水溶纸对主蒸汽品质的影响和分析

周志彬，常亮

(润电能源科学技术有限公司， 郑州 450000)

0 引言

某发电厂有2台600 MW超临界直流炉燃煤发电机组，单台锅炉最大蒸发量1 905 t/h。2018年5月因发生过热器爆管事故停机检修，2018-07-05机组检修后启动，当天17:40机组并网。启动后发现主蒸汽氢电导率频频出现短时间偏高现象，2018-07-06 T 09:00主蒸汽氢电导率0.156 μS/cm(标准值为0.100 μS/cm)，此后主蒸汽氢电导率连续多日出现这种情况，特别是每当夜间负荷较低时，主蒸汽氢电导率就会出现异常偏高现象，每次出现时间10～20 min，之后快速下降到标准值以下。2018-07-11 T 11:06主蒸汽氢电导率达到最高值1.481 μS/cm。此外，#1机组启动初期，曾出现凝结水精处理高速混床出水pH值偏低现象，最低时曾小于5.0。

1 原因分析

为查找原因，对2018-07-06—14主蒸汽氢电导率异常期间在线钠表和氢电导率表的数值进行了统计，结果见表1。

表1 #1机组主蒸汽品质异常情况统计Tab.1 Statistics on abnormal quality of main steam of No.1 unit

续表

注：w(Na)标准值为2 μg/kg，氢电导率标准值为0.1 μS/cm[1]。

电导率是电阻的倒数，水溶液中的各种离子都具有导电的能力，水溶液中各种离子的电导率之和为该水溶液的电导率。氢电导率是水样先经过氢型强酸离子交换柱处理，水中除氢离子以外的阳离子全部被氢离子替换，只留有阴离子和氢离子，然后测得电导率，反映出水汽中阴离子的综合含量[2]。

为查找过热器爆管原因和防止过热器氧化皮剥落再次引起爆管事故，检修期间，电厂对#1机组过热器进行了大面积的割管检查，切口有1 000多道，恢复时采用氩弧焊焊接工艺。

氩弧焊是为防止焊区氧化,保证焊缝的力学性能及耐腐性，在电弧焊的周围通上氩气作为保护气体，将空气隔离在焊区之外的焊接方法。据调查，在过热器恢复过程中，为防止氩气泄漏，使焊接部位处于氩气保护氛围，使用专用速溶型水溶纸(以下简称水溶纸)对焊口两端进行了堵塞[3]。

1.1 水溶纸简介

水溶纸的主要成分是66%羧甲基纤维素(CMC)钠盐和33%纸浆及助剂[4]。 羧甲基纤维素是由纤维素和一氯醋酸在氢氧化钠溶液中发生化学反应(醚化作用)，得到一种吸水性很强的白色或微黄色的固体粉末状物质,根据羧甲基纤维素含量不同，可以生产出溶解速度不同的水溶纸[5]。

1.2 水溶纸成分分析

本次检修使用上海某科技公司生产的水溶纸约30 kg，根据生产厂家提供的资料，水溶纸用水冲洗30 s左右就能迅速溶解，在热蒸汽中很难溶解。厂家提供的水溶纸中各化学成分质量分数见表2。

为查找主蒸汽氢导超标原因，该发电厂实验室对剩余的该型水溶纸进行了成分分析，各成分质量分数见表3。0 g/L和1 g/L的水溶纸溶解后的杂质离子质量浓度见表4。

由表2—4可知，水溶纸的主要阴离子是氯离子和硫酸根离子，主要阳离子是钠离子和钙离子。该发电厂实验室分析结果显示，该型水溶纸氯离子的实际质量分数是厂家控制质量指标的40.7倍，硫酸根质量分数是厂家控制质量指标的66.7倍，厂家控制指标中不该含有的钠、钙离子质量分数非常高，而且水溶液中还含有很高的总有机碳(TOC)。

表2 厂家提供水溶纸成分检测报告Tab.2 Manufacturer’s test report on water soluble paper composition %

表3 该发电厂化验室水溶纸成分分析报告Tab.3 Composition analysis report on water soluble paper by power plant laboratory %

表4 水溶纸溶解后杂质离子的质量浓度Tab.4 Content of impurity ions after dissolution of water-soluble paper

当强电解质溶液浓度小于0.001 mol/L时，摩尔电导率与浓度c的二次方根存在线性关系

该机组锅炉最大连续蒸发量为1 905.0 t/h，按50%负荷时蒸汽流量900.0 t/h计算，如果仅仅考虑水溶纸中氯化物和硫酸盐对蒸汽氢电导率的影响，根据极限摩尔电导率理论，1.00 μg/L的氯离子对氢电导率的贡献为0.012 μS/cm[7]，1.00 μg/L 的硫酸根离子对氢电导率的贡献为0.009 μS/cm[8]，如果机组正常运行时的主蒸汽氢电导率为0.100 μS/cm，当氯离子质量浓度为3.50 μg/L，硫酸根离子质量浓度为1.10 μg/L时，氢电导率就能达到0.150 μS/cm。根据水溶纸化验结果，也就是说当每10 min有86 g这种水溶纸持续溶解于过热蒸汽中时，氢电导率就会达到0.150 μS/cm以上。而机组在检修过程中实际使用这种水溶纸多达30 kg。

1.3 TOC对主蒸汽品质的影响

羧甲基纤维素分子式为C8H11O7Na[9]，是水溶纸溶液中TOC的主要来源，利用热重-红外联用分析仪(TG-FTIR)及小型流化床热解反应器研究纤维素的热解特性，研究表明：纤维素热解产物随热解温度升高产率增加，当热解温度升到550～570 ℃时，纤维素基本热解完全。纤维素热解过程中，除生成H2O，CO，CO2和CH4等轻质气体外，还有大量的醛、酸、酚等产物生成[10]，生成的酸主要是低分子有机酸。根据极限摩尔电导率理论每1.00 μg/L的乙酸根对氢电导率的贡献为 0.057 μS/cm，每1.00 μg/L的CO2对氢电导率的贡献为 0.003 μS/cm。因此，水溶纸中TOC也是导致主蒸汽氢导超标的主要原因。

2 解决方案

为防止阴离子进一步对机组设备造成伤害，采取了以下方案。

(1)将高速混床失效终点氢电导率降低至0.120 μS/cm，确保高速混床氢型运行[11]。

(2)锅炉给水的pH值按GB/T 12145—216《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》标准的上限(9.4～9.6)控制，防止木质纤维素高温分解的低分子有机酸对过热器造成腐蚀。

3 实施效果

2018-07-15 T 09：00按以上方案实施后，蒸汽品质异常情况见表5。

从表5看出，当采取措施控制精处理出口氢电导率≥0.120 μS/cm，即进行再生以后主蒸汽钠及氢电导率明显降低，当日21:00虽略有超标，但氢电导率已接近合格，7月18日之后钠及氢电导率没有再出现不合格现象。

表5 #1机组主蒸汽品质异常情况统计Tab.5 Statistics on abnormal quality of main steam of No.1 unit

4 结束语

本次#1机组启动后，主蒸汽氢电导率出现异常偏高的主要原因是：机组过热器氩弧焊过程中，使用了大量的含高氯化物、高硫酸盐的“水溶纸”，因启动前没有对锅炉过热器进行充分冲洗，残存在过热器中的水溶纸在机组启动后持续释放出的氯化物、硫酸盐等杂质离子，以及羧甲基纤维素热分解的低分子有机酸、二氧化碳等是导致主蒸汽氢电导率异常偏高的主要原因。