锅炉炉管结垢率与水汽质量合格率的关系初探 - 大将军王电厂化学的日志 - 网易博客

华东电力试验研究院 赵凤娟

摘要 

本文阐述了近十年来上海火电厂水汽质量合格率的提高过程。分析了300Mw机组水冷壁的结垢率与水汽合格率的关系，初步探讨了水汽合格率高，结垢率也高的原因。提出了用水汽指标的期望值进行考核的设想，以努力降低水汽系统腐蚀结垢为化学监督的首要任务。

关键词  水汽质量   给水   炉管结垢率  化学监督

1．前言

   近十年来，上海的电力事业得到了飞速的发展。总装机容量从1990年的468.67万千瓦、发电量243 .04亿千瓦时，发展到2000年总装机容量为900.8万千瓦，发电量503亿千瓦时。装机容量增长了1.9倍，发电量增加2.07倍。新增300MW及以上火电机组11套，为上海的国民经济发展，提供了有力的保障。随着大量大机组的投运，水处理技术也获得了发展。经过广大电厂化学工作者的努力，基本探索出一整套适用于300MW及以上机组的水处理技术。机组的水汽质量合格率逐年提高，锅炉受热面的腐蚀结垢速率也有了一定程度的降低。但离国际先进水平还有相当的距离。存在的普遍现象是：机组的水汽质量合格率已比较高，同时锅炉炉管的结垢率也比较高。这种“两高”现象的产生，究竟是什么原因，本文从化学监督水汽质量合格率的角度探究原因，以寻找解决问题的方法。

2． 水汽质量的提高

    电厂化学监督的主要任务是保证发电设备安全、经济、稳定运行。作为化学监督主要内容的电厂水汽质量合格率是反映电厂水汽质量的重要指标。图1统计了从1990年至1999年上海电力公司水汽质量合格率。

图中，合格率1指上海电力公司所有发电机组的水汽质量合格率；合格率2指上海电力公司300MW及以上机组的水汽质量合格率。从图中可知，从1991年至1999年，上海电力公司水汽质量合格率逐年上升，从1995年起，全公司水汽质量合格率每年都大于99%。特别是公司300MW及以上机组，水汽质量合格率由96.8%提高至99.5%，且连续三年（1997、1998、1999）保持水汽质量合格率大于99.5%。取得这样的成绩，是广大电厂化学工作者努力的结果。总结十年的工作，我们的体会是：

2.1     建立了一个以厂总工程师为责任人的化学监督网络，从组织上保证化学监督工作的落实。由于化学监督涉及面广，特别是300MW机组水汽系统化学监督工作是一项多专业、多层次的系统工程，由总工程师牵头，有利于发挥非电厂化学专业人员的作用，做好化学监督工作。

2.2    及时修订、制订了化学监督技术标准、规范，做到以法监督。如修订《华东电管局化学技术监督条例》，制订《上海市电力局化学技术监督实施细则》。

2.3     加强了基建过程的化学监督，实施从机组的安装、调试、试运、投产的全过程技术监督。

2.4           重视热力设备停用保护。依托科研单位开发新的防腐缓蚀剂。

2.5      加强水汽系统薄弱环节的控制。如两器溶解氧；给水铁、铜及辅助系统的水处理。

2.6   举办总工程师研讨班和下厂培训。提高化学监督队伍的整体素质。

3. 水汽质量合格率与炉管结垢率

   化学监督要能反映水汽质量的真实情况。能揭示生产存在的问题，以便能及时采取对策或措施。水汽质量合格率是反映水汽质量符合运行规范或控制标准的程度。按理是能反映出水汽质量的真实情况。

    但事实并非如此。表2列出上海电力公司300MW机组1993年至2000年全公司水汽质量合格率、厂水汽质量合格率、给水质量合格率与锅炉炉管结垢率的数据。锅炉炉管结垢速率的评价标准见表1。

由表2可以看出：尽管公司的水汽质量合格率、厂水汽质量合格率及给水质量合格率在不断提高，但在机组大修中发现炉管的结垢率仍然较高。个别机组2000年炉管结垢率仍达到118.5g/m2.a。对照表1的评价标准，全公司大部分的机组处于二、三类水平。

    为什么炉管的结垢速率高低未能在水汽质量合格率中反映出来。因为它们的相关性太小，其原因有：

2．  1给水Fe含量在水汽合格率中权重小

     给水的Fe含量是反映铁的溶解腐蚀物Fe（OH）2多少。也是反映锅炉腐蚀产物沉积倾向的一个重要指标。因此它是可以动态跟踪锅炉（水冷壁）结垢速率的高低。但在水汽合格率中，给水Fe含量的合格率仅占整个机组水汽合格率的1/70。

水汽质量通常包括7个方面：即补给水、凝结水、除氧水、给水、炉水、蒸汽和内冷水。给水质量标准又由硬度、溶解氧、铜、铁、钠、二氧化硅、电导（阳离子交换后）、PH、联氨和油十个指标组成。作为考察炉管结垢速率指标之一的给水Fe仅占给水质量标准十分之一。若给水Fe合格率分别为50%和90%，假设其余指标均为100%，则给水合格率分别为95%和99%，整台机组的水汽质量合格率为99.28和99.85。由此而见，给水Fe合格率相差40%，而在整台机组的水汽质量合格率上相差仅为0.57%。给水Fe合格率在水汽质量合格率中占的权重太小。应在给水Fe合格率上乘以权重系数或进行单独考核，来提高给水Fe合格率在水汽质量合格率中的权重，提高水汽合格率与炉管结垢率的相关性。

3．2 给水取样的局限性

    在炉前系统的条件下，碳钢表面的氧化膜形成分为二步：

Fe2+ +20H-      Fe（OH）2

3 Fe（OH）2       Fe 3O4+H2+2H2O

    由于这是个动态平衡。因此给水中Fe含量包括两个部分：一是溶解的Fe2+，二是颗粒铁（Fe3O4）。当碳钢表面的氧化膜遭到破坏，尤其是高压加热器，一旦发生流速加速腐蚀（FAC），给水中颗粒铁较不发生FAC为大。而现行取样方法，由于同时安装在线仪表，样水都经过了过滤，使水样中颗粒铁都被滤掉，水样中Fe仅是溶解铁的反映。事实上颗粒铁更易在热负荷表面沉积。建议机组设计时充分考虑这一点。

下面的例子说明了取样的局限所带来的影响。某电厂有2台600MW机组，原先采用AVT处理，水冷壁结垢率96.7--103g/m2.a，采用CWT以后，水冷壁结垢率为21--27 g/m2.a。采用这两种水处理工况后，给水Fe含量变化如下表。

由上表，锅炉的结垢速率从96.7--103g/m2.a，降为21--27 g/m2.a，降低了75%。而给水Fe含量的变化不足1.0ug/L。

3．3给水Fe标准

     现行国标（GB/T12145--1999）对压力大于15.7Mpa汽包炉给水Fe标准为≤20ug/L，直流炉给水Fe标准为≤10ug/L，并没有设定期望值。但国外的一些水汽质量标准却设定了期望值。以VGB为例，大于68bar的机组给水Fe含量标准值为<0.020mg/L，正常运行值（期望值）为0.010mg/L。若以0.01mg/L进行给水Fe单独考核，则给水Fe的合格率大大下降。表4为三家电厂6台300--350MW机组给水Fe含量、给水Fe合格率与水冷壁结垢速率的统计结果。表5为6台机组的概况。

由表4，采用期望值Fe≤10ug/L进行考核，最低合格率仅为10%。而以Fe≤20ug/L进行考核，除宝钢电厂#2机合格率为80%，其余机组合格率均为100%。图2更能直观反映出期望值合格率与结垢率的关系。

图中，期望值合格率与炉管结垢率成反比关系。期望值合格率愈高，炉管结垢率愈低。

因此，建议采用期望值考核的办法。由电力公司对每个电厂的给水Fe订出一个期望值（正常运行控制值），或者由电厂根据生产实际订出一个期望值，运行时严格按照期望值进行控制。提高期望值的合格率，降低炉管结垢率。

4． 防止和减少“两高”的措施

4.1 化学监督要以努力降低热力系统的腐蚀结垢为首要任务。加大对给水铁的考核力度，如采用期望值考核，采用对给水铁增加权重的办法，也可采用单独考核的办法，提高给水铁与炉管结垢率的相关性。同时结合新国标，对其它水汽质量指标也按期望值进行控制，使水汽质量合格率真正体现机组的污脏程度。

4.2 由表5可知,设有凝结水精处理的机组,其炉管结垢率明显低于无精处理机组。凝结水精处理装置并不是“可有可无”，建议新建电厂一定要配置。对已运行的无凝结水精处理装置的机组，可考虑添置凝结水除铁设备。如除铁过滤器、覆盖过滤器和树脂粉末过滤器等。

4.3 开展流速加速腐蚀（FAC）的研究和亚临界汽包炉给水加氧处理的研究，进一步探索降低炉管结垢率的途径。

4.4 进一步提高除氧器、凝汽器的溶解氧合格率，防止凝汽器的泄漏。重视热力设备停用保护和机组启停阶段的水质控制。