某燃机电厂凝汽器结垢原因分析及防范措施

2018-03-21高强生

综合智慧能源 2018年2期

高强生

(浙江浙能技术研究院有限公司，杭州 311121)

0 引言

某燃机电厂共安装3台400 MW燃气蒸汽联合循环机组，其#3机组配置N-10832型、单壳体、双流程、表面式凝汽器。凝汽器A，B上下布置，该凝汽器由接颈、壳体、水室和热井构成，皆为碳钢焊接结构，凝汽器放置在多轴承座的基板上。凝汽器轴向安装于汽轮机之后，汽轮机排出的蒸汽水平轴向排入凝汽器。凝汽器壳体内的冷却面积为10 832 m2，共有管束10 606根，其规格为ø28 mm×0.5 mm和ø28 mm×0.7 mm两种，长度为11 600 mm，管子材料为Ti；冷却水体积流量为24 385 m3/h，额定温升下管内流速为2.23 m/s。

凝汽器前后水室均为由钢板卷制成的弧形结构，前水室为2个独立腔室，上部水室为出水室，下部水室为进水室，后水室为1个腔室，循环水经过进口到达下部进水室，流经第1组管束，并在后水室转向，以相反方向流经第2组管束，又回到上部出水室，经出口管道流出。前后水室与端管板均采用法兰连接，为保证一定的传热系数和防止杂物沉积，凝汽器冷却管采用胶球清洗装置清洗。

1 凝汽器结垢现场检查、分析

该厂#3机组于2016年3—5月进行了一次检修，当时检查凝汽器水室未发现结垢情况。2017年5月再次停机检查，发现凝汽器前水室上部出水室端板及侧板结垢严重，厚度达3～4 mm，结垢物和凝汽器板面结合并不紧密，采用敲击或撬的方法均能造成结垢大面积脱落，部分管束内部也有结垢，如图1所示。发现该情况后，厂里安排对凝汽器下部进水室和后水室进行开人孔门检查：下部进水室及后水室内端板、侧壁及钛管均未发现结垢现象，如图2所示。凝汽器换热管道结垢会影响凝汽器换热效率，必然影响机组运行的经济性和安全性。

图1 凝汽器上部出水室钛管结垢情况及垢样

图2 凝汽器下部进水室、后水室端板无结垢现象

1.1 结垢部位分析

结垢主要分布在上部出水室(端板、侧板)及出水管道，而下部进水室及后水室管口、端部均未见结垢现象，且管口清洁。同样都浸泡在循环水中，只有出水室出现结垢，说明出水室内水质条件发生了根本变化，而出水室循环水的主要变化是温度变化。

1.2 管口清洁度比较分析

现场观察发现，并不是所有凝汽器钛管都结垢，中间部分区域管口内相对清洁，说明凝汽器胶球清洗装置具有较好的清洗作用，而靠上部及外围部分管道由于水流没有将胶球带入管道，造成管道内部结垢相对严重。

1.3 成分分析

通过取垢样分析，得出其主要为碳酸钙硬垢，见表1。分析过程中使用盐酸对垢样进行浸泡时，出现大量气泡，如图3所示。

表1 机组凝汽器垢样成分分析 %

图3 垢样使用盐酸浸泡反应

2 运行情况及运行数据

2.1 运行数据

该电厂于2015年进行了废水零排放改造。废水零排放设备投运以前，循环水补充用水一直使用河水；2015年6月废水零排放设备投运后，主要使用废水零排放设备处理后废水作为循环水补充水，在2～3台机组同时投运、零排放设备处理后废水量不够的情况下，以河水作为应急补充水。查看2016年5月#3机组检修后至2017年5月的水质报告，补充水硬度最大值为1.53 mmol/L，电导率最大值为564 μS/cm；#3机组循环水pH值控制在6.81～8.53，硬度最大值为7.14 mmol/L，电导率最大值为2 120 μS/cm，水质指标尤其是硬度指标能满足<10 mmol/L 的控制要求。另外，2016年6—8月循环水浓缩倍率偏高，3个月合计运行35 d。2016年5月至2017年5月，#3机组循环水、浦阳江水及废水零排放出水水质指标见表2。

2.2 阻垢剂加药情况

2016年5月检修后至今，#3机组共使用了2个阻垢剂厂家(分别称为A厂、B厂)提供的不同阻垢剂。

2017年1月之前使用的是低磷阻垢剂，根据2014年11月A厂提供的调试报告，补充水中添加9 mg/L药剂，系统可维持电导率浓缩倍率在5～6倍下安全、稳定运行，且控制循环水中总磷不大于1.5 mg/L。该电厂实际加药量按补充水中添加10 mg/L控制，日常运行中每台机组加阻垢剂50 kg/d，循环水总磷按1.5 mg/L以下控制。经统计计算，2016年加药量统计与加药记录统计量吻合。

检查循环水有机磷检测指标，发现2016年2月开始一直到2016年8月，#3机组循环水中有机磷含量偏低，长期运行在0.01～0.14 mg/L之间，而且#4，#5机组同样存在有机磷含量低的现象。2017年4月更换阻垢剂厂家(B厂)之后，投药方式按补充水中10 mg/L控制，循环水有机磷含量才恢复正常水平。

2.3 机组运行天数

从2016年5月至2017年5月，#3机组总运行天数为72 d，2017年4月至停机检修运行天数为6 d。

3 结垢原因分析

3.1 温度的影响

结垢主要分布在上部出水室(端板、侧板)及出水管道，而下部进水室及后水室管口、端部均未见结垢现象，且管口清洁，说明此次结垢主要是循环水温度变化造成的。在循环水进口侧，温度低，碳酸钙还不会从水中析出，当循环水进行热交换后，出水温度上升，碳酸钙溶解度下降[1]，促使水垢从水中析出。查看不同负荷段的循环水进出口温度，其进出口温差在13～14 ℃。所以，循环水的温度变化是造成结垢的直接原因。

3.2 循环倍率的影响

循环水在实际运行条件下，都有一个不结垢的碳酸盐硬度最大值(即极限值)，称为极限碳酸盐硬度，当碳酸盐硬度大于极限碳酸盐硬度时，水就会结垢。2016年年初至12月相当长的时间段内，循环水中阻垢剂有效含量偏低(低于0.1 mg/L)甚至没有，阻垢剂未起到应有作用，而此时循环水浓缩倍率在6～7倍之间。所以，循环水中碳酸盐硬度达到循环水出水温度条件下的极限碳酸盐硬度[2]，是水垢形成的根本原因。

3.3 阻垢剂浓度的影响

查询运行加药操作，加药量都正常，因此药剂可能存在问题。A厂2015年年底提供了最后一批阻垢剂，电厂在入库时未进行取样化验或送检，在使用该批药品后，3台机组循环水有机磷均大幅度下降到0.1 mg/L以下，无法有效阻垢，因此，药品有效成分不足是系统结垢的主要原因。

4 处理措施

针对目前#3机组凝汽器2个水室存在的结垢现象，考虑检修时间紧，不具备进行化学清洗的条件，故采用物理清洗的方法即进行人工除垢，端板及侧板部位均能清理得较干净；钛管内部的结垢尝试采用高压水枪冲洗等方式处理，并采用防结松散剂或稀酸喷洒，令其疏松后再进行水冲洗。

5 防范措施

5.1 做好药品入厂检验工作

循环水中阻垢剂有效成分长时间未检测出，可能与阻垢剂产品质量有关，但厂里对阻垢剂入厂没有进行必要的检验检测，导致无法追溯原因。

5.2 循环水控制策略的更改

添加阻垢剂是防止循环水结垢的有效手段，但阻垢剂的阻垢效果除与其用量有关外，还与水温和水质有关，随水温、碳酸盐硬度以及pH值的增加，其阻垢效果下降。任何阻垢剂都受到阻垢能力的限制，当循环水浓缩倍率过大，以至水中碳酸盐硬度超过它的允许值时，仍然会有CaCO3垢生成。循环水控制策略是根据阻垢剂厂家提出的要求进行控制的，应综合考虑循环水温度、pH值、浓缩倍率、补充水水质、阻垢剂加药量等多方面因素[3]，设置合理的控制策略。循环水补充水质变化后应及时改变控制策略，该厂在2015年6月投运废水零排放系统，循环水补充水由江水改为零排放预处理后废水，水质发生变化，主要指标如电导率、硬度、碱度等都发生变化，阻垢剂厂家应根据水质变化情况重新制订控制策略，但厂家未提供更改的控制策略。