亚临界锅炉汽水化学工况优化的探讨

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摘要： 通过热化学试验，分析了锅炉在不同运行工况下的汽水品质变化规律，在额定负荷条件下保证蒸汽品质合格的炉水中盐的最大允许质量浓度，以及锅炉汽水分离装置的效果，提出了炉水运行控制指标。
关键词： 热化学 溶解携带 炉水 蒸汽品质

　　作者简介：刘世念（1972—），男，广东梅州人，工学学士，助理工程师，研究方向为水处理及防腐。

　　目前，随着高参数、大容量机组的不断发展，在电力系统中超高压、亚临界锅炉占了主导地位。为了掌握这类锅炉在不同运行工况下的汽水品质变化规律，考查锅炉汽水分离装置的工作效率，监测在额定参数下制造厂家规定的汽水指标，确定保证蒸汽品质合格的最佳排污量，对其进行热化学试验显得特别重要。1999年3月对湛江电厂2号炉进行了热化学试验。湛江发电厂2号锅炉目前汽水工况：连续排污门开度10％，定期排污周期为6 h，炉水控制指标SiO₂质量的浓度ρ（SiO₂）＜250μg／L，PO₄^3－的质量浓度ρ（PO₄^3－）为0．3～5．0 mg／L，pH＝9．0～10。

　　1　炉水中盐的质量浓度对蒸汽品质的影响的试验

　　1．1　炉水中盐的临界质量浓度

　　机组在正常运行下，汽包的压力维持在16．0～17．8 MPa，锅炉蒸发量维持在860～1001 t／h，电负荷维持在260～300 MW，汽包水位维持在（0±20）mm。锅炉连续排污和定期排污全部关闭72 h，因为补给水的水质好且此阶段凝汽器无泄漏现象，炉水中钠和二氧化硅的质量浓度上升不明显。

　　利用锅炉磷酸盐加药系统，向锅炉加入钠盐和硅酸盐以提高炉水中钠和硅的质量浓度，确定能维持蒸汽品质合格的炉水中盐的最大质量浓度。炉水中盐的质量浓度（以二氧化硅计）与蒸汽中硅的质量浓度如图1所示。由图1可见，蒸汽品质随炉水中盐的质量浓度的增大而不断变差，炉水中硅的质量浓度在250～350μg／L时，可以保证蒸汽品质合格。

　　1．2　蒸汽的溶解携带

　　1．2．1　蒸汽硅酸盐溶解携带

　　随着压力的增大，饱和蒸汽也象水那样能溶解某些物质。饱和蒸汽溶解物质的能力可用分配因数来表示，在实际工作中，常用溶解携带因数来表示饱和蒸汽的溶解能力。

　　硅酸的溶解携带K_SiO2按下式计算：

　　从水解平衡式可知硅酸的携带因数随炉水pH值的增大而减小。由于锅炉的运行参数不同，其溶解携带因数也不一样，所以，通过热化学试验可以测出对硅酸的溶解携带因数。

　　炉水的p H值在9．0～9．5之间，汽包压力在16．0～18．4 MPa时，饱和蒸汽的硅质量浓度与炉水的硅质量浓度如图2所示。利用回归法计算图2直线斜率，得K_SiO2＝8．7％。

　　1．2．2　蒸汽磷酸盐溶解携带

　　磷酸盐在蒸汽的溶解携带非常小，其汽水分配因数随压力变化而变化。2号锅炉汽包运行压力在14．0～18．5 MPa，磷酸根的分配因数为0．2×10^－4～1×10^－4左右。由于蒸汽中磷酸根的质量浓度非常低，因此采用浓缩方法测定，即先将饱和蒸汽的水样浓缩后再检测。试验结果：当炉水中磷酸根的质量浓度为0．5～3 mg／L时，饱和蒸汽的磷酸根质量浓度约为4～20μg／L。

　　炉水进行磷酸盐处理的主要目的是将进入炉水的钙镁离子形成水渣，利用锅炉的排污使水渣排走。蒸汽总要按一定比例携带磷酸根，因此，在凝汽器不泄漏的情况下尽量少加磷酸盐，以防止汽轮机结磷酸盐垢。

　　2　锅炉运行工况对蒸汽品质的影响的试验

　　2．1　锅炉负荷及负荷变化速度对蒸汽品质影响

　　汽包水位维持在（0±20）mm，锅炉负荷按额定负荷的70％，80％，90％和100％4种情况变化，同时分别以30 t／min，60 t／min和90 t／min的速度改变锅炉负荷。蒸汽品质的变化如图3所示。

　　锅炉汽包压力是随机组负荷变化的，机组负荷为额定负荷的100％时，锅炉汽包的压力为18．44MPa；当机组负荷为额定负荷的50％时，锅炉汽包的压力约为14．0 MPa。由于机组负荷低时汽包压力也低，蒸汽的溶解携带少，在汽水分离效果相同的条件下，如果满负荷时蒸汽品质合格，则低负荷时也能合格，这与试验结果相一致。

　　试验结果：机组负荷在额定负荷的70％～100％的范围内，稳定在某个负荷运行时对蒸汽品质无明显影响，负荷变化速度在10 MW／min时对蒸汽品质无明显影响，负荷变化速度在30MW/ min时对蒸汽品质有影响，饱和蒸汽的二氧化硅质量浓度从13.4μg／L上升至14.35μg／L，钠的质量浓度从0．73μg／L上升至0．87μg／L，过热蒸汽的二氧化硅质量浓度从12．6μg／L上升至14．36μg／L，钠的质量浓度基本不变。

　　2．2 锅炉汽包水位及汽包水位变化对蒸汽品质的影响

　　在机组负荷维持300 MW左右，炉水采用磷酸盐加药处理，连续排污全部关闭的条件下，当炉水中二氧化硅质量浓度在250～360μg／L时，汽包水位及水位变化速度对蒸汽品质的影响见图4。

　　汽包水位在－75～＋100 mm范围时，稳定的水位对蒸汽品质无明显的影响。汽包水位的变化速度在30 mm／min以下时，对蒸汽品质也无明显的影响。

　　3　试验结果分析和结论

　　3．1　汽水分离效果

　　蒸汽的污染是由炉水水滴携带（机械携带）和炉水中的杂质溶解在蒸汽中而造成的。为了减小机械携带所造成的蒸汽污染，本锅炉的汽包内设有旋风分离器、波形板分离器和汽水清洗装置等，当汽水分离装置有缺陷或者锅炉运行不正常时，机械携带就会增加。除此之外，影响汽水分离效果的主要因素有炉水浓度、汽包水位和锅炉负荷。在汽包水位和炉水中盐的质量浓度过高时，汽包压力的剧变（负荷的快速变动）也容易使汽水分离效果变差，污染蒸汽。

　　试验结果表明，只要给水水质合格，炉水的硅质量浓度分别控制在300μg／L以下就能保证蒸汽的品质合格。汽包水位在－75～＋100 mm，汽包水位的变化速度在30 mm／min以下，锅炉负荷变化速度在90 t／min以下时，汽水分离效果良好。

　　3．2　锅炉排污

    机组在正常运行时，炉水中硅和钠的质量浓度低于试验得出的允许值，说明平时锅炉的排污过大，增加了汽水损失。在试验过程中，在连续排污门、定期排污门都关严的情况下，锅炉炉水中硅和钠的质量浓度浓缩速度小。实际上，只要锅炉给水的硅质量浓度不大于20μg／L（绝大部分时间小于15μg／L），凝汽器不泄漏，即使锅炉连排门全关，蒸汽品质都能在长时间保证合格。但为了降低炉水中铁的质量浓度和水冷壁的结垢速度，总排污率控制在0.3％～0.5％，定期排污周期控制为24 h。

　　3．3　炉水运行控制指标

　　a）当炉水采用磷酸盐处理时，锅炉炉水允许的硅质量浓度为300μg／L。在机组正常运行时，炉水的硅质量浓度控制在250μg／L以下。

　　b）汽包水位控制在－75～＋75 mm的范围内，汽包水位变化速度小于30 mm／min。

　　c）在负荷的稳定或负荷以10 MW／min的速度变化的工况下，蒸汽品质较稳定，基本不受负荷的影响；当机组负荷以30 MW／min的速度变化时，蒸汽品质有明显变化，饱和蒸汽的钠质量浓度、硅质量浓度有所上升，但仍在合格范围内。因此，机组负荷变化速度控制在小于30 MW／min的范围内。

　　d）在额定负荷下蒸汽大约按炉水浓度的0．01％携带磷酸根，为了防止过热器和汽轮机结磷酸盐垢，在机组正常运行时，炉水中的磷酸根质量浓度最好维持在低限。在凝汽器不泄漏的情况下，炉水中磷酸根的质量浓度控制值为0．3～1 mg／L。