

圖1 凝汽器不凝性氣體抽引工藝流程

射水泵將工業(yè)水以一定壓力送入射水抽氣器。水流從射水抽氣器噴嘴高速噴出,使吸入室產(chǎn)生負壓,抽引凝汽器內(nèi)的不凝性氣體。不凝性氣體與工業(yè)水一起進入擴散管,以略高于大氣壓力排出擴散管,最后排入工業(yè)水池。射水抽氣器1用1備,每臺射水抽氣器配置1臺射水泵。為防止凝汽器負壓環(huán)境抽吸工業(yè)水池中工業(yè)水,在兩條不凝性氣體管道上均設(shè)置止回閥。工作狀態(tài)射水抽氣器不凝性氣體管道止回閥處于打開狀態(tài),備用狀態(tài)射水抽氣器不凝性氣體管道止回閥處于關(guān)閉狀態(tài)。

在仔細檢查射水抽氣器及其附屬管道發(fā)現(xiàn),其中1個止回閥閥座回座后仍留有0.5 cm的間隙,導(dǎo)致止回閥關(guān)閉不嚴。由此,可以確定造成低壓加熱器出口凝結(jié)水水質(zhì)異常的原因是止回閥關(guān)閉不嚴,導(dǎo)致工業(yè)水池中工業(yè)水被凝汽器負壓環(huán)境抽吸后進入凝結(jié)水系統(tǒng)。

3.2 解決方法

找到問題的原因后,我們馬上組織設(shè)備搶修,將兩路不凝性氣體管道上的止回閥均進行了更換。

4 效果

搶修結(jié)束后,立刻啟動鍋爐及汽輪發(fā)電機組,并密切關(guān)注水質(zhì)變化。化驗結(jié)果顯示,低壓加熱器出口凝結(jié)水參數(shù)、鍋爐給水參數(shù)均符合要求。