酒泉職業(yè)技術(shù)學院 張 琪

對于發(fā)電廠來說，鍋爐和汽輪機組是重要的熱力設(shè)備，關(guān)系著發(fā)電工作效率。然而，設(shè)備在運行過程中難免會出現(xiàn)腐蝕、積鹽與結(jié)垢問題，嚴重影響發(fā)電安全。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計，因鍋爐出現(xiàn)結(jié)垢問題所引發(fā)的安全事故所占比例高達70%。與此同時，汽輪機的葉片上經(jīng)常會沉積蒸汽所攜帶的鹽分，長時間也會導致汽輪機發(fā)生安全事故。另外，結(jié)垢和鹽分沉積必然會導致設(shè)備逐漸被腐蝕，嚴重損壞設(shè)備機能。

1 發(fā)電廠熱力設(shè)備水垢分析

在20世紀六十年代，我國各發(fā)電廠多是用軟化水為熱力設(shè)備充當補給水，這種水硬度比較高，容易導致鍋爐設(shè)備出現(xiàn)嚴重的水垢問題。隨著科技的發(fā)展，除鹽水被用作補給水，這種水的硬度明顯比軟化水低，其中雜質(zhì)含量也少，應用效果比軟化水好。進入21世紀后，發(fā)電廠熱力設(shè)備組合零部件、機組參數(shù)與容量均有所改善，熱力設(shè)備水垢問題也發(fā)生了新變化[1]。

發(fā)電廠熱力設(shè)備所產(chǎn)生水垢屬于鍋爐水中雜質(zhì)在接觸管壁和受熱面上所形成的固體附著物，這種附著物并非某一種化合物所組成，而是含有多種化合物，具有復雜性。從水垢成分來看，鍋爐設(shè)備上所產(chǎn)生的水垢大致分為以下四種：一是鈣鎂水垢。如果鍋爐補給水中的硬度在持續(xù)增加，就會產(chǎn)生逐漸產(chǎn)生鈣鎂水垢。目前，作為補給水的除鹽水通常流動于密封狀態(tài)良好的冷凝器中，水質(zhì)純凈，雜物含量低，因而熱力設(shè)備一般很少產(chǎn)生鈣鎂水垢。

二是硅酸鹽水垢。如果熱力設(shè)備凝汽機存在泄露問題，所選用的補給水中含有較多的含硅化合物與鐵鋁化合物，當熱力設(shè)備處于高熱負荷狀態(tài)，容易產(chǎn)生硅酸鹽水垢，這種水垢難以清除，會嚴重損害設(shè)備機能。

三是氧化鐵水垢。近年來，熱力設(shè)備機組參數(shù)均有所提升，這在一定程度上加劇了氧化鐵水垢問題，這種水垢的主要成分是磁性氧化鐵。據(jù)調(diào)查了解，如果鍋爐參數(shù)高，容量大，熱負荷高，容易在管壁上產(chǎn)生氧化鐵水垢。

四是磷酸鹽銅鐵水垢。如果發(fā)電廠熱力設(shè)備存在泄露和破損問題，補給水中的雜質(zhì)含量較高，則會產(chǎn)生磷酸鹽銅鐵水垢。

從發(fā)電廠熱力設(shè)備產(chǎn)生水垢的部位來看，在過熱器、水冷壁的管壁、凝汽機、機組的集箱底部和節(jié)流孔圈、省煤器、循環(huán)水系統(tǒng)、高低壓加熱器、氣包中均會產(chǎn)生水垢。在發(fā)電廠熱力設(shè)備運行過程中，高溫蒸汽會對過熱器內(nèi)的熱量予以充分吸收，進而生成過熱蒸汽，這樣會使過熱器的管壁和在高溫高壓熱蒸汽流中流過的干過熱蒸汽直接接觸，誘發(fā)腐蝕問題，如果外在溫度波動較大，存在高熱負荷現(xiàn)象，就會產(chǎn)生氧化鐵水垢。

當代發(fā)電廠所配備的熱力設(shè)備機組的水冷壁內(nèi)部組合工質(zhì)溫度都比較高，其管壁上容易沉積水垢，如果不及時處理，水垢會越來越多，致使管壁出現(xiàn)環(huán)形裂縫或者橫向裂縫，嚴重時會引發(fā)爆管與火災事故。通常，水冷壁的管壁向火側(cè)的水垢程度必須高于背火側(cè)，以免引發(fā)嚴重事故。

如果凝汽機出現(xiàn)嚴重的水垢問題，會影響熱力設(shè)備機組與輔助設(shè)備運行效果。在凝汽機部件組合中，在水側(cè)的銅管更容易產(chǎn)生水垢，而且和冷卻水最先產(chǎn)生接觸的管壁水垢現(xiàn)象最嚴重，這是因為冷卻水的水質(zhì)并不穩(wěn)定，容易加劇水垢問題。

在熱力設(shè)備維護工作，不難發(fā)現(xiàn)機組的集箱底部和節(jié)流孔圈經(jīng)常出現(xiàn)水垢。主要原因是當代機組設(shè)備參數(shù)高、耗煤量低、容量大，融入了節(jié)能環(huán)保設(shè)施，配有先進的控制技術(shù)手段，提高了發(fā)電效率，具有經(jīng)濟性和節(jié)能性，所以運行速度快，水循環(huán)也會加快，補給水會迅速流入集箱的底部，途中經(jīng)過節(jié)流孔圈，長期下去，集箱的底部和節(jié)流孔圈就會產(chǎn)生水垢。

2 發(fā)電廠熱力設(shè)備積鹽問題

雖然當代發(fā)電廠會運用除鹽水來緩解水垢和積鹽問題，卻并未完全消除這兩種問題。從本質(zhì)上講，發(fā)電廠熱力設(shè)備積鹽問題是含有鹽分的蒸汽，在汽輪機組和過熱器的運行作用下出現(xiàn)沉積現(xiàn)象，其所沉積的鹽分有以下三種：一是硅酸鹽；二是鈉鹽；三是鐵鹽。其中，鈉鹽具有可溶解性，會混入補給水中，可細分為氯化鈉、磷酸鈉、硫酸鈉等。硅酸鹽和鐵鹽不可溶解，大多會沉積在過熱器管壁和汽輪機葉片上。

根據(jù)調(diào)查研究，熱力設(shè)備上所沉積的鹽分會隨著蒸汽參數(shù)的變化，以及溶解能力而發(fā)生改變，不同設(shè)備組合部件上沉積的鹽分含量與成分不盡相同，如汽輪機不同葉片上所沉積的鹽分含量各異。同時，熱力設(shè)備上所沉積的鹽分呈現(xiàn)出規(guī)律性，這主要體現(xiàn)在以下兩個方面：一方面在過熱器上所沉積的鹽分主要為鈉鹽，其主要原因是鈉鹽具有可溶解性，在過熱器中受到高溫與高壓的影響，不易溶解，因此會沉積。相比之下，過熱器中沉積的鈉鹽含量通常遠比飽和蒸汽內(nèi)的鈉鹽含量少。

另一方面，在汽輪機組內(nèi)部所沉積的鹽分包括硅酸鹽、鈉鹽和鐵鹽。在汽輪機的不同葉片上，所沉積的鹽分含量與種類不盡相同。在高壓和中壓級別的葉片上，所沉積的鹽分以鈉鹽為主；在低壓級葉片上，沉積鹽分主要是硅酸鹽、鐵鹽。

在熱力設(shè)備運行過程中，有一部分鹽類會隨著蒸汽流經(jīng)不同組合設(shè)備，最終隨著凝結(jié)水進入鍋爐，另一部分是在蒸汽流程中瞬間沉積中熱力設(shè)備中。從積鹽分的主要部位來看，過熱器和汽輪機組中沉積的鹽分最多，同時蒸汽管道、再熱器、集汽聯(lián)箱中也會沉積鹽分。在過熱器中，鹽分沉積現(xiàn)象較為普遍。飽和蒸汽被分離出汽水分離器之后，最先會進入過熱器，而飽和蒸汽中所含有的一部分鹽分，會在受到過熱器內(nèi)加溫加壓的作用后發(fā)生沉積，從而增加過熱器中的鹽分含量。如果不及時處理，積鹽現(xiàn)象愈演愈烈，就會使過熱器管在瞬間發(fā)生超溫爆管事故，因此必須加以重視。

在汽輪機中，葉片上的積鹽量較多。蒸汽在受到過熱器的加溫加壓作用后，必然會產(chǎn)生過熱蒸汽，然后會經(jīng)過主蒸汽的管道成功轉(zhuǎn)入汽輪機并開始做功。這樣過熱蒸汽會在汽輪機中進行擴容，使壓力溫度在短時間內(nèi)驟降，溶解于蒸汽中的鹽分和金屬腐蝕產(chǎn)物會因此在汽輪機的葉片和汽缸中有所沉積。當前，隨著我國汽輪機設(shè)計技術(shù)與加工技術(shù)的升級與改善，因為發(fā)電運動所導致的葉片斷裂現(xiàn)象也大幅度減少，然而如果蒸汽質(zhì)量低下，造成嚴重的鹽分沉積問題，就會滋生葉片事故，這種現(xiàn)象也時有發(fā)生。

3 發(fā)電廠熱力設(shè)備腐蝕問題

從腐蝕類型來看，發(fā)電廠熱力設(shè)備腐蝕問題主要分為以下三種：一是氧腐蝕；二是酸腐蝕；三是鍋爐介質(zhì)造成的濃縮腐蝕。在發(fā)電廠熱力設(shè)備運行過程中，氧腐蝕頗為常見，在整個設(shè)備運行與停止期間均會發(fā)生。出現(xiàn)這種腐蝕問題的原因是，熱力設(shè)備表面材料的電化學性質(zhì)并不均勻，使設(shè)備微電池發(fā)生了電化學反應，一旦該反應產(chǎn)生的物質(zhì)堵塞了腐蝕部位，就會使電池處于閉塞狀態(tài)，進一步加劇腐蝕問題。實踐研究表明，在鍋爐停運過程中，鍋爐設(shè)備、凝汽機、加熱器和汽輪機等組合設(shè)備均有可能出現(xiàn)停用腐蝕問題，較為常見的現(xiàn)象是，過熱器的下部彎頭以及加熱器的停用積水處會出現(xiàn)氧腐蝕。在國內(nèi)發(fā)電廠，因為氧腐蝕引發(fā)的設(shè)備損壞和爆管事故不少，不僅給發(fā)電廠帶來重大損失，而且嚴重威脅工作人員的生命安全。

酸腐蝕具有酸性特征，在熱力設(shè)備中所應用的工質(zhì)并不完全純凈，一旦有雜質(zhì)進入熱力設(shè)備，受到高溫高壓作用的影響，就會分解出有機酸、二氧化碳與其他強酸物質(zhì)。其次，如果凝汽機存在泄露問題，離子交換樹脂發(fā)生破碎，就會導致補給水中進入酸性物質(zhì)，在熱力系統(tǒng)運行中，酸性物質(zhì)與熱力設(shè)備會直接接觸，導致金屬表面的氧化膜被破壞，金屬因此大面積受損，鍋爐、給水系統(tǒng)和汽機會嚴重受到酸腐蝕。

鍋爐介質(zhì)造成的濃縮腐蝕是指某些介質(zhì)因為濃縮會產(chǎn)生大量的濃酸或者堿，導致鋼材料表面的保護膜被破壞，致使鍋爐爐管的某些部位受到濃酸或者堿的嚴重腐蝕。在熱力設(shè)備正常運作中，無氧鍋水和鋼材料的表面發(fā)生直接接觸進而產(chǎn)生反應，會在金屬表面生成良好的四氧化三鐵雙層結(jié)構(gòu)，起到保護作用。相比之下，結(jié)構(gòu)內(nèi)層具有連續(xù)性和密封性，可以防腐蝕；而結(jié)構(gòu)外層通常多孔，附著性較差，無法起到保護層的作用，這一點不容忽視。其次，如果在水冷壁管出現(xiàn)介質(zhì)濃縮腐蝕問題，沉積物、稀鍋水、濃鍋水不易對流，就會產(chǎn)生濃縮膜，加劇了腐蝕問題。同時，如果鍋爐存在水垢問題，也會引發(fā)濃縮腐蝕問題。

4 解決對策

4.1 做好設(shè)備維護管理工作

解決發(fā)電廠熱力設(shè)備水垢、積鹽和腐蝕問題，必須全面做好熱力設(shè)備維護管理工作，定期對設(shè)備進行檢修，消除水垢和積鹽，修復被腐蝕的部位。當前，應借助信息自動化技術(shù)構(gòu)建發(fā)電廠熱力設(shè)備系統(tǒng)監(jiān)控平臺，運用該平臺收集鍋爐機組系統(tǒng)自動化運行信息，及時對信息進行整合與分析，做好發(fā)電廠熱力設(shè)備運行監(jiān)測工作，根據(jù)信息分析結(jié)果控制好系統(tǒng)運行參數(shù)，如果發(fā)現(xiàn)異常問題后立刻進行修復，及時清除設(shè)備內(nèi)的水垢、鹽分與其他雜物，做好被腐蝕設(shè)備修復工作，這樣不僅有助于確保熱力設(shè)備系統(tǒng)運行安全，而且能夠進一步提升發(fā)電效益。

從當代發(fā)電廠熱力設(shè)備系統(tǒng)自動化發(fā)展趨勢來看，我國較為重視設(shè)備系統(tǒng)安全運維管理工作。對于熱力設(shè)備系統(tǒng)來說，安全設(shè)備控制系統(tǒng)是對整個系統(tǒng)運行實施安全控制，這種控制系統(tǒng)有以下三項基本功能：一是安全通信控制功能；二是安全信息保護控制功能；三是數(shù)據(jù)實時傳輸功能。為了確保發(fā)電廠熱力設(shè)備系統(tǒng)運行安全，需要做好安全信息管理工作，健全數(shù)據(jù)生成系統(tǒng)，做好各方面的安全維護管理工作，不斷提高熱力設(shè)備控制系統(tǒng)的安全度，改善其相關(guān)性能。

與此同時，發(fā)電廠應做好熱力設(shè)備系統(tǒng)備件管理工作，因鍋爐機組設(shè)備組合零部件較多，內(nèi)部結(jié)構(gòu)精密、復雜，如果備件不足或者某一零部件因為水垢、鹽分和腐蝕問題出現(xiàn)了故障，必然會導致整個系統(tǒng)運行受到負面影響。因此，必須重視完善備件管理體系，發(fā)現(xiàn)某一零部件出現(xiàn)問題后必須用新的備件來替換。在熱力設(shè)備系統(tǒng)運維工作中，維修技術(shù)人員應注意對設(shè)備的細節(jié)保養(yǎng)方案進行全面優(yōu)化，做好細節(jié)性維護工作，借助遠程監(jiān)控技術(shù)對系統(tǒng)設(shè)備的運行狀態(tài)和參數(shù)的變化情況進行全面監(jiān)督。

4.2 引入低溫余熱回收技術(shù)

運用低溫余熱回收技術(shù)是發(fā)電廠必須考慮的問題，對低溫余熱進行回收并合理循環(huán)使用方能降低能耗，緩解水垢、積鹽和腐蝕問題，落實節(jié)能減排理念，提高發(fā)電效益。從低溫余熱回收使用類型來看，大多數(shù)發(fā)電廠通常會采用兩種回收利用方式：第一種，同級回收利用。第二種，升級回收利用。前者是直接會在間接回收利用低溫余熱來代替高位熱源或者中位熱源來滿足不同用戶相應的需求，這樣不僅可以避免使高位熱源和中位熱源產(chǎn)生的過大溫差，控制能量傳遞損失問題，避免剩余的蒸汽、凝結(jié)水、加熱爐的煙氣、剩余的干氣以及分餾塔側(cè)線加劇水垢、積鹽和設(shè)備腐蝕問題，與節(jié)能降耗理念相符[2]。圖1是低溫余熱回收技術(shù)結(jié)構(gòu)圖。

圖1 低溫余熱回收技術(shù)結(jié)構(gòu)圖

4.3 優(yōu)化水處理工藝

如果鍋爐給水工藝處理不當，就會加劇水垢問題和腐蝕問題，因此發(fā)電廠要注重優(yōu)化水處理工藝，改善爐外給水處理技術(shù)措施，優(yōu)化爐內(nèi)水處理工藝，提高循環(huán)冷卻水處理水平，降低給水溶解氧含量，確保凝汽機換熱效率能處于正常狀態(tài)。與此同時，要注意對凝結(jié)水進行精處理，避免機組結(jié)垢[3]。

5 結(jié)語

綜上所述，解決發(fā)電廠熱力設(shè)備水垢、積鹽和腐蝕問題，必須全面做好熱力設(shè)備維護管理工作，改善發(fā)電技術(shù)，全面優(yōu)化水處理工藝。