汽轮机结硅垢原因及处理

汽轮机结硅垢原因及处理

The cause and treatment of  steam turbine junction silicon scale

刘送花¹,李文学²

Liu Songhua   Li Wenxue

1、湖南煤化新能源公司     2、湖南涟源钢铁有限公司能源中心

1、Hunan coal new enery Co.Ltd ,417009,China

  2、Energy Center of Lianyuan Iron ＆ steel Co., Ltd.,Hunan,417009,China

摘要：本文介绍了高温高压汽轮机在短期内严重结硅垢的原因和处理，通过提高再生液温度解决了混床出水硅容易超标的问题。

【Abstract】This article introduces the cause and treatment of  

high temperature and high pressure steam turbine junction silicon scale, By improving the regeneration temperature solved the problem of the water of the mixed bed silicon is higher.

 

关键词：汽轮机、硅垢、混床、再生液

【Key words】steam turbine、silicon deposit、the mixed bed、 regeneration

一、前言：湖南煤化新能源公司干熄焦锅炉配套的汽轮机为杭州中能汽轮动力有限公司生产的N25－8.83/1.1高温高压凝汽式汽轮机，额定进汽压力8.83MPa，进汽温度为535℃，进汽量为81.6t/h。非调整抽汽额定压力1.1MPa，额定工况下最大抽汽量为20t/h，实际运行平均抽汽量为17t/h。汽轮机转子有一级复速级和十六级压力级。脱盐水工艺流程为多介质过滤器+活性炭过滤器+阳床+阴床+混床，原水有三种，一是井水，流量平均为25t/h,此路水源为常开；二是河水，流量为0～30t/h，当井水不足时补充；三是自来水，当河水混浊时补充自来水。该汽轮机于2012年2月投入运行，2012年9月锅炉和汽轮机出现了严重的钙镁水垢，原因是脱盐水电导率严重超标引起（混床出水电阻≤0.2 MΩ.cm，电导率≥8us/cm)，后通过改进混床再生工艺和加强运行管理，脱盐水电导率恢复正常（混床出水电阻控制在≥5MΩ.cm，电导率控制≤1us/cm)。再加上2013年9月新上一套凝结水精处理系统，炉水水质明显好转。2014年1月进行了大修，汽轮机转子和锅炉割管检查均未见明显结垢。2014年3月开始胀差逐渐增大被迫减负荷运行，6月开始正推力瓦温度升高，机组被迫长期低负荷运行，并于8月15日被迫停机大修。检修中发现汽轮机整个转子和隔板上全部结垢，其中第六到十压力级结垢较严重，第七到九级最严重，垢坚硬致密，厚度超过2mm，喷嘴严重堵塞。转子和隔板结垢照片如下：

     

图一：转子第7、8级结垢图片                图二：第7级隔板结垢图片

对锅炉割管检查未出现明显结垢。

表1：汽轮机转子垢样化验结果

 化验结果表明汽轮机转子上的垢主要为硅酸盐垢。

二、汽轮机结垢的现象： 2014年3月15日机组胀差开始逐渐增大，被迫减负荷运行以保证胀差不大于跳机值±5mm，在减负荷运行中出现过两次胀差大跳机。6月开始出现推力瓦温度升高，为了保证正推力瓦温度不大于跳机值110℃，机组被迫长期低负荷运行，在低负荷运行中出现过两次因推力瓦温度高跳机，机组效率明显下降。于8月15日被迫停机大修。

表2：2014年1～8月机组运行数据

  表2中左右胀差是指从汽轮机向发电机方向看定的左右。胀差和正推温度是指在当月最高负荷下的运行数据。

三、原因分析：

1、水质检测未到位：以前每天两小时检测一次脱盐水和炉水电导率、PH等指标，忽略了二氧化硅的检查，仅对脱盐水二氧化硅含量偶尔抽查一次，没有及时发现混床出水硅含量超标。大修后抽查混床出水电阻≥15MΩ.cm，试验室测电导率≤0.4us/cm时，二氧化硅含量最高超过90ug/l。

2、井水做为原水的主要水源含硅量最高，数据见表3，这是阴床和混床出水硅容易超标的重要原因。但表3中阴床出水硅含量合格而混床超标，是因为三台阴床于2014年7月全部更换了新树脂，除硅效果较好，而混床的树脂一直未更换过，不仅不能除硅，反而释放硅，在阴床更换树脂前混床产水硅含量可能更高。

表3：汽机检修完后开机运行时脱盐水系统按原方式运行一周（2014年9月1～7日）水质平均数据

3、井水温度较低，冬季平均在10℃以下，离子的动能降低，水的粘度增大，液膜变厚，不利于离子扩散和吸附。有资料表明：水温提高1℃，扩散速度提高4～8%。再加上再生液温度与井水相同，再生不彻底，造成树脂硅累积，逐渐失去吸附硅的能力甚至在运行中还释放硅。有资料表明，在允许的再生液温度范围内，再生液的温度提高1℃，工作交换容量提高0.6%，去硅效果提高1.7%。高温再生比常温再生的平均再生度提高5%左右，特别能提高硅酸根的洗脱率。当再生液温度为16℃时再生100分钟，HSiO₃^-的洗脱率为50%，当再生液温度为35℃时，HSiO₃^-的洗脱率可提高到90%。

4、锅炉饱和蒸汽对各种物质的溶解携带量随锅炉压力提高而增大，因为随着压力的增大，蒸汽的性质越来越接近于水的性质。该机组在2014年3月因胀差增大减负荷运行，而锅炉和干熄炉还是原负荷运行，锅炉压力通过开过热器放散阀维持，锅炉压力比正常运行时有所提高且波动大，这样就使饱和蒸汽溶解携带量增大。在锅炉压力一定的情况下，饱和蒸汽对各种物质的溶解能力有较大的差异，其中对硅酸（通式为xSiO₂.yH₂O）的溶解能力最大，且随着蒸汽压力的提高对硅酸的溶解携带系数迅速增大，NaOH和NaCl次之，Na₂SO₄和Na₃PO₄等钠盐在饱和蒸汽中几乎是不溶的，所以溶解携带也称选择性携带。饱和蒸汽中携带的硅酸化合物，在过热蒸汽中因失去水分而变成SiO₂，它在过热蒸汽中的溶解度随温度升高而增大，所以过热蒸汽中SiO₂会全部随蒸汽到汽轮机。蒸汽在汽轮机透平内膨胀做功，蒸汽压力和温度迅速降低，硅酸在蒸汽中的溶解度急剧减小，在汽轮机的中压级和低压级导叶和动叶片内沉积出来。再加上从2013年3月开始，汽轮机长期带1.0～1.4万kw.h低负荷运行，各级叶片对应的压力和温度比额定负荷时低，导致本应在未级析出或直接带入凝结水中的SiO₂提前在中压级析出。

四、处理措施：

1、保证给水水质，在严格监督脱盐水和凝结水的电阻、电导率的同时，每班增加一次阴床、混床、过热蒸汽二氧化硅每的检测，发现超标及时处理。如大修后按原方式试运行一周后发现混床硅含量超标，2014年9月中旬对三台混床逐台更换1/4的新树脂，混床出水硅含量达标，运行周期在15天左右。但到2015年1月开始出现混床运行周期因硅含量超标缩短到7天左右。通过分析，应该是阴床、混床再生水温长期过低（小于15℃）引起。

2、提高再生液的温度，恢复了混床的正常运行周期。针对原来再生水温低的情况，2015年2月将再生用水掺入部分温度较高的汽轮机凝结水，调节再生水温在35～40℃。具体改造如下图一：

 

表5：2015年2月改造前后混床平均运行周期时间（因混床SiO₂比电阻和电导率先失效，所以以SiO₂≥20mg/l为失效标准）

表6：再生液水质对比 

3、如果条件允许尽量使用硅含量较低的原水，这就减少了水处理设备除硅的压力。但本单位考虑到使用自来水成本太高，地方限制工业使用自来水，收费高达7元/吨；河水含钠量过高导致阳床使用周期缩短2/3，再生频繁，再加上河水浊度波动大，对预处理影响较大，所以维持以井水为主的方式，井水占原水的90%以上。 

 

4、参考资料：

[1]、李欣、孟强、文功谦、朱兴宝.强碱阴树脂硅污染的复苏.净水技术，2010，29（2）：67-70

[2]、李培元《火力发电厂水处理及水质控制》中国电力出版社，2009.

[3]、刘晓、周菊华《电厂水处理及化学监督》中国电力出版社，2012.

[4]、作者简介：刘送花（1986-     ），女，本科学历，助理工程师，从事电厂锅炉水处理技术工作，联系电话：13507385542。