火電廠水處理及水汽理化系統(tǒng)故障及對策分析
火電廠水處理技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，除了生物污染控制之外，基本上不存在技術(shù)難點。但水汽理化及監(jiān)督具有涉及面廣、系統(tǒng)性強、隱蔽性大、技術(shù)要求高、需協(xié)調(diào)分工等特點，一旦發(fā)生故障，可能涉及到化學(xué)水處理以及鍋爐、汽輪機、發(fā)電機、凝汽器等各系統(tǒng)的水汽取樣點、加藥點、排污點等各種環(huán)節(jié)和因素，需要對水汽系統(tǒng)流程圖、前后因果關(guān)系、相關(guān)性相當(dāng)熟悉并積累豐富的處理經(jīng)驗，才能有效應(yīng)對。如何在火電廠生產(chǎn)實踐中遇到水質(zhì)凈化和水汽理化故障的情況下，準(zhǔn)確分析原因、及時排除故障，保障熱力系統(tǒng)良好的水汽品質(zhì)，仍然是有效防止熱力設(shè)備結(jié)垢、積鹽和腐蝕，確保發(fā)電機組安全經(jīng)濟運行的重要課題。
本文簡述了水處理及水汽理化系統(tǒng)故障案例，通過具體分析故障原因，得出加強次氯酸鈉重要指標(biāo)的驗收、控制出水余氯，可有效防止加藥管堵塞;機組停運前應(yīng)先停運高速混床;汽包鍋爐在少量樹脂漏入水汽系統(tǒng)后，可在采取措施保證給水、爐水pH正常的情況下，不停機處理;機組啟動階段采用全揮發(fā)性處理，即通過加氨、聯(lián)氨控制爐水pH，有效減少汽機高壓缸的積鹽，提高汽機效率。
01 火電廠水處理及水汽理化系統(tǒng)
以某電廠2臺330 MW機組為例，其為亞臨界壓力中間一次再熱機組，鍋爐型號SG1036/175-M872;最大連續(xù)蒸發(fā)量1 036 t/h，主蒸汽溫度541 ℃，主蒸汽壓17.24 MPa;再熱器出口蒸汽溫度541 ℃，再熱器出口蒸汽壓3.53 MPa;鍋爐給水溫度281 ℃。汽輪機型號C330-16.67/1.0/538/538;額定功率330 MW;主蒸汽壓16.67 MPa，主蒸汽溫度538 ℃;再熱蒸汽溫度538 ℃。
水處理系統(tǒng)為預(yù)處理+三級除鹽系統(tǒng)(反滲透+一級復(fù)床+混床)。水處理任務(wù)是供給數(shù)量充足、質(zhì)量合格的工業(yè)水、除鹽水，供應(yīng)火電廠生產(chǎn)運行。其中預(yù)處理包括：機械攪拌澄清器(600 t/h)4套+空氣擦洗重力式濾池(320 t/h)3套。系統(tǒng)流程：長江水→原水升壓泵→機械攪拌澄清器→空氣擦洗重力過濾池→化學(xué)水池。
2 水汽理化系統(tǒng)
水汽理化系統(tǒng)由水汽監(jiān)督、水汽調(diào)節(jié)和爐內(nèi)水處理系統(tǒng)組成，主要任務(wù)是防止熱力系統(tǒng)腐蝕、結(jié)垢、積鹽。包括：水汽取樣、給水處理(還原性全揮發(fā)處理AVT(R)方式)、爐水處理(低磷酸鹽+氫氧化鈉處理)和凝結(jié)水處理(高速混床精處理+加氨處理)系統(tǒng)。系統(tǒng)故障：漏樹脂、結(jié)鹽，詳見3、4節(jié)內(nèi)容。
02 原水及超濾加次氯酸鈉管道堵塞故障及對策
1 加藥管道堵塞故障及臨時處理
(1)超濾次氯酸鈉加藥1#堵塞點(加藥管與進水母管處)。2015年11月2日，超濾化學(xué)加強洗時發(fā)現(xiàn)1#次氯酸鈉出口管破裂。檢查發(fā)現(xiàn)：1#次氯酸鈉加藥管至超濾反洗進水母管處結(jié)有白色硬狀垢樣;1#、2#次氯酸鈉箱及緩沖罐內(nèi)部有白色懸浮物。處理：1#次氯酸鈉加藥管道疏通后恢復(fù);將2#次氯酸鈉箱排空，對箱內(nèi)進行沖洗。
(2)超濾次氯酸鈉加藥2#堵塞點(原水加藥管, 小孔全部堵塞)。化學(xué)水池檢查余氯含量接近零。對加藥線路檢查發(fā)現(xiàn)：原水泵房外草坪內(nèi)積水。處理：將地埋管挖出，發(fā)現(xiàn)次氯酸鈉加藥管與原水母管連接處法蘭處噴水。將加藥管拆開，發(fā)現(xiàn)加次氯酸鈉套管的小孔堵塞，疏通后將管道恢復(fù)。取樣分析結(jié)果：堵塞物主要成分為碳酸鈣;次氯酸鈉藥品中有效氯質(zhì)量分數(shù)為8.82%、游離堿質(zhì)量分數(shù)為1.3%，均不合格，不含鈣離子。
2 次氯酸鈉標(biāo)準(zhǔn)
次氯酸鈉標(biāo)準(zhǔn)為GB 19106—2013。該標(biāo)準(zhǔn)適用于氫氧化鈉經(jīng)氯化制得的次氯酸鈉溶液，不適用于不是用氫氧化鈉制得的次氯酸鈉。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：次氯酸鈉溶液(適用于消毒、殺菌及水處理等)質(zhì)量指標(biāo)應(yīng)符合：有效氯(以Cl計)的質(zhì)量分數(shù)≥10.0%，游離堿(以NaOH計)的質(zhì)量分數(shù)0.1%~1.0%，鐵(以Fe計)的質(zhì)量分數(shù)≤0.005%，重金屬(以Pb計)的質(zhì)量分數(shù)≤0.001%，砷(以As計)的質(zhì)量分數(shù)≤0.000 1%。
其中兩個主要指標(biāo)：(1)“有效氯(以Cl計)”表示溶液中的有效成分，殺菌效果由該指標(biāo)確定;(2)“游離堿(以NaOH計)”表示溶液中的剩余氫氧化鈉濃度，該指標(biāo)對次氯酸鈉的穩(wěn)定性以及與水接觸后的結(jié)垢傾向有很大影響。游離堿過低時，次氯酸鈉易分解，以氯氣形式揮發(fā)，降低藥品有效成分;游離堿過高時，易與水中硬度反應(yīng)生成垢。
3 結(jié)垢原因分析
檢驗出堵塞物主要成分為碳酸鈣垢，故系統(tǒng)中存在加藥后水中鈣離子和碳酸根離子的的溶度積增大。堵塞點有2處：超濾加藥管與超濾進水母管處，原水加藥管與原水接觸點位置。結(jié)垢原因如下：
(1)超濾進水和原水中都有鈣離子、碳酸氫根離子和二氧化碳;而次氯酸鈉中有游離堿。次氯酸鈉加入系統(tǒng)后，游離堿與水中碳酸氫根離子、二氧化碳反應(yīng)，生成碳酸根離子。碳酸根離子與水中鈣離子反應(yīng)，生成碳酸鈣沉淀，堵塞管道。
(2)次氯酸鈉可以是氫氧化鈉與氯氣反應(yīng)制得，也可以是碳酸鈉與氯氣反應(yīng)制得。如是后一種方法制得，由于藥品中存在碳酸根，與超濾進水、原水接觸時就會生成碳酸鈣。
(3)由于超濾加藥管道不是連續(xù)運行的(只有超濾化學(xué)加強洗時才加藥)，所以在系統(tǒng)不加藥時，超濾進水會通過擴散進入加藥管道，如藥品中游離堿超標(biāo)，就會結(jié)垢。
(4)加藥管道小、加藥流量小，碳酸鈣易沉積，管道容易堵塞。
(5)游離堿超標(biāo)時，一般有效氯會偏低。
4 應(yīng)對措施
為有效避免次氯酸鈉管道堵塞現(xiàn)象的發(fā)生，保證水處理系統(tǒng)正常運行，采取以下措施：
(1)加強藥品的驗收。特別是“有效氯”、“游離堿”兩項指標(biāo)。控制游離堿在合格范圍，可有效防止游離堿過高引起的結(jié)垢。
(2)加強對運行中加藥的調(diào)整，每班對超濾出水分析余氯，控制余氯0.3~0.5 mg/L。防止加藥量過大，引起游離堿與水中二氧化碳生成過多的碳酸根，造成鈣、鎂離子與碳酸根離子溶度積過高，產(chǎn)生沉淀。
(3)加強藥品招標(biāo)前對供應(yīng)商的資質(zhì)、業(yè)績、藥品來源、倉儲情況的調(diào)研工作。由于次氯酸鈉易分解，對次氯酸鈉有倉儲的，原則上不考慮。
03 2#機組凝結(jié)水高速混床樹脂進入凝結(jié)水母管故障及對策
1 凝結(jié)水故障及緊急處理措施
故障一：樹脂捕捉器壓差異常上升。2015年12月10日17：10，2#爐點火后投運凝結(jié)水高速混床CD2A、CD2B，發(fā)現(xiàn)CD2B樹脂捕捉器壓差有上升趨勢，22：30升至42 kPa(壓差報警值70 kPa)。分析可能有樹脂進入樹脂捕捉器，停運高速混床CD2B，待檢修處理。
故障二：高速混床進出口壓差異常上升。12月11日3：00高速混床CD2A運行中進出口壓差逐漸升高，現(xiàn)場檢查未發(fā)現(xiàn)明顯異常，當(dāng)壓差升至350 kPa自動打開電動旁路。分析可能機組啟動時系統(tǒng)內(nèi)雜質(zhì)堵塞混床進水裝置，停運高速混床CD2A，待檢修處理。
故障三：凝結(jié)水中有樹脂，過熱蒸汽電導(dǎo)率超標(biāo)，給水泵主泵、前置泵濾網(wǎng)壓差大，檢查有樹脂。12月11日5:00檢修處理給水泵密封水進水濾網(wǎng)時發(fā)現(xiàn)網(wǎng)面內(nèi)有樹脂，樹脂顆粒完整，顆粒偏小。同時，化學(xué)儀表取到水樣后發(fā)現(xiàn)過熱蒸汽電導(dǎo)率高達1.4 μS/cm(剛升爐時，人工分析蒸汽二氧化硅合格)，并在7:30最大至1.8 μS/cm。檢查發(fā)現(xiàn)給水泵主泵、前置泵濾網(wǎng)壓差大，A、B主泵、前置泵濾網(wǎng)樹脂情況見表 1。
12月14日白班清理A主泵密封水濾網(wǎng)：較干凈。
由于樹脂高溫分解產(chǎn)物會造成熱力設(shè)備結(jié)垢及腐蝕、過熱器和汽輪機的積鹽。處理措施：
(1)暫不停機。由于兩臺混床內(nèi)樹脂沒有明顯減少，且給水、爐水pH正常，給水氫電導(dǎo)率、爐水電導(dǎo)率也在正常范圍內(nèi)，鍋爐為汽包爐，判斷進入水汽系統(tǒng)樹脂量很少。暫不停機，加強水汽品質(zhì)監(jiān)督，特別是蒸汽和凝結(jié)水氫電導(dǎo)率的監(jiān)督。
(2)加大2#爐排污量，降低鍋爐參數(shù)。在原因未查明、水汽品質(zhì)未正常情況下，機組降負荷至100 MW運行。
(3)由于CD2B樹脂捕捉器壓差升高，且該混床檢修期間曾對水帽檢查過，因此懷疑檢查過程中損壞了該混床底部水帽內(nèi)墊片。將CD2B內(nèi)樹脂導(dǎo)出，對高速混床CD2B及樹脂捕捉器解體檢查，發(fā)現(xiàn)樹脂捕捉器進水側(cè)有少量破碎樹脂，出水側(cè)無樹脂;對混床內(nèi)部檢查，發(fā)現(xiàn)頂部進水繞絲管內(nèi)部有少量樹脂;將混床底部水帽全部拆開檢查，未發(fā)現(xiàn)水帽損壞及松動;更換部分橡膠墊片，投運凝結(jié)水高速混床CD2B，在樹脂捕捉器排水閥放水未發(fā)現(xiàn)樹脂，樹脂捕捉器壓差正常。判斷運行中CD2B樹脂不會進入系統(tǒng)。
(4)在高速混床CD2B處理期間，試運高速混床CD2A，從該混床樹脂捕捉器排水未發(fā)現(xiàn)樹脂，樹脂捕捉器壓差也無明顯增加趨勢，排除CD2A漏樹脂的可能。CD2A正常投運，電動旁路自動保持40%開度，監(jiān)視蒸汽電導(dǎo)率的變化，發(fā)現(xiàn)電導(dǎo)率下降比較緩慢。
(5)CD2B投運后，電動旁路自動全關(guān)，蒸汽電導(dǎo)率下降較快，當(dāng)電導(dǎo)率降至0.2 μS/cm后，聯(lián)系值長將2#機組增加20 MW負荷。增加負荷后蒸汽電導(dǎo)率稍有回升;保持負荷不變，當(dāng)電導(dǎo)率下降至0.2 μS/cm后，再聯(lián)系值長繼續(xù)增加20 MW負荷。如此反復(fù)，至12日中班，機組負荷保持約230 MW，水汽品質(zhì)也達到標(biāo)準(zhǔn)。
2 原因分析
凝結(jié)水高速混床樹脂在上下隔板之間，通過隔板間的不銹鋼水帽隔離，進水通過水帽進入樹脂，通過樹脂層進行處理后，再通過下水帽出水(圖 1)。上水帽的間隙為0.35 mm，下水帽的間隙為0.3 mm，樹脂捕捉器濾元縫隙寬度0.20 mm。樹脂粒度范圍：陽樹脂0.63~0.81 mm，陰樹脂0.45~0.71 mm。根據(jù)對混床水帽和樹脂捕捉器的檢查情況，判斷樹脂不是在運行階段進入系統(tǒng)，只有在此次機組啟動和上次機組停運階段漏入系統(tǒng)。樹脂從高速混床漏出只有兩個途徑：從上水帽漏出;從下水帽漏出。
從圖 2分析，由于凝結(jié)水泵位置最低，與除氧器的高度差約20 m。在凝結(jié)水泵停運時，如果凝結(jié)水泵出口止回閥失靈的情況下，凝結(jié)水泵會倒轉(zhuǎn)，此時除氧器及低加的水會回流。如果此時高速混床未退出運行，高速混床會出現(xiàn)反洗現(xiàn)象，顆粒小于0.35 mm的樹脂可能會從高速混床進水水帽漏出。追查上次機組停運情況，12月8日因其他原因，2#機組在啟動過程中是緊急停運。當(dāng)時兩臺高速混床處于運行狀態(tài)，旁路閥全關(guān)閉。通過對汽機凝結(jié)水泵的運行情況檢查，因凝結(jié)水泵停運后，凝結(jié)水泵出口電動閥自動關(guān)閉，所以不能發(fā)現(xiàn)凝結(jié)水泵是否倒轉(zhuǎn)。但凝結(jié)水泵停運后，其出口電動閥關(guān)閉時間長約150 s，還是存在短時間水泵倒轉(zhuǎn)的可能。
(2)從下水帽漏出。如果下水帽損壞，樹脂會進入出水側(cè)。檢查樹脂捕捉器完好，捕捉器墊片完好;樹脂捕捉器進水側(cè)有少量破碎樹脂，出水側(cè)沒有樹脂，說明樹脂不是從下水帽漏入。所以運行中樹脂不會進入水系統(tǒng)。混床投運過程中，需啟動再循環(huán)泵從混床出水抽水至混床進水，進行循環(huán)，保證混床出水水質(zhì)。這一過程再循環(huán)泵進水沒有經(jīng)過樹脂捕捉器，如果下水帽損壞，樹脂有可能進入混床進水母管，此時混床旁路閥處于開啟狀態(tài)，樹脂就進入了水汽系統(tǒng)。這種情況下，在混床進口水帽中會有大量樹脂。檢查中未發(fā)現(xiàn)。
綜合以上情況，高速樹脂是從上水帽漏出。即：12月8日機組緊急停運過程中，因高速混床沒有及時退出，運行中的高速混床出現(xiàn)反洗現(xiàn)象，造成少量小顆粒樹脂從高速混床進口水帽漏出，凝結(jié)水泵出口止回閥失靈，樹脂進入凝結(jié)水系統(tǒng)。在此次機組啟動前，水系統(tǒng)冷態(tài)沖洗時，高速混床不投運，樹脂通過高速混床旁路進入水汽系統(tǒng)。樹脂進入水汽系統(tǒng)首先進入電動給水泵前置泵濾網(wǎng)，由于前置泵濾網(wǎng)運行中可進行手動沖洗，沖洗的出口進入地溝，在沖洗過程中不能發(fā)現(xiàn)具體的堵塞物;給水泵主濾網(wǎng)運行中不好沖洗，必須停泵沖洗。由于運行中對給水泵前置泵進行沖洗，所以前置泵濾網(wǎng)中樹脂較少。
此次樹脂漏入系統(tǒng)量較少，給水、爐水水質(zhì)沒有發(fā)現(xiàn)水質(zhì)異常，只有蒸汽的氫電導(dǎo)率較大，最高過熱蒸汽電導(dǎo)率1.8 μS/cm(標(biāo)準(zhǔn)值0.15 μS/cm)超標(biāo);凝結(jié)水電導(dǎo)率沒有顯示;給水電導(dǎo)率由于水樣小，也沒有顯示，對運行的監(jiān)視有明顯影響;同時機組啟動階段水質(zhì)較差，運行人員對蒸汽電導(dǎo)率高沒有引起足夠重視。
3 預(yù)防措施
預(yù)防措施有：
(1)機組停運前先停運高速混床，高速混床退出運行后，再停凝結(jié)水泵。
(2)機組啟動階段，加強取樣器的沖洗，防止堵塞。及時投入化學(xué)在線儀表，加強化學(xué)儀表的數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)異常及時匯報和查找原因，并聯(lián)系處理。
(3)將樹脂捕捉器增加窺視孔，及時檢查、判斷樹脂捕捉器壓差大的原因。
(4)在樹脂再生時加強反洗，去除樹脂中的破碎樹脂及小顆粒樹脂。
(5)此次樹脂是上次停機時漏入，在此次機組啟動前的水沖洗階段已排出一部分，還有部分在給水泵濾網(wǎng)中。在機組點火前對運行的給水泵濾網(wǎng)進行檢查，可提前發(fā)現(xiàn)問題。
(6)在事故處理過程中，判斷漏入的樹脂量是關(guān)鍵;水汽品質(zhì)特別是給水和爐水pH是依據(jù)。如漏入樹脂量大或給水、爐水pH大幅降低，應(yīng)立即停爐處理。
(7)在判斷高速混床不漏樹脂后，要及時投運混床，以保證凝結(jié)水水質(zhì)。如混床存在繼續(xù)漏樹脂的情況，應(yīng)立即停爐處理。
(8)由于樹脂在高溫下分解，如果是直流爐，在發(fā)現(xiàn)樹脂進入水汽系統(tǒng)后，必須立即停爐處理，防止水汽系統(tǒng)腐蝕、結(jié)垢、結(jié)鹽。此次處理方法是在漏入樹脂量不大，鍋爐為汽包爐的前提下進行的處理。
04 汽輪機高壓缸葉片磷酸鹽沉積及對策
以往檢修化學(xué)檢查中，均發(fā)現(xiàn)汽輪機高壓缸葉片鹽垢中含有磷酸鹽成分，且含量較高(30%左右)。磷酸鹽沉積，是因為蒸汽參數(shù)高于一定值時，磷酸鹽在蒸汽中的溶解度大幅提高、攜帶量加大，而且基本在高壓缸沉積。究其根源，爐水的磷酸鹽含量是關(guān)鍵。因此，制定了過熱蒸汽含磷酸鹽試驗的方案。
1 過熱蒸汽含磷酸鹽試驗方案
試驗方案主要分兩個階段：第一個階段測試磷酸鹽正常加藥情況下，機組啟動階段與正常運行階段的過熱蒸汽磷酸鹽含量;第二個階段測試降低磷酸鹽加藥量情況下，機組啟動階段與正常運行階段的過熱蒸汽磷酸鹽含量。
2 試驗過程
2014年6月14日，1#機組A檢修結(jié)束啟動前，在過熱蒸汽氫電導(dǎo)率儀出水后安裝經(jīng)再生處理的陰離子交換裝置，啟動48 h后拆下陰離子交換裝置。取出所拆下陰離子交換裝置內(nèi)的樹脂，用3%的氫氧化鈉溶液浸泡4 h。取浸泡液，用稀鹽酸調(diào)節(jié)pH至7.0左右，測試該溶液中含較高磷酸鹽成分(因通過陰離子交換裝置的實際水量無法準(zhǔn)確測試，因此蒸汽中磷酸鹽具體濃度無法估算，只能定性分析磷酸鹽存在)。2014年7月15日對正常運行情況下的陰離子交換裝置進行測定，發(fā)現(xiàn)含有微量磷酸鹽成分。2014年9月10日2#機組啟動時進行了試驗，測試含有較高磷酸鹽成分。2014年10月28日2#機組啟動時化學(xué)專業(yè)通知運行采取磷酸鹽低加藥量運行。在啟動與運行階段過熱蒸汽中均未發(fā)現(xiàn)磷酸鹽成分。
3 試驗結(jié)果
在正常運行時蒸汽中不含磷酸鹽。蒸汽中磷酸鹽主要存在于機組啟動階段，此時因取樣水較臟、化學(xué)儀表不投運，鍋爐排污量大，磷酸鹽手動加藥難以控制，有磷酸鹽超標(biāo)現(xiàn)象。
根據(jù)試驗結(jié)果，可判斷：汽輪機葉片磷酸鹽垢，與機組運行及啟動階段加藥量有密切關(guān)系。建議：機組啟動階段將磷酸鹽加藥量降至合理范圍，并盡快投用凝結(jié)水精處理系統(tǒng)。
4 加藥方案調(diào)整及高壓缸磷酸鹽沉積改善情況
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)《火電廠汽水化學(xué)導(dǎo)則第2部分：鍋爐爐水磷酸鹽處理》(DL/T 805.2—2016)鍋爐加藥為低磷酸鹽處理，對爐水的磷酸根含量沒有低限要求。調(diào)整后機組啟動階段的水質(zhì)控制為機組點火后不加磷酸鹽，通過加氨、聯(lián)氨控制爐水pH，期間每0.5 h測定給水、爐水pH不小于9.5;汽機沖轉(zhuǎn)前加磷酸三鈉，調(diào)整鍋爐水質(zhì)。調(diào)整后蒸汽中不含磷酸鹽，可有效減少汽機高壓缸的結(jié)鹽，提高汽機效率。2015年10月試驗結(jié)束，2#機組檢修時高壓缸轉(zhuǎn)子沒有結(jié)鹽現(xiàn)象。
05 結(jié)語
綜上所述，可以得出：
(1)加強次氯酸鈉“有效氯”、“游離堿”兩項指標(biāo)的驗收、超濾出水余氯控制在0.3~0.5 mg/L范圍、加強檢修消缺，可有效防止次氯酸鈉加藥管道堵塞。
(2)機組停運期間，高速混床未退出運行的情況下停運凝結(jié)水泵，易引起高速混床反洗現(xiàn)象發(fā)生。高速混床樹脂會從進水水帽漏入水汽系統(tǒng)，機組啟動時造成水汽品質(zhì)惡化。
(3)汽包鍋爐在少量樹脂漏入水汽系統(tǒng)后，通過加大鍋爐排污量、降低鍋爐參數(shù)、投運高速混床，在保證給水、爐水pH正常的情況下，可不停機處理。
(4)高壓缸內(nèi)的磷酸鹽沉積主要來自于機組啟動階段，通過對機組啟動階段的水質(zhì)控制，機組啟動階段采用全揮發(fā)性處理，即通過加氨、聯(lián)氨控制爐水pH，有效減少汽機高壓缸的結(jié)鹽，提高汽機效率。