燃气—蒸汽联合循环发电机组水汽品质监督应用

谭旭南,杨 威,魏 盾

（1.广州珠江天然气发电有限公司,广东 广州 511458;2.辽宁红沿河核电有限公司,辽宁大连116001; 3.华润电力（涟源）有限公司,湖南 娄底 417100）

目前,国内有大量大型燃气—蒸汽联合循环发电机组正在建设或已经投入运行,其中绝大部分为9F级机组。燃气—蒸汽联系循环发电机组利用天然气燃烧发电,是一种清洁能源,没有灰、渣,排放的烟气中几乎没有SO2产生,采用先进的低氮燃烧技术,其烟气中的NOx排放很低,一般为20 μL/L左右,有效地保护环境和改善环境质量。同时,机组的效率远高于一般煤电机组,联合循环效率可高达56.8%。

燃气—蒸汽联合循环机组具有启动快速、启动成功率高、运行方式灵活等优点,可以大大改善电力系统的运行环境,增强系统的调峰调频能力和事故应急处理能力,有利于改善电源结构。

1 机组介绍

9F级燃气轮机联合循环发电机组由1台燃气轮机、1台蒸汽轮机、1台发电机和1台余热锅炉组成。机组最大出力可以达390 MW。燃机采用GE的9F系列机组,汽轮机型号为D10,为三压、一次中间再热、单轴、双缸双排汽、纯凝汽式机组。余热锅炉为三压、一次中间再热、卧式、无补燃、自然循环锅炉,余热锅炉基本参数如表1所示。

2 燃气—蒸汽联合循环发电机组水汽品质标准制定

2.1 燃气—蒸汽联合循环发电机组水汽监督的特点

燃气—蒸汽联合循环发电机组的余热锅炉水汽部分采用与传统锅炉相似的水处理方式,补给水为二级除盐水,给水没有专门除氧器,通过凝汽器除氧,给水采用氨—联氨全挥发处理,中高压汽包炉水采用磷酸盐处理。

表1 余热锅炉基本参数

燃气—蒸汽联合循环发电机组化学监督和一般火电厂不同特点如下。

a.锅炉没有直接的燃料,而是利用燃气轮机的余热产生蒸汽来推动汽轮机做功发电,因此,监督的重点是余热锅炉—汽轮机的水汽系统。

b.余热锅炉具有3个不同压力等级的汽包和水汽系统,各个系统之间既有联系又有相互独立性,在对水汽系统监督是应采用不同的标准进行控制。

c.机组具有启停快速、成功率高的特点,一般作为调峰机组运行,采用每天晚上停机、早上启动的运行方式,这对于水汽系统水质有很大的冲击,要求更加严格的水汽质量标准来控制。

d.机组自动化程度高,人员编制少,没有设置化学运行人员,机组在中班、夜班及节假日运行时主要由运行人员进行化学监控,对在线化学仪表依赖性强,这就要求有比较齐全的化学在线仪表,同时仪表具有很好的稳定性、准确性。

e.国家标准没有专门燃气—蒸汽联合发电机组水汽质量标准,这就需要结合国际及厂家标准制定出一套合适的标准来执行,保证机组的安全运行。

2.2 燃气—蒸汽联合循环发电机组水汽质量监督企业标准

为了更好的适应机组的特点,保证化学监督到位,结合国家标准及GE厂家标准,按照从严执行的原则制定了企业标准,标准对高、中、低压系统分别制定了不同的标准。表2为9F级燃气—蒸汽联合循环机组水汽控制标准。

2.3 标准制定说明

企业标准的制定对照了国家标准和设备厂家的标准,按照从严执行的原则制定。

给水采用还原性全挥发处理[AVT（R）],加氨和联氨,同时由于系统采用低压炉水作为中高压炉水的给水,所以,低压炉水也采用还原性全挥发处理[AVT（R）]。中、高压炉水采用磷酸盐处理（PT）。中、高压炉水系统压力等级不同,根据国标要求选择比对应压力等级高一级的控制指标进行控制。

表2 9F级燃气—蒸汽联合循环机组水汽控制标准

续表

3 燃气—蒸汽联合循环机组水汽控制标准实际应用效果

3.1 燃气—蒸汽联合循环机组水汽控制标准实际应用

在机组正常日启停方式运行中,机组一般为热态启动,启动迅速。水汽质量标准按照制定的燃气—蒸汽联合循环机组水汽控制标准进行调控,水汽质量能够在机组启动并网后2 h内达到合格水平,部分指标能达到期望值以下,下面为抽取2009年11月24日1号机组具体的水汽品质监督数据进行参考说明。

图1 负荷曲线

图1为机组负荷曲线,从曲线可以看出,机组7点启动,加负荷至350 MW只需要1 h左右,启动快速。机组的启停对水汽质量参数有一定的影响,其中包括本身机组水汽质量变化,如溶解氧气、阳电导率参数,另外是对于仪表的影响,主要为机组停止运行时仪表流量不足,导致在线数据测量不准确,主要有炉水磷酸根、饱和蒸汽纳、硅等参数。

图2为给水炉水pH曲线,从曲线看出机组短时间停运时,各个水样的pH值仍然能够保持在9.2以上,可以有效防止腐蚀,而且pH值整体较平稳,只有低压给水在启动时会有明显下降过程,最低达8.9,主要原因是机组启动过程中要补充部分除盐水到系统中,使得低压给水pH值降低,但通过加大氨加入量,也能很快恢复到9.2以上。

图2 给水炉水pH曲线

图3为溶解氧曲线,从曲线看出,机组在停运的时候对凝结水溶解氧影响较大,因为机组停运后凝汽器会破坏真空,导致空气进入,在机组启动后溶解氧能够很快降到7 ug/L以下,而且能够保持平稳运行。

图4为水汽阳电导率曲线,曲线中凝结水阳电导率为树脂失效,在9点至10点更换树脂后阳电导率迅速下降至0.20μs/cm以下,其他水汽样在机组启动时有波动,但启动后能够很快下降到合格水平,蒸汽水样能够达到0.15μs/cm以下稳定运行。

其他水质指标也都控制在合格标准,饱和蒸汽硅一般稳定在3～4μg/kg,中压炉水磷酸盐为2～3mg/L,高压炉水磷酸根为0.6 mg/L左右,钠稳定在1μg/kg以下。

从日常运行数据分析,无论是机组运行还是短时间停运,机组整个水汽系统水质能够保持一种较好的状态,pH值维持9.0以上,有效防止水汽系统的腐蚀。此标准能够满足燃气—蒸汽联合循环发电机组快速启停的要求,调节方便,实际可操作性强,同时也符合国家及企业标准,能够保证机组安全稳定运行。

3.2 燃气—蒸汽联合循环机组水汽控制标准实际应用效果检查

从机组运行的水汽合格率统计,机组大、小修对设备的检查两方面检验实际水汽品质控制监督效果。

a.机组在日启停过程中,都能控制各个水汽质量在2 h以内达到合格水平,正常运行过程中一般水汽质量都在期望值以下;从月度及年度统计分析数据看基本都能达到99%以上的水汽合格率,水汽中铁含量很低,用哈希快速试剂测量一般蒸汽含铁为5μg/kg,凝结水含铁为7μg/L左右,炉水含铁量为25μg/L。

b.在多次机组大、小修过程中,检查机组汽包、凝汽器等系统表面干净,没有发生腐蚀、结垢现象。在大修中解体检查汽轮机高、中压汽轮机叶片表面状况,只有在高压汽轮机叶片后面几级上有少量的红色垢样,经过测量为一类,结垢量少,表面酥松,分析成分主要为铁、铝、硅。其他叶片表面干净,没有腐蚀和结垢现象,效果较好。如图5、图6所示。

总体来说,无论从统计分析数据还是实际检查效果来评价,都达到了防止机组水汽系统腐蚀、结垢、积盐等目的。

4 结束语

经过3年多的实际运行,按照《9F级燃气蒸汽联合循环机组水汽控制标准》进行水汽品质控制,能够较好地适应燃气—蒸汽联合循环机组启停频繁、快速、作为系统调峰的特点,实际操作简单实用,还能有效防止机组系统腐蚀、积盐、结垢,保证机组的安全稳定运行。

同时,随着机组自动化程度的提高,化学监督基本形成了比较齐整的在线连续监督体系,如何加强各个参数联系,实现智能化分析网络,通过自动控制系统来进行水汽品质调节,也是目前化学监督的一个必然趋势。

[1] 李培元主编.火力发电厂水处理级水质控制[M].北京：中国电力出版社,2008.

[2] GBT12145—2008.火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量[S].

[3] DL/T805.2—2004.火电厂汽水化学导则（第2部分：锅炉炉水磷酸盐处理）[S].

[4] DL/T805.4—2004.火电厂汽水化学导则（第4部分：锅炉给水处理）[S].

谭旭南（1985—）,学士,助理工程师,主要从事电厂化学监督、分析工作。