350 MW 超临界机组凝结水溶氧量超标治理

姚虎冬董曙君高 飞贺 强米连君赵 杰

(内蒙古京能康巴什热电有限公司,内蒙古 鄂尔多斯 017000)

1 概述

凝结水是指汽轮机排汽在凝汽器中冷凝成液态的水,火电机组凝结水溶氧量是电厂化学监督的主要指标之一。凝结水溶氧量大幅度超标会加速凝结水管道设备腐蚀及炉前热力系统铁垢的产生。凝结水溶氧量严重超标时,还会导致给水溶氧量超标,影响锅炉受热面传热效率,加速锅炉管道设备腐蚀结垢,严重威胁机组安全、稳定、经济运行[1]。所以,降低凝结水溶氧量具有十分重要的意义。

内蒙古京能康巴什热电有限公司(简称“康巴什热电”)为2台350 MW 超临界间接空冷抽汽凝汽式供热机组,凝汽器为管束表面式换热器,依据GB/T 12145-2016《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量标准》要求,凝结水溶解氧合格标准为≤20μg/L[2]。但自机组投产后,凝结水溶解氧远高于国家标准,严重影响机组的安全经济运行。

2 原因分析及判定

机组正常运行中,出现凝结水溶氧量增大或超标现象,究其原因主要存在以下几个方面:凝汽器负压系统设备存在泄漏、凝汽器补水及回收疏水引起凝结水溶氧量增大、凝结水过冷度偏大、凝汽器管束泄漏、凝结水泵机械密封泄漏等。康巴什热电针对凝结水溶氧量偏大及超标现状,结合机组系统、设备及运行实际情况,对可能引起凝结水溶氧量超标原因进行了分析并逐一排查判定。

2.1 凝汽器负压系统泄漏

可通过对凝汽器及真空系统管道、阀门进行灌水,排查负压系统设备及凝汽器管束是否存在泄漏情况。经排查发现凝汽器管板焊缝存在未焊和漏焊的情况。因此,在机组正常运行过程中,外界空气通过泄漏点进入凝汽器进而引起凝结水溶氧量增大。

2.2 凝结水过冷度大导致溶氧量增大

凝结水过冷度是指凝汽器凝结水温度与汽轮机排汽压力下对应饱和温度的差值。根据热力除氧原理的传热条件,凝结水温度越接近排汽压力对应的饱和温度,其溶解氧越少。即过冷度越小,机组凝结水的含氧量就越少[3]。对机组各负荷下,凝结水过冷度进行记录统计,其温度稳定在1℃左右,因此可以排除凝结水过冷却的影响。

2.3 凝汽器补水引起凝结水溶氧量增大

在机组正常运行工况下,通过分析凝结水溶氧量与除盐水至凝汽器补水调节阀开度关系趋势图,如图1所示,可以判定,除盐水补水至凝汽器是引起凝结水溶氧量增大的重要因素之一。

图1 凝结水溶氧量与除盐水至凝汽器补水调节阀开度关系趋势

2.4 凝结水泵机械密封冷却水、除盐水至机械密封水引起凝结水溶氧高

康巴什热电每台机组配备2台100%容量凝结水泵,正常运行为1运1备,电机采用1拖2变频运行方式。

凝结水泵为国产立式筒袋式多级离心泵,轴端密封为机械密封,如图2、图3所示,凝结水泵启动前,接通工业水(辅机循环冷却水)对密封面Ⅰ、Ⅱ进行润滑,同时接通除盐水对密封面Ⅱ启动润滑;凝结水泵启动后,当从出口母管引出的凝结水压力高于除盐水后,使除盐水至机械密封水管路止回阀关闭,凝结水通过密封函体进入下一级密封,对密封面Ⅱ进行充分润滑。

按照设计要求,在凝结水泵正常运行中,凝结水至机械密封供水压力为0.8～1.0 MPa,工业水即机械密封冷却水供水压力为0.2～0.3 MPa,除盐水至机械密封供水压力为0.3 MPa。但由于凝结水泵为变频运行方式,出口母管压力较工频运行工况压力小很多,因此凝结水至机械密封供水压力长期低于设计要求,基本保持在0.3～0.5 MPa,对于备用凝结水泵此压力则更低。

图2 凝结水泵机械密封冷却水、密封水流程

图3 凝结水泵机械密封工作原理

根据运行原理进行分析,当机组负荷较低,凝结水泵处于低频率运行时,则存在工业水通过密封面Ⅱ窜入泵体的可能;并且由于除盐水为密封水备用水源,当凝结水压力低于不足以使止回阀保持关闭时,便会发生除盐水再次进入密封函体的情况。以上2种情况分别会导致工业水和除盐水直接进入凝结水,因此势必引起凝结水溶氧量增大。

基于以上分析,分别通过对除盐水至机械密封供水和工业水至机械密封冷却水进行隔离试验,监测对比隔离前后凝结水溶氧量,来对以上分析加以验证,数据对比情况见表1、表2。

经过试验及数据对比,确认了以上分析是正确的,工业水供机械密封冷却水和除盐水供机械密封水都是引起凝结水溶解氧增大的原因之一。

表1 机械密封冷却水隔离试验凝结水溶氧量监测统计

表2 除盐水至机械密封水隔离试验凝结水溶氧量监测统计

3 处理措施

根据以上分析及试验判定,确定了导致凝结水溶解氧增大的主要原因。针对各项原因采取有效处理措施,从根本上解决凝结水溶氧超标问题。

3.1 凝汽器管板焊缝漏点处理

对管板焊缝进行认真检查,未焊、漏焊部位实施密封满焊,焊接后再次进行灌水查漏,确认消除所有泄漏点。

3.2 除盐水至凝汽器补水雾化改造

康巴什热电除盐水至凝汽器补水通过ϕ219管道进入凝汽器,除盐水经过管道上均匀布置的小孔以喷淋的形式进入凝汽器。由于除盐水温度低,含氧量大,喷淋颗粒度大,在进入凝汽器后未能与汽轮机排汽达到有效换热,因此真空除氧效果差,高含氧量的除盐水直接进入凝结水导致凝结水溶氧量超标。

通过对除盐水补水实施雾化改造,水的颗粒度减小,增加与汽轮机排汽换热面积,实现除盐水与汽轮机排汽混合换热,使补水达到汽轮机排汽压力下对应的饱和温度,达到有效除氧的目的。

具体实施方案如图4除盐水补水管路改造所示,在原ϕ219补水管上引出ϕ133管路,后分接两根ϕ89管路进入凝汽器内,与布置在凝汽器内部装有喷嘴的管路对接。在原补水管上加装隔离阀,机组正常运行中该阀门为常闭,作为机组检修后凝汽器大量灌水时使用。

图4 除盐水补水管路改造

喷嘴的设置需根据除盐水压力及补水流量加以确定,经计算在两根管路上共设置60只喷嘴,喷嘴方向与水平呈斜向上45°角交叉布置,如图5喷嘴布置示意所示。

图5 喷嘴布置示意

3.3 凝结水泵机械密封冷却水系统优化

针对工业水通过机械密封进入凝结水泵引起凝结水溶氧量增大这一因素,对机械密封冷却水源及工作方式加以优化,在凝结水泵正常运行时,机械密封冷却水源由凝结水泵出口凝结水替代工业水。如图6 机械密封冷却水系统优化流程所示,在自密封水管路上接分支管至原冷却水进水管,冷却水回水接入凝结水泵入口管道加以回收,安装回水压力表以保证回水呈正压运行。原冷却水(工业水)作为机组启/停时使用。

图6 机械密封冷却水系统优化流程

3.4 除盐水至机械密封供水加装电磁阀

除盐水作为凝结泵启动和停运过程中机械密封的密封水源,在正常运行中为机械密封水备用水源。但通过对引起凝结水溶氧量超标原因分析及判定,原管路设计无法达到对密封水源的有效控制。

因此,通过在除盐水至凝结泵机械密封水供水管路加装补水电磁阀,在凝结泵的启/停过程中通过控制电磁阀的开启和闭合实现对密封水的有效控制,电磁阀的开启/关闭可联锁凝结泵的启停信号实现自动投运。

4 治理效果

经过上述改造及处理后,康巴什热电1号、2号机组凝结水溶氧量大幅降低,如图7 治理后1号、2号机组凝结水溶氧量运行趋势所示,由投产后的持续超标最终实现了溶氧量≤20μg/L 国家标准,从根本上解决了2台机组凝结水溶氧量超标问题。

图7 治理后1、2号机组凝结水溶氧量运行趋势

5 结束语

凝结水溶氧量是火电机组运行的重要指标,凝结水溶氧量超标往往也是火电厂遇到比较广泛性的问题,因此结合机组系统、设备实际情况,对各可能影响因素进行逐一分析排查,制定治理措施,完成对凝结水溶氧量超标的有效治理,保证机组的安全稳定经济运行。