楊其濤
(華電滕州新源熱電有限公司,山東 滕州 277500)
華電滕州新源熱電有限公司(以下簡稱新源熱電)#3,#4機組為2臺350 MW供熱機組,原循環(huán)水水源為馬河水庫地表水及少量城市中水。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)共有2臺雙曲線自然通風逆流冷卻塔。每臺機組設計冬季和夏季的循環(huán)水量為25 000 m3/h和41 000 m3/h,凝汽器材質為TP316L不銹鋼。循環(huán)水系統(tǒng)管道和其他換熱器殼體材質為碳鋼。循環(huán)水處理方式為加硫酸、阻垢劑及殺菌劑。
根據(jù)地方政府減少地表水使用、提高中水用量的要求,新源熱電需要加大中水回用量。由于電廠循環(huán)水冷卻水系統(tǒng)在循環(huán)水水質條件比較惡劣時容易發(fā)生結垢和腐蝕現(xiàn)象,影響機組運行的安全性和經濟性[1]。當循環(huán)水由水質較好的地表水更換為水質較差的中水時,需進行模擬試驗,通過靜態(tài)阻垢試驗及動態(tài)模擬試驗,確定循環(huán)水用緩釋阻垢劑在運行中的最佳濃縮倍率和緩釋效果,將起到防止凝汽器結垢和腐蝕的重要作用[2],保證機組的安全、穩(wěn)定運行。
依據(jù)DL/T 806—2013《火力發(fā)電廠循環(huán)冷卻水用阻垢緩蝕劑》,對緩釋阻垢劑進行理化性能檢測,結果見表1。檢測結果表明,阻垢緩蝕劑符合標準要求。
對中水水質全分析,水質全分析結果見表2。
1.3.1 靜態(tài)阻垢試驗裝置
靜態(tài)試驗的目的是采用極限碳酸硬度法初步確定循環(huán)水極限濃縮倍率及對應加藥量。試驗裝置如圖1所示。
表1 阻垢緩蝕劑理化性能檢測結果
表2 補充水水質全分析結果
圖2 動態(tài)模擬試驗臺系統(tǒng)
編號加藥量/(mg·L-1)補充水堿度/(mmol·L-1)極限碳酸鹽硬度/(mmol·L-1)極限濃縮倍率KClKCa 工業(yè)應用值KClKCa150.794.736.135.95 4.904.76251.245.694.864.67 3.893.743100.794.406.646.46 5.315.174101.246.595.855.68 4.684.54
注:本試驗求得的極限濃縮倍率需乘以系數(shù)0.80[2],方可作為工業(yè)循環(huán)冷卻系統(tǒng)的應用數(shù)據(jù),后續(xù)所有靜態(tài)阻垢試驗結果的現(xiàn)場應用值均應乘以該系數(shù)。
圖1 極限碳酸鹽硬度試驗裝置
1.3.2 動態(tài)模擬試驗試驗裝置
開展循環(huán)冷卻水動態(tài)模擬試驗,目的是為驗證靜態(tài)試驗結果的可行性,確定在此條件下運行的循環(huán)水控制指標。動態(tài)模擬試驗臺系統(tǒng)如圖2所示。
加酸調節(jié)補充水堿度并添加阻垢緩蝕劑,采用極限碳酸鹽硬度法進行靜態(tài)阻垢試驗,結果見表3。
試驗結果表明,編號為1,2,4的加藥方案均能夠滿足3.8~4.5濃縮倍率的工業(yè)應用要求。其中,將補充水堿度調至0.79 mmol/L、加藥量5 mg/L的加藥方案最經濟,故選擇此加藥方案用于動態(tài)試驗。
2.2.1 試驗期間的水質變化情況
向補充水中加入阻垢緩蝕劑5 mg/L,調節(jié)堿度至0.8 mmol/L,連續(xù)補水進行動態(tài)模擬試驗。試驗期間,調整排污量使?jié)饪s倍率穩(wěn)定在3.8~4.5倍。動態(tài)試驗監(jiān)測情況見表4,濃縮倍率變化情況如圖3所示。
動態(tài)試驗結束時,測定循環(huán)水中硫酸根質量濃度為1 322.0 mg/L,計算循環(huán)水中硫酸根+氯離子的總質量濃度為1 909.5 mg/L,滿足硫酸根+氯離子不超過2 500 mg/L的要求[3]。
表4 動態(tài)模擬試驗期間的水質變化情況
圖4 換熱器管出口內表面
圖3 動態(tài)試驗期間循環(huán)水濃縮倍率隨時間變化曲線
2.2.2 換熱管內黏泥沉積及結垢試驗
動態(tài)模擬試驗中,換熱管(316L材質)內表面原始狀態(tài)和水沖洗后狀態(tài)如圖4所示。
從圖4可以看出:換熱管內表面無明顯結垢性沉積物,系統(tǒng)無結垢傾向。
2.2.3 材質腐蝕性能試驗
動態(tài)模擬試驗結束后,對試片附著的腐蝕產物和黏泥進行沖洗,觀察試片表面,稱重計算均勻腐蝕速率。腐蝕試驗的結果見表5。
由表5的試驗結果可以看出, 316L不銹鋼和HSn701-AB試片腐蝕速率滿足要求[3],20號碳鋼試片腐蝕速率屬于良好級別[4]。
表5 材質腐蝕性能試驗結果
續(xù)表
試驗期間,循環(huán)水全堿度控制在2.76~3.21 mmol/L,pH值在8.55~8.77,濁度在2.10 FTU以下,CODCr在68.68 mg/L以下,符合pH值、濁度、CODCr的控制標準[3];循環(huán)水無結垢現(xiàn)象,316L不銹鋼和HSn701-AB試片的腐蝕速率低于規(guī)定要求[4];20號碳鋼試片腐蝕速率屬于良好級別[4];循環(huán)水濃縮倍率控制在3.82~4.49,Cl-質量濃度在541.68~635.47 mg/L之間,滿足凝汽器不銹鋼管所適應水質的要求[5]。在上述動態(tài)模擬試驗基礎上,確定的循環(huán)水控制指標見表6。
表6 循環(huán)水水質控制指標
在完成全中水模擬試驗后,新源熱電逐漸加大中水回用量,從2015年到2017年,2臺350 MW機組中水年使用量由100萬m3已增加至300萬m3以上,中水的使用比例由2015年初的30%已提高至2017年的80%以上。循環(huán)水水質實際控制指標見表7。
在機組檢修及停備用期間,新源熱電對循環(huán)水系統(tǒng)及凝汽器進行檢查,未發(fā)現(xiàn)凝汽器結垢問題,也未出現(xiàn)管材腐蝕加劇現(xiàn)象。2017年9月,#3機組凝汽器圖片如圖5所示。
表7 循環(huán)水水質實際控制指標
圖5 凝汽器水室外觀
為適應中水水質,目前循環(huán)冷卻水系統(tǒng)部分黃銅材質冷卻器已改為316L不銹鋼,僅發(fā)電機氫冷器材質為鎳銅。2017年9月,新源熱電化學專業(yè)在#3機組凝汽器水室加裝碳鋼(C20)、鎳銅(B20)腐蝕指示片(如圖6所示)??衫脵C組檢修機會檢測腐蝕指示片的腐蝕速率,便于定量監(jiān)督循環(huán)水系統(tǒng)中碳鋼及鎳銅材質的腐蝕情況。
圖6 循環(huán)水系統(tǒng)加裝的腐蝕指示片
通過開展全中水條件下循環(huán)水模擬試驗,確定了循環(huán)水水質控制指標,為加大中水回用量后的水質監(jiān)督提供依據(jù)。
在加大中水回用量后,通過嚴格控制水質指標,實際生產過程中未出現(xiàn)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)明顯結垢、腐蝕問題,保證了機組安全穩(wěn)定運行。
做好循環(huán)水系統(tǒng)的監(jiān)督與管理,一方面需要在機組運行期間繼續(xù)安裝模擬試驗確定的控制標準做好水質監(jiān)督控制,以及加強膠球清洗系統(tǒng)的投運及維護管理。另一方面也需要在機組停備用和檢修期間做好凝汽器及相關系統(tǒng)的清淤、保護工作。