亚临界锅炉汽水化学工况优化的探讨

1．1　炉水中盐的临界质量浓度　　机组在正常运行下，汽包的压力维持在16．0～17．8 MPa，锅炉蒸发量维持在860～1001 t／h，电负荷维持在260～300 MW，汽包水位维持在（0±20）mm。锅炉连续排污和定期排污全部关闭72 h，因为补给水的水质好且此阶段凝汽器无泄漏现象，炉水中钠和二氧化硅的质量浓度上升不明显。 　　利用锅炉磷酸盐加药系统，向锅炉加入钠盐和硅酸盐以提高炉水中钠和硅的质量浓度，确定能维持蒸汽品质合格的炉水中盐的最大质量浓度。炉水中盐的质量浓度（以二氧化硅计）与蒸汽中硅的质量浓度如图1所示。由图1可见，蒸汽品质随炉水中盐的质量浓度的增大而不断变差，炉水中硅的质量浓度在250～350μg／L时，可以保证蒸汽品质合格。 　　1．2　蒸汽的溶解携带 　　1．2．1　蒸汽硅酸盐溶解携带 　　随着压力的增大，饱和蒸汽也象水那样能溶解某些物质。饱和蒸汽溶解物质的能力可用分配因数来表示，在实际工作中，常用溶解携带因数来表示饱和蒸汽的溶解能力。 　　硅酸的溶解携带KSiO2按下式计算： 　　从水解平衡式可知硅酸的携带因数随炉水pH值的增大而减小。由于锅炉的运行参数不同，其溶解携带因数也不一样，所以，通过热化学试验可以测出对硅酸的溶解携带因数。 　　炉水的p H值在9．0～9．5之间，汽包压力在16．0～18．4 MPa时，饱和蒸汽的硅质量浓度与炉水的硅质量浓度如图2所示。利用回归法计算图2直线斜率，得KSiO2＝8．7％。 　　1．2．2　蒸汽磷酸盐溶解携带 　　磷酸盐在蒸汽的溶解携带非常小，其汽水分配因数随压力变化而变化。2号锅炉汽包运行压力在14．0～18．5 MPa，磷酸根的分配因数为0．2×10－4～1×10－4左右。由于蒸汽中磷酸根的质量浓度非常低，因此采用浓缩方法测定，即先将饱和蒸汽的水样浓缩后再检测。试验结果：当炉水中磷酸根的质量浓度为0．5～3 mg／L时，饱和蒸汽的磷酸根质量浓度约为4～20μg／L。 　　炉水进行磷酸盐处理的主要目的是将进入炉水的钙镁离子形成水渣，利用锅炉的排污使水渣排走。蒸汽总要按一定比例携带磷酸根，因此，在凝汽器不泄漏的情况下尽量少加磷酸盐，以防止汽轮机结磷酸盐垢。 　　2　锅炉运行工况对蒸汽品质的影响的试验 　　2．1　锅炉负荷及负荷变化速度对蒸汽品质影响 　　汽包水位维持在（0±20）mm，锅炉负荷按额定负荷的70％，80％，90％和100％4种情况变化，同时分别以30 t／min，60 t／min和90 t／min的速度改变锅炉负荷。蒸汽品质的变化如图3所示。 　　锅炉汽包压力是随机组负荷变化的，机组负荷为额定负荷的100％时，锅炉汽包的压力为18．44MPa；当机组负荷为额定负荷的50％时，锅炉汽包的压力约为14．0 MPa。由于机组负荷低时汽包压力也低，蒸汽的溶解携带少，在汽水分离效果相同的条件下，如果满负荷时蒸汽品质合格，则低负荷时也能合格，这与试验结果相一致。 　　试验结果：机组负荷在额定负荷的70％～100％的范围内，稳定在某个负荷运行时对蒸汽品质无明显影响，负荷变化速度在10 MW／min时对蒸汽品质无明显影响，负荷变化速度在30MW/ min时对蒸汽品质有影响，饱和蒸汽的二氧化硅质量浓度从13.4μg／L上升至14.35μg／L，钠的质量浓度从0．73μg／L上升至0．87μg／L，过热蒸汽的二氧化硅质量浓度从12．6μg／L上升至14．36μg／L，钠的质量浓度基本不变。 　　2．2锅炉汽包水位及汽包水位变化对蒸汽品质的影响 　　在机组负荷维持300 MW左右，炉水采用磷酸盐加药处理，连续排污全部关闭的条件下，当炉水中二氧化硅质量浓度在250～360μg／L时，汽包水位及水位变化速度对蒸汽品质的影响见图4。 　　汽包水位在－75～＋100 mm范围时，稳定的水位对蒸汽品质无明显的影响。汽包水位的变化速度在30 mm／min以下时，对蒸汽品质也无明显的影响。 　　3　试验结果分析和结论 　　3．1　汽水分离效果 　　蒸汽的污染是由炉水水滴携带（机械携带）和炉水中的杂质溶解在蒸汽中而造成的。为了减小机械携带所造成的蒸汽污染，本锅炉的汽包内设有旋风分离器、波形板分离器和汽水清洗装置等，当汽水分离装置有缺陷或者锅炉运行不正常时，机械携带就会增加。除此之外，影响汽水分离效果的主要因素有炉水浓度、汽包水位和锅炉负荷。在汽包水位和炉水中盐的质量浓度过高时，汽包压力的剧变（负荷的快速变动）也容易使汽水分离效果变差，污染蒸汽。 　　试验结果表明，只要给水水质合格，炉水的硅质量浓度分别控制在300μg／L以下就能保证蒸汽的品质合格。汽包水位在－75～＋100 mm，汽包水位的变化速度在30 mm／min以下，锅炉负荷变化速度在90 t／min以下时，汽水分离效果良好。 　　3．2　锅炉排污 机组在正常运行时，炉水中硅和钠的质量浓度低于试验得出的允许值，说明平时锅炉的排污过大，增加了汽水损失。在试验过程中，在连续排污门、定期排污门都关严的情况下，锅炉炉水中硅和钠的质量浓度浓缩速度小。实际上，只要锅炉给水的硅质量浓度不大于20μg／L（绝大部分时间小于15μg／L），凝汽器不泄漏，即使锅炉连排门全关，蒸汽品质都能在长时间保证合格。但为了降低炉水中铁的质量浓度和水冷壁的结垢速度，总排污率控制在0.3％～0.5％，定期排污周期控制为24 h。 　　3．3　炉水运行控制指标 　　a）当炉水采用磷酸盐处理时，锅炉炉水允许的硅质量浓度为300μg／L。在机组正常运行时，炉水的硅质量浓度控制在250μg／L以下。 　　b）汽包水位控制在－75～＋75 mm的范围内，汽包水位变化速度小于30 mm／min。 　　c）在负荷的稳定或负荷以10 MW／min的速度变化的工况下，蒸汽品质较稳定，基本不受负荷的影响；当机组负荷以30 MW／min的速度变化时，蒸汽品质有明显变化，饱和蒸汽的钠质量浓度、硅质量浓度有所上升，但仍在合格范围内。因此，机组负荷变化速度控制在小于30 MW／min的范围内。 　　d）在额定负荷下蒸汽大约按炉水浓度的0．01％携带磷酸根，为了防止过热器和汽轮机结磷酸盐垢，在机组正常运行时，炉水中的磷酸根质量浓度最好维持在低限。在凝汽器不泄漏的情况下，炉水中磷酸根的质量浓度控制值为0．3～1 mg／L。