高強(qiáng)生

(浙江浙能技術(shù)研究院有限公司，杭州 311121)

0 引言

某燃機(jī)電廠共安裝3臺400 MW燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組，其#3機(jī)組配置N-10832型、單殼體、雙流程、表面式凝汽器。凝汽器A，B上下布置，該凝汽器由接頸、殼體、水室和熱井構(gòu)成，皆為碳鋼焊接結(jié)構(gòu)，凝汽器放置在多軸承座的基板上。凝汽器軸向安裝于汽輪機(jī)之后，汽輪機(jī)排出的蒸汽水平軸向排入凝汽器。凝汽器殼體內(nèi)的冷卻面積為10 832 m2，共有管束10 606根，其規(guī)格為?28 mm×0.5 mm和?28 mm×0.7 mm兩種，長度為11 600 mm，管子材料為Ti；冷卻水體積流量為24 385 m3/h，額定溫升下管內(nèi)流速為2.23 m/s。

凝汽器前后水室均為由鋼板卷制成的弧形結(jié)構(gòu)，前水室為2個(gè)獨(dú)立腔室，上部水室為出水室，下部水室為進(jìn)水室，后水室為1個(gè)腔室，循環(huán)水經(jīng)過進(jìn)口到達(dá)下部進(jìn)水室，流經(jīng)第1組管束，并在后水室轉(zhuǎn)向，以相反方向流經(jīng)第2組管束，又回到上部出水室，經(jīng)出口管道流出。前后水室與端管板均采用法蘭連接，為保證一定的傳熱系數(shù)和防止雜物沉積，凝汽器冷卻管采用膠球清洗裝置清洗。

1 凝汽器結(jié)垢現(xiàn)場檢查、分析

該廠#3機(jī)組于2016年3—5月進(jìn)行了一次檢修，當(dāng)時(shí)檢查凝汽器水室未發(fā)現(xiàn)結(jié)垢情況。2017年5月再次停機(jī)檢查，發(fā)現(xiàn)凝汽器前水室上部出水室端板及側(cè)板結(jié)垢嚴(yán)重，厚度達(dá)3～4 mm，結(jié)垢物和凝汽器板面結(jié)合并不緊密，采用敲擊或撬的方法均能造成結(jié)垢大面積脫落，部分管束內(nèi)部也有結(jié)垢，如圖1所示。發(fā)現(xiàn)該情況后，廠里安排對凝汽器下部進(jìn)水室和后水室進(jìn)行開人孔門檢查：下部進(jìn)水室及后水室內(nèi)端板、側(cè)壁及鈦管均未發(fā)現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象，如圖2所示。凝汽器換熱管道結(jié)垢會(huì)影響凝汽器換熱效率，必然影響機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性。

圖1 凝汽器上部出水室鈦管結(jié)垢情況及垢樣

圖2 凝汽器下部進(jìn)水室、后水室端板無結(jié)垢現(xiàn)象

1.1 結(jié)垢部位分析

結(jié)垢主要分布在上部出水室(端板、側(cè)板)及出水管道，而下部進(jìn)水室及后水室管口、端部均未見結(jié)垢現(xiàn)象，且管口清潔。同樣都浸泡在循環(huán)水中，只有出水室出現(xiàn)結(jié)垢，說明出水室內(nèi)水質(zhì)條件發(fā)生了根本變化，而出水室循環(huán)水的主要變化是溫度變化。

1.2 管口清潔度比較分析

現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，并不是所有凝汽器鈦管都結(jié)垢，中間部分區(qū)域管口內(nèi)相對清潔，說明凝汽器膠球清洗裝置具有較好的清洗作用，而靠上部及外圍部分管道由于水流沒有將膠球帶入管道，造成管道內(nèi)部結(jié)垢相對嚴(yán)重。

1.3 成分分析

通過取垢樣分析，得出其主要為碳酸鈣硬垢，見表1。分析過程中使用鹽酸對垢樣進(jìn)行浸泡時(shí)，出現(xiàn)大量氣泡，如圖3所示。

表1 機(jī)組凝汽器垢樣成分分析 %

圖3 垢樣使用鹽酸浸泡反應(yīng)

2 運(yùn)行情況及運(yùn)行數(shù)據(jù)

2.1 運(yùn)行數(shù)據(jù)

該電廠于2015年進(jìn)行了廢水零排放改造。廢水零排放設(shè)備投運(yùn)以前，循環(huán)水補(bǔ)充用水一直使用河水；2015年6月廢水零排放設(shè)備投運(yùn)后，主要使用廢水零排放設(shè)備處理后廢水作為循環(huán)水補(bǔ)充水，在2～3臺機(jī)組同時(shí)投運(yùn)、零排放設(shè)備處理后廢水量不夠的情況下，以河水作為應(yīng)急補(bǔ)充水。查看2016年5月#3機(jī)組檢修后至2017年5月的水質(zhì)報(bào)告，補(bǔ)充水硬度最大值為1.53 mmol/L，電導(dǎo)率最大值為564 μS/cm；#3機(jī)組循環(huán)水pH值控制在6.81～8.53，硬度最大值為7.14 mmol/L，電導(dǎo)率最大值為2 120 μS/cm，水質(zhì)指標(biāo)尤其是硬度指標(biāo)能滿足<10 mmol/L 的控制要求。另外，2016年6—8月循環(huán)水濃縮倍率偏高，3個(gè)月合計(jì)運(yùn)行35 d。2016年5月至2017年5月，#3機(jī)組循環(huán)水、浦陽江水及廢水零排放出水水質(zhì)指標(biāo)見表2。

2.2 阻垢劑加藥情況

2016年5月檢修后至今，#3機(jī)組共使用了2個(gè)阻垢劑廠家(分別稱為A廠、B廠)提供的不同阻垢劑。

2017年1月之前使用的是低磷阻垢劑，根據(jù)2014年11月A廠提供的調(diào)試報(bào)告，補(bǔ)充水中添加9 mg/L藥劑，系統(tǒng)可維持電導(dǎo)率濃縮倍率在5～6倍下安全、穩(wěn)定運(yùn)行，且控制循環(huán)水中總磷不大于1.5 mg/L。該電廠實(shí)際加藥量按補(bǔ)充水中添加10 mg/L控制，日常運(yùn)行中每臺機(jī)組加阻垢劑50 kg/d，循環(huán)水總磷按1.5 mg/L以下控制。經(jīng)統(tǒng)計(jì)計(jì)算，2016年加藥量統(tǒng)計(jì)與加藥記錄統(tǒng)計(jì)量吻合。

檢查循環(huán)水有機(jī)磷檢測指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)2016年2月開始一直到2016年8月，#3機(jī)組循環(huán)水中有機(jī)磷含量偏低，長期運(yùn)行在0.01～0.14 mg/L之間，而且#4，#5機(jī)組同樣存在有機(jī)磷含量低的現(xiàn)象。2017年4月更換阻垢劑廠家(B廠)之后，投藥方式按補(bǔ)充水中10 mg/L控制，循環(huán)水有機(jī)磷含量才恢復(fù)正常水平。

2.3 機(jī)組運(yùn)行天數(shù)

從2016年5月至2017年5月，#3機(jī)組總運(yùn)行天數(shù)為72 d，2017年4月至停機(jī)檢修運(yùn)行天數(shù)為6 d。

3 結(jié)垢原因分析

3.1 溫度的影響

結(jié)垢主要分布在上部出水室(端板、側(cè)板)及出水管道，而下部進(jìn)水室及后水室管口、端部均未見結(jié)垢現(xiàn)象，且管口清潔，說明此次結(jié)垢主要是循環(huán)水溫度變化造成的。在循環(huán)水進(jìn)口側(cè)，溫度低，碳酸鈣還不會(huì)從水中析出，當(dāng)循環(huán)水進(jìn)行熱交換后，出水溫度上升，碳酸鈣溶解度下降[1]，促使水垢從水中析出。查看不同負(fù)荷段的循環(huán)水進(jìn)出口溫度，其進(jìn)出口溫差在13～14 ℃。所以，循環(huán)水的溫度變化是造成結(jié)垢的直接原因。

3.2 循環(huán)倍率的影響

循環(huán)水在實(shí)際運(yùn)行條件下，都有一個(gè)不結(jié)垢的碳酸鹽硬度最大值(即極限值)，稱為極限碳酸鹽硬度，當(dāng)碳酸鹽硬度大于極限碳酸鹽硬度時(shí)，水就會(huì)結(jié)垢。2016年年初至12月相當(dāng)長的時(shí)間段內(nèi)，循環(huán)水中阻垢劑有效含量偏低(低于0.1 mg/L)甚至沒有，阻垢劑未起到應(yīng)有作用，而此時(shí)循環(huán)水濃縮倍率在6～7倍之間。所以，循環(huán)水中碳酸鹽硬度達(dá)到循環(huán)水出水溫度條件下的極限碳酸鹽硬度[2]，是水垢形成的根本原因。

3.3 阻垢劑濃度的影響

查詢運(yùn)行加藥操作，加藥量都正常，因此藥劑可能存在問題。A廠2015年年底提供了最后一批阻垢劑，電廠在入庫時(shí)未進(jìn)行取樣化驗(yàn)或送檢，在使用該批藥品后，3臺機(jī)組循環(huán)水有機(jī)磷均大幅度下降到0.1 mg/L以下，無法有效阻垢，因此，藥品有效成分不足是系統(tǒng)結(jié)垢的主要原因。

4 處理措施

針對目前#3機(jī)組凝汽器2個(gè)水室存在的結(jié)垢現(xiàn)象，考慮檢修時(shí)間緊，不具備進(jìn)行化學(xué)清洗的條件，故采用物理清洗的方法即進(jìn)行人工除垢，端板及側(cè)板部位均能清理得較干凈；鈦管內(nèi)部的結(jié)垢嘗試采用高壓水槍沖洗等方式處理，并采用防結(jié)松散劑或稀酸噴灑，令其疏松后再進(jìn)行水沖洗。

5 防范措施

5.1 做好藥品入廠檢驗(yàn)工作

循環(huán)水中阻垢劑有效成分長時(shí)間未檢測出，可能與阻垢劑產(chǎn)品質(zhì)量有關(guān)，但廠里對阻垢劑入廠沒有進(jìn)行必要的檢驗(yàn)檢測，導(dǎo)致無法追溯原因。

5.2 循環(huán)水控制策略的更改

添加阻垢劑是防止循環(huán)水結(jié)垢的有效手段，但阻垢劑的阻垢效果除與其用量有關(guān)外，還與水溫和水質(zhì)有關(guān)，隨水溫、碳酸鹽硬度以及pH值的增加，其阻垢效果下降。任何阻垢劑都受到阻垢能力的限制，當(dāng)循環(huán)水濃縮倍率過大，以至水中碳酸鹽硬度超過它的允許值時(shí)，仍然會(huì)有CaCO3垢生成。循環(huán)水控制策略是根據(jù)阻垢劑廠家提出的要求進(jìn)行控制的，應(yīng)綜合考慮循環(huán)水溫度、pH值、濃縮倍率、補(bǔ)充水水質(zhì)、阻垢劑加藥量等多方面因素[3]，設(shè)置合理的控制策略。循環(huán)水補(bǔ)充水質(zhì)變化后應(yīng)及時(shí)改變控制策略，該廠在2015年6月投運(yùn)廢水零排放系統(tǒng)，循環(huán)水補(bǔ)充水由江水改為零排放預(yù)處理后廢水，水質(zhì)發(fā)生變化，主要指標(biāo)如電導(dǎo)率、硬度、堿度等都發(fā)生變化，阻垢劑廠家應(yīng)根據(jù)水質(zhì)變化情況重新制訂控制策略，但廠家未提供更改的控制策略。

5.3 加強(qiáng)循環(huán)水排污

循環(huán)水濃縮倍率不宜過高，及時(shí)排污是控制濃縮倍率的有效手段，該廠目前機(jī)組的循環(huán)水排污量均較少，造成水質(zhì)劣化、指標(biāo)偏高。應(yīng)控制水質(zhì)指標(biāo)在合格情況下及時(shí)排污，防止在指標(biāo)超標(biāo)時(shí)排污造成環(huán)境污染。

5.4 加強(qiáng)循環(huán)水水質(zhì)監(jiān)測

加強(qiáng)循環(huán)水pH值、硬度、有機(jī)磷、氯根、化學(xué)耗氧量(COD)、氨氮等重要運(yùn)行指標(biāo)監(jiān)測，防止循環(huán)水碳酸鹽硬度達(dá)到或超過極限碳酸鹽硬度，同時(shí)也應(yīng)防止循環(huán)水超標(biāo)排放。

[1]于劍峰，霍靜，唐仕明，等.鹵水管道中影響碳酸鈣垢溶解度的因素及規(guī)律[J].鹽業(yè)與化工,2011,40(4):20-23.

[2]劉輝,盛春林,王福平,等.循環(huán)水高濃縮倍率在火力發(fā)電廠的應(yīng)用[J].工業(yè)水處理,2003,23(8):67-69.

[3]王兆岳.循環(huán)冷卻水系統(tǒng)結(jié)垢問題及控制方法[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2013(1):109-111.