陶樹成 周渤洋 盛杰興

摘要:文章針對某化工廠蒸汽汽輪機積鹽的實際情況,對其主要成因進行了分析,并提出了處理辦法和預(yù)防措施,包括對于中壓余熱爐嚴格按照《中小型鍋爐運行規(guī)程》及《火力發(fā)電廠水汽監(jiān)督導(dǎo)則》執(zhí)行水質(zhì)及運行參數(shù)的管理;完善余熱鍋爐汽水分離系統(tǒng)、分級蒸發(fā)系統(tǒng),使其能夠?qū)崿F(xiàn)徹底的汽水分離;完善該鍋爐的連續(xù)排污系統(tǒng);嚴格控制各項運行指標,保證各項指標波動平穩(wěn)等。

關(guān)鍵詞:化工廠;汽輪機積鹽;余熱鍋爐;沉積物

中圖分類號:TQ111文獻標識碼:A文章編號:1009-2374(2009)20-0179-02

在鍋爐給水指標合格的情況下,加強鍋內(nèi)水處理的管理工作,并保證鍋爐的合理運行工況,是防止過熱器和汽輪機內(nèi)積鹽、保證機組安全長周期經(jīng)濟運行的重要因素。某廠裝置汽輪機采用的中壓蒸汽,主要由該廠鍋爐車間提供,多年來運行未出現(xiàn)因蒸汽品質(zhì)原因影響汽機轉(zhuǎn)數(shù)而需停車處理的問題。該廠經(jīng)過多年的技術(shù)改造,其蒸汽平衡結(jié)構(gòu)發(fā)生了根本變化:主要生產(chǎn)裝置由外供中壓汽轉(zhuǎn)變?yōu)橥廨斨袎浩?并于開車后,經(jīng)常出現(xiàn)后級用汽的汽輪機出現(xiàn)轉(zhuǎn)數(shù)下降被迫停機檢修的問題。對全廠中壓蒸汽管網(wǎng)的平穩(wěn)運行造成威脅,長期不解決,必然會影響全廠能耗水平,還會造成加速過熱器內(nèi)積鹽,增加了爆管的危險。因此,盡早查出蒸汽品質(zhì)惡化的原因,并采取切實可行的措施解決,使蒸汽指標最終被控制在正常范圍內(nèi),保證系統(tǒng)平穩(wěn)、安全經(jīng)濟運行,將具有現(xiàn)實意義。

一、汽輪機系統(tǒng)運行存在的問題及危害

(一)存在的問題及原因

2002年7月以來,某廠一裝置采用了中壓余熱爐產(chǎn)汽作為熱源后,出現(xiàn)了汽機轉(zhuǎn)數(shù)逐漸下降,運行2～3周時間即需停機清洗的現(xiàn)象,通過加強水質(zhì)監(jiān)督情況有所好轉(zhuǎn);自2006年以來又多次發(fā)生類似的現(xiàn)象;經(jīng)對汽輪機停車解體檢查,發(fā)現(xiàn)葉片積鹽嚴重,經(jīng)過對垢樣分析,其成分中主要為鈉鹽,并含有少量的硅酸鹽成分。通過對余熱爐爐水及蒸汽品質(zhì)的日常監(jiān)督,發(fā)現(xiàn)爐水pH及磷酸根指標變化較大,表明加藥、排污不均勻;蒸汽指標鈉含量基本在100?滋g/kg以上,高時達6000?滋g/kg;二氧化硅含量基本在80?滋g/kg以上,高時達2000?滋g/kg。此時為全面查找鍋爐蒸汽品質(zhì)問題,水質(zhì)化驗人員對除鹽水及給水、動力鍋爐、余熱鍋爐的爐水、蒸汽品質(zhì)同時進行了監(jiān)測,并在生產(chǎn)中對積鹽嚴重的汽輪機改供動力鍋爐蒸汽,發(fā)現(xiàn)除鹽水、給水、動力爐汽水品質(zhì)均不存在問題,積鹽嚴重的汽機改供動力鍋爐蒸汽后,消除了積鹽嚴重的現(xiàn)象。以上事實可以斷定,汽機積鹽嚴重的問題是由裝置余熱爐產(chǎn)汽不合格造成的。

(二)余熱鍋爐蒸汽品質(zhì)惡化的原因

通過對該廠裝置汽機垢樣分析,初步可判斷催化余熱爐送出的中壓蒸汽產(chǎn)生了蒸汽污染,即蒸汽中硅酸鈉等鹽類物質(zhì),由于此類物質(zhì)的存在,影響了汽機的正常運轉(zhuǎn)。

該廠的余熱鍋爐為中壓汽包鍋爐,而中壓鍋爐蒸汽污染的主要原因是蒸汽帶水。

1.余熱鍋爐運行工況對蒸汽帶水的影響。該余熱鍋爐汽包水位控制不好,波動過大,當水位過高時,會使汽包上面的汽空間高度減少,縮短水滴飛濺到蒸汽引出管口的距離,不利于自然分離,造成蒸汽帶水量大。

2.余熱鍋爐負荷突變。由于受到化工裝置生產(chǎn)負荷變化,余熱鍋爐的負荷變化頻繁,有時出現(xiàn)超負荷情況,在負荷和壓力突變時,汽包經(jīng)常出現(xiàn)虛假水位現(xiàn)象,汽包水位忽高忽低,汽水分離效果變差,特別在過負荷運行時,來自上升管蒸汽量增多,汽水混合物動能增加,使得由于機械撞擊、噴濺所形成水滴的量和動能都增大,蒸汽運載水分的能力增大,汽空間高度小,汽水分離惡化;資料統(tǒng)計顯示,隨著負荷增加,蒸汽濕分緩慢逐漸增大,當達到一個臨界負荷時,再增負荷,蒸汽濕分就會急劇增加,為此,余熱鍋爐運行負荷應(yīng)低于這一臨界值。

3.汽包汽空間高度不適合,使得蒸汽帶水嚴重。當汽包內(nèi)經(jīng)汽水混合物引入汽包的方式、蒸汽從汽包引出的方式、汽包內(nèi)汽水分離裝置的結(jié)構(gòu)等原因造成的汽水分離不好時,影響到汽空間高度,使得蒸汽帶水嚴重。經(jīng)過對汽包內(nèi)部部件檢查發(fā)現(xiàn),該廠余熱鍋爐的汽包內(nèi)部汽水裝置存在缺陷:該裝置余熱鍋爐的汽包旋分的底部浸入深度不夠,另外旋分筒頂部的分離器經(jīng)常松動脫落,導(dǎo)致汽水分離效果不好。

4.鍋爐排污系統(tǒng)不完善或排污不及時,爐水含鹽量增加到一定程度時,因蒸汽帶水與爐水含鹽量成正比關(guān)系,未進行及時處理(如爐水中含油、有機物或水渣較多、加藥較多時),使得爐水品質(zhì)經(jīng)常惡化,加劇了蒸汽帶水。經(jīng)檢查分析,該裝置余熱鍋爐排污量小,另外汽包內(nèi)的連續(xù)排污裝置排污系統(tǒng)缺陷。

(三)產(chǎn)汽不合格帶來的危害

1.含有大量雜質(zhì)成分的蒸汽進入汽機本體后,隨著蒸汽溫度、壓力的變化,部分鹽類隨著溶解度的變化,使得汽機中各級隔板和葉輪上不同程度的積存,造成設(shè)備受力不均,嚴重時機組無法運行。

2.鍋爐受熱面積鹽后,造成換熱效果下降,使得管壁溫度提高,將迫使過熱段金屬降低金屬材料的機械性能,嚴重時會使受熱面管發(fā)生變形和破裂等失效事故,危及鍋爐設(shè)備的安全。

二、汽輪機的積鹽過程

(一)汽輪機鹽類沉積物的形成過程

1.鍋爐過熱蒸汽中的雜質(zhì)一般有以下幾種形態(tài):一種是呈蒸汽溶液,這主要是硅酸和各種鈉化合物;另一種呈固態(tài)微粒狀,這主要是沒有沉積下來的固態(tài)鈉鹽和鐵的氧化物。此外,對于中、低壓鍋爐的過熱蒸汽中還有微小的氫氧化鈉濃縮液滴。實際上過熱蒸汽的雜質(zhì)大部分呈第一種形態(tài),后兩種形態(tài)的量通常是很少的。過熱蒸汽進入汽輪機后,這些雜質(zhì)會沉積在它的蒸汽通流部分,這種現(xiàn)象稱做汽輪機積鹽,沉積的物質(zhì)稱為鹽類沉積物。

2.汽輪機內(nèi)形成沉積物的過程主要是:帶有各種雜質(zhì)的過熱蒸汽進入汽輪機后,由于壓力和溫度降低,鈉化合物和硅酸在蒸汽中的溶解度隨壓力降低而減小,當其中某種物質(zhì)的溶解度下降到低于它在蒸汽中的含量時,該物質(zhì)就會以固態(tài)析出,并沉積在蒸汽通流部分。此外,蒸汽中那些微小的氫氧化鈉濃縮液滴以及一些固態(tài)微粒,也可能粘附在汽輪機的蒸汽通流部分,形成沉積物。

(二)過熱蒸汽中各種雜質(zhì)在汽輪機內(nèi)沉積的特性

1.鈉化合物,主要為Na2SO4、Na3PO4、Na2SiO3、NaCl和NaOH等,其中Na2SO4、Na3PO4、Na2SiO3在蒸汽中溶解度較小,最先析出,主要沉積在汽機高壓級內(nèi);NaCl和NaOH的溶解度稍大一些,主要沉積在汽輪機的中壓級內(nèi)。該裝置汽輪機的積鹽主要是鈉鹽。

2.硅酸在汽輪機內(nèi)形成的SiO2沉積物,不溶于水、質(zhì)地堅硬,常有不同的結(jié)晶形態(tài)。

三、汽輪機內(nèi)積鹽的清除

如汽輪機內(nèi)有沉積物,應(yīng)及時地清除,以免積累過多影響汽輪機的安全、經(jīng)濟運行。沉積在汽輪機內(nèi)的易溶鹽,可用濕蒸汽清洗的辦法除掉,汽輪機可進行帶負荷清洗和空載運行清洗兩種;沉積在汽輪機內(nèi)部的不溶于水的沉積物,一般是在汽輪機大修時,用機械方法清除,如用噴砂法清除汽輪機上的沉積物等。對于結(jié)有SiO2的中壓汽輪機,可將轉(zhuǎn)子吊出汽缸,放入到3%～5%NaOH溶液中,通入蒸汽煮,再用水清洗干凈。該廠汽輪機屬于中壓蒸汽驅(qū)動的汽輪機,積鹽主要是鈉鹽,采取的方法是濕蒸汽清洗法。

四、采取的措施

對于該廠汽輪機結(jié)垢的問題,根據(jù)其成因,應(yīng)從以下幾方面進行控制:

1.對于中壓余熱爐嚴格按照《中小型鍋爐運行規(guī)程》及《火力發(fā)電廠水汽監(jiān)督導(dǎo)則》執(zhí)行水質(zhì)及運行參數(shù)的管理;嚴格執(zhí)行工藝控制指標(壓力、溫度、產(chǎn)汽量)及水質(zhì)控制指標,必須保證給水水質(zhì)控制在規(guī)定的范圍內(nèi),以達到減少進入鍋爐水中的雜質(zhì)量,保證從汽包引出的是清潔的飽和蒸汽,并防止它在后段的污染。

2.完善余熱鍋爐汽水分離系統(tǒng)、分級蒸發(fā)系統(tǒng),使其能夠?qū)崿F(xiàn)徹底的汽水分離;對該余熱鍋爐的旋風分離器安裝尺寸進行合理調(diào)整:旋風分離器入口管中心線在汽包最高水位(運行的最高水位)以上,使得筒內(nèi)水位低于進口管的邊緣;旋分的底部伸入水中,其浸入深度在水位線下200mm處,防止蒸汽由下部竄出,這樣確保了汽水分離的效果。

3.完善該鍋爐的連續(xù)排污系統(tǒng):連續(xù)排污管裝在正常水位200～300mm以下,且遠離凈段與鹽段的水連通管。并且加強連續(xù)排污及定期排污,正常水質(zhì)時,要求定期排污24小時一次,水質(zhì)異常時加大排污頻次;并嚴格按相關(guān)規(guī)程的標準執(zhí)行。

4.加強爐水加藥的管理,在水質(zhì)惡化的情況下,加大排污率(包括連排和定排),加強換水,并認真分析爐水水質(zhì)和蒸汽品質(zhì),待蒸汽品質(zhì)合格后方能進入用汽設(shè)備。

5.嚴格控制各項運行指標,保證各項指標波動平穩(wěn),減少或消除鍋爐負荷、負荷變化速度和汽包液位等波動對品質(zhì)的影響。避免超、低負荷及液位控制超標而引起汽水分離不好,造成蒸汽攜帶水分從而攜帶鹽分,使用汽設(shè)備結(jié)垢。

6.委托有關(guān)科研所對余熱爐進行熱化學(xué)試驗,求得保證良好鍋爐蒸汽品質(zhì)的運行工況,并根據(jù)試驗結(jié)果,調(diào)整好鍋爐運行工況,使其負荷、負荷變化速度、汽包水位不超過試驗確定的允許范圍,以保證蒸汽品質(zhì)合格。

五、結(jié)論

通過采取以上一些措施,該廠于2008年5月對該爐進行了檢修,采取了行之有效的內(nèi)部結(jié)構(gòu)改造措施。開車后運行一段時間表明,該裝置余熱鍋爐產(chǎn)汽品質(zhì)完全符合中壓鍋爐汽水質(zhì)量標準,徹底消除了對汽輪機積鹽的影響,保證了機組安全、經(jīng)濟地運行。

參考文獻

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作者簡介:陶樹成(1975-),男,吉林人,吉林燃料乙醇有限公司熱電廠工程師,研究方向:鍋爐運行及技術(shù)管理。