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350MW机组饱和蒸汽品质的研究

发布时间：2011/4/29 阅读次数：1488 字体大小: 【小】【中】【大】

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350MW机组饱和蒸汽品质的研究

广深沙角B电厂（广东东莞 523937 ）高和利邱万方

[摘要] 沙角B电厂1号机饱和蒸汽在升负荷时Na⁺浓度时常超标，表明存在饱和蒸汽带水。通过对饱和蒸汽带水的各种可能因素的分析，认为汽包内部结构及安装存在缺陷的可能性较大，最终在大修中发现了汽包内部的缺陷，并加以解决。大修启机后的运行实践证明饱和蒸汽带水问题得到了圆满的解决。

[关键词] 饱和蒸汽带水汽包结构及安装缺陷

1、问題的提出

沙角B电厂装机容量为2×350MW，全套引进日本设备，锅炉为日本石川岛播磨制造的IHI--SR型单汽包自然循环亚临界锅炉，设计最大蒸发量为1070 t/h，过热器出口温度为541℃，过热器出口压力为17.25 MPa，再热器出口温度为541℃，过热器出口压力为3.36 MPa。从多年运行数据分析说明，1号机饱和蒸汽品质与2号比较相对较差，主要表现在从200 MW开始加负荷运行时，Na⁺离子浓度超标（如图1所示），对锅炉及机组的安全经济运行产生不良的影响。电厂曾两次（1993、1996）调整过汽包运行水位，在一定程度上缓解了蒸汽品质问题，但未能根本解决。

图1 饱和蒸汽钠测定--大修前（2000。6）
沙角B电厂的锅炉补水采用除盐水，制水流程为：生水---沉淀池---机械搅拌澄清池--砂

滤器---活性碳过滤器---阳床---除碳器---阴床---混床。除盐水控制标准为：导电率＜0.2 us/cm ，SiO₂＜20 ug/l，Na⁺离子＜10 ug/l，其指标合乎国家标准，况且我厂水处理运行时，其水质远远好于此标准。凝汽器材质为钛管，未发生海水泄漏事件，炉水含盐量也优于国家标准。由于饱和蒸汽的溶解携带具有选择性，而Na⁺被溶解携带的量非常小，大部分是通过机械携带，即蒸汽携带水滴一齐进入锅炉过热器、汽轮机。机组在93年、96年及2000年大修时，都发现在汽轮机高压缸叶片上有较多的磷酸盐垢，证实了饱和蒸汽有携带炉水的现象存在。饱和蒸汽携带炉水进入过热器，炉水在过热器中吸热蒸发；且水中杂质析出在过热器管壁结盐垢，使传热效率下降。2000年1号机大修，我们在顶棚过热器前段割管检查（饱和蒸汽从汽包出来首先进入顶棚过热器），发现管底积有一层垢，也同样证实了饱和蒸汽带水。饱和蒸汽带水，不但会造成蒸汽温度低，而且水中杂质析出后，要么沉积在过热器管内影响传热，要么被带到汽轮机，冲击汽轮机叶片，造成斑点腐蚀，这都影响了机组的安全经济运行。

表1：2000年1号机大修汽包、高压缸叶片及顶棚管垢样成分分析（酸溶）：

垢样名称	颜色	Fe₂O₃	Na₂O	P₂O₅	SiO₂	CuO
汽包样	黑色	95.6	0.15	2.27	0.01	0.022
顶棚管垢样	黑色	51.42	0.28	2.91	0.065	0.063
高压缸2级叶片	砖红色	19.71	33.96	38.11	0.064	0.19
高压缸4级叶片	浅砖红色	8.57	38.55	39.23	0.065	0.12
高压缸5级叶片	土黄色	3.43	38.55	38.26	0.054	0.61
高压缸7级叶片	灰绿色	7.14	37.74	36.62	0.062	2.52

2、饱和蒸汽带水的原因分析

饱和蒸汽带水，一般受以下几个因素影响：

2.1 锅炉负荷骤增及压力骤降等的骤变

锅炉负荷增加，汽包蒸发量增大，势必增加旋风分离器的负荷，而且蒸发量增大，也会使汽水分界面上蒸汽泡增多，加剧水位膨胀现象，增加水滴携带的可能性。压力骤降，水的沸点下降，炉水会发生急剧的沸腾，产生大量汽泡，这样就会因汽泡破裂而增加小水滴量，而且水位膨胀现象也大大加剧，使汽空间减小，这些都会使蒸汽带水量增加。沙角B电厂作为广东省电网的主力调峰机组之一，其负荷变化频繁，这是我们所不能控制的，而2号机同样有这一问题，但2号饱和蒸汽却末发现带水现象，可见原因不在此。

2.2 汽包水位

汽包水位过高，汽包上面的汽空间就必然减小，这就缩短了水滴飞溅到饱和蒸汽引出管的距离，不利于自然分离，使蒸汽带水量增大。可1号机汽包水位一直控制在 -20 mm 左右，比日本厂家规定的+20 mm控制水位要低，此水位应不会引起蒸汽带水。

2.3 锅炉水含盐量

如图2所示，开始阶段，随着炉水含盐量的增加，蒸汽带水量（即蒸汽湿分）基本不变，此时蒸汽含盐量与锅炉水含盐量成正比，但当炉水含盐量超过某一数值（临界含盐量）时，蒸汽湿分便会增加，结果使蒸汽含盐量急剧上升。但是我厂炉水采用低磷酸盐处理，一般控制磷酸盐在 0.5~1.0 mg/l之间，二氧化硅（SiO₂）<100 ug/l。我厂凝汽器材质为钛管，未发生海水泄漏事件，炉水含盐量远远小于此临界值。

图2：炉水含盐量与蒸汽湿分的关系

2.4 汽包内部结构及安装缺陷

我厂为自然循环式锅炉，如图3所示，汽水混合物经水冷壁首先进入汽包夹层，经过旋风分离器汽水分离，水进入汽包下部水空间；蒸汽经过汽包上部的波纹板再次分离后进入饱和蒸汽导出管。

电厂请来西安交通大学及华中科技大学相关教研室对饱和蒸汽带水问题作技术咨询，大家相互探讨后，一致认为饱和蒸汽带水的主要原因就是汽水混合物在进入分离器的通道上有泄漏。2000年U1大修，对汽包内部进行了细致的检查，发现汽包内部存在以下问题：

2.4.1汽包的夹层焊接处存在多处裂缝，尤其是两侧的裂缝，开裂较长，汽水混合物进入夹层后，可能从此裂缝直接进到下部水空间，蒸汽泡从水中溢出，增加了蒸汽带水的机会。

2.4.2 汽包的夹层有98个检查手孔，130×200mm的夹层盖板上仅有4个螺栓压紧，而夹层又是仅2.8mm厚的薄板，变形后与盖板之间存在缝隙，间隙周围有明显汽水泄露冲刷痕迹。这些手孔有的位于汽包水空间内，有的则位于汽空间内，手孔的缝隙在以下两方面造成了蒸汽带水：

a. 汽水混合物漏入水空间：水空间由于漏入汽水混合物而急剧膨胀，使水位升高，水面小水珠上升的动能使其被抛起，由于水面升高，汽空间高度缩短，而小水珠的动能比原来增加，使小水珠抛入干燥器（波纹板），从而造成饱和蒸汽带水。

b. 汽水混合物漏入汽空间：由汽包内实际情况看，上部盖板已处于正常水位之上汽空间内，这部分漏出的汽水混合物由于短路而没有经过旋风分离器直接进入干燥器（波纹板），其中水分未完全分离时就会造成饱和蒸汽带水。

2.4.3在拆卸汽包旋风分离器时，发现原来安装的旋风分离器与底座之间由于螺杆太长而使其结合不够紧密，有缝隙，分离器入口于底座有水汽冲刷的痕迹，这同样可使汽水混合物未经旋风分离就进入汽包的汽空间，使得饱和蒸汽带水的机会大大增加。

图3：汽包内部结构图

3、处理对策

3.1堵漏

由于泄漏是饱和蒸汽带水的主要原因，因此解决问题的根本方法为堵住汽水混合物漏入汽空间及水空间的泄露间隙，首先把裂缝用氩弧焊焊接实，其次把所有手孔拆开检查，发现汽包夹层内很干净，便把所有的手孔都予以焊死，采用手工氩弧焊，0.8—1.2焊条，多条焊接，堆至焊角高度3 mm。

3.2 在安装旋风子时，把多余的螺杆锯掉，使旋风子与底座严密结合，不留任何缝隙。

4、总结

沙角B电厂1号机饱和蒸汽带水的主要原因是汽包内部缺陷即汽水混合物在进入分离器的通道上有泄漏。大修结束启机以来，我们对其饱和蒸汽品质进行了多次跟踪监测，只在启机过程中监测出饱和蒸汽含有少量钠离子（未超标）。机组正常运行到现在半年多来，我们在各种负荷壮况下都进行了监测，结果无论是在升负荷过程中、满负荷情况下还是降负荷中，尤其是夏季调峰时都未检出钠离子（图4为夏季高负荷时所做的几次检测）。这说明通过大修，消除汽包内部存在的缺陷后，解决了饱和蒸汽带水问题。

图4 饱和蒸汽钠测定--2001（7.8.9）
5、鸣谢

本文饱和蒸汽带水问题的解决得到西安交通大学周玉铭老师的指导，甚表感谢。

参考文献：

[1] 周玉铭，沙角B电厂蒸汽带水问题技术服务总结报告，2001年

[2] 肖作善，热力设备水汽理化过程，水利电力出版社，1990年

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