上海电气电站工程公司 上海 200030
摘要：首先介绍了水力喷射器的工作原理，及其在火电厂化水系统中的几个应用实例。针对伊拉克W火电厂化水系统存在的设计/运行缺陷，枚举了水力喷射器在技改中的应用实例。
关键词：水力喷射器；文丘里效应；空预器碱洗；循环水加药；浓硫酸
前言
水力喷射器，又叫文丘里喷射器、水力射流器、射流真空泵等，是根据文丘里效应（在高速流动的流体附近会产生低压，从而产生抽吸作用），利用带压流体（水）通过异型管过程中压力和流速的变化来获得一定真空的装置。水力喷射器采用带压流体为动力源，因此无需外接电源，无水泵、电机等转动部件，结构简单，制造维护成本低，工作稳定可靠，耐腐蚀性好（根据工作流体和引流流体的腐蚀特性选取不能的喷射器材质）。现场运行过程中，可根据射流流体的参数控制得到不同压力、速度等级的混合流体，满足各个场合的需求。抽吸量可通过射流流体的压强和流速来调节。
1 工作原理
典型水力喷射器结构原理图见附图1。其主要由接收段、引流段、混合段、扩散段等部分组成。工作流体以一定速度进入接收段，当流体通过混合段时，由于截面积减小，使得流体流速增大，动能增大，压力能转换为动能，压力减小。这样在喷嘴出口处形成一定真空（负压），从而吸入引射流体，并随工作流体一起进入混合段。扩散段截面积逐渐增大，动能降低，速度逐渐减小，部分动能转换为压力势能，增压后喷射出去。
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2 应用现状
2.1 阴阳混床树脂再生
锅炉补给水离子交换除盐阶段，当离子交换器中树脂失效时，必须对离子交换树脂进行再生，以恢复离子交换树脂的交换性能，通常采用低浓度酸（碱）液来再生阳（阴）离子交换树脂。火电厂锅炉补给水系统典型设计时经常采用WGP系列酸碱喷射器用于输送再生药液（酸或碱）的设备。再生水泵提供压力水源（0.5MPa），通过工作流体入口段气动隔膜阀控制工作流体流速和压力，调节引流段气动隔膜阀开度调节再生液浓度。喷射器材质采用碳钢衬塑材质，即可保证设备刚度，又满足酸碱防腐要求。
2.2 电解食盐水制取NaClO系统
电解食盐水制取NaClO系统中，由于电解过程不断消耗Cl离子，当稀盐水箱低液位时，需自动补充稀盐水。系统设计一台UPVC水力喷射器（耐稀盐水腐蚀），采用厂区工业水（0.65MPa）作为动力源从盐溶解池抽吸盐水至稀盐水箱。
2.3 ClO2发生器加药系统
氯酸钠及浓盐酸在发生器内混合反应生成二氧化氯（水溶液），设计采用喷射器抽吸反应池内的二氧化氯（水溶液）并输送至生活水池进行杀菌消毒，动力水源为厂区生活水（0.55MPa）。
火电厂水泵、风机等设备多，带压水资源丰富，加上喷射器具有结构紧凑、操作简单、运行安全可靠、耐腐蚀、价格合理等优点，因此喷射器在短距离介质输送、低负压抽吸方面应该广泛，目前喷射器仍是化学水处理系统中的典型设备。
3 锅炉空预器碱洗系统技改应用实例
伊拉克W燃油火电厂（4x330MW+2x610MW）采用上海锅炉厂亚临界、微正压、烟气再循环、四角切圆、自然循环汽包锅炉，每台锅炉安装2台二分仓回转式空预器，能单独燃烧重油、原油、天然气或油气混烧。考虑到电厂运行经济效益及当地油田情况，以烧重油和原油为主。
由于锅炉运行过程中的不完全燃烧，以及频繁启停时排烟温度低，容易导致灰渣及不完全燃烧物质黏附在空预器蓄热元件表面，造成空预器污染，换热效率降低，尾部烟道排烟不畅，炉膛压力升高停炉报警等。
另外，伊拉克W电厂燃油含硫量高（原油3%，重油max4.11%）,污染物长期黏附在蓄热元件表面容易酸腐蚀，严重影响空预器的工作效率和运行寿命。
设计院每两台锅炉设计一套空预器碱洗系统，采用工业水冲洗，综合水泵房设置2台空预器冲洗水泵（Q=515m3/h，H=70m），隔膜计量泵（Q=300L/h，P=1.0MPa）向冲洗水管加碱。空预器入口前设置蒸汽加热器调节冲洗水温。与凝结水精处理系统共用高位碱槽及就地碱罐。浓碱液（NaOH）为伊拉克当地采购，塑料吨桶装（1m3）。化学设计两个1500m3非经常性废水池，用于贮存空预器碱洗、锅炉酸洗等废水等。
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空预器碱洗流程（见图2）为：
初期几次锅炉空气预热器碱洗时发现，浓碱消耗量小（2m3左右），废水量大（两个非经常性废水池贮满），呈强酸性（废水pH≈2）、浅绿色（亚铁离子浓度高）。而且，锅炉运行不久后炉膛压力上升较快，后来基本上每3个月就得进行一次空预器碱洗工作，不仅增加了现场运维工作，而且多次碱洗会加剧设备腐蚀，严重影响设备寿命。
经现场分析，初步认为由于碱加药泵出力较小（设计院设备选型错误），加碱量不够，无法中和掉空预器积灰中的酸度，更无法洗掉蓄热元件表面的油垢。所以会产生碱洗废水酸度大，金属腐蚀导致亚铁离子含量高，炉膛压力上升快等状况。与其将大量碱液倒入废水池处理碱洗废水，不如预先将其加入空预器冲洗水中，提前中和积灰中的酸度，清除蓄热元件表面的油迹。
考虑到设备重新选型及采购运输周期长，而且便于现场系统运行维护，现场决定采用喷射器进行碱液抽吸加药技改：从空预器冲洗水泵出口引一路水作为压力水源，采用夹丝软管作为抽吸加药管，加药管入口设置一个手动球阀，调节手动阀开度控制加碱量（见图3）。
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从碱洗效果来看，碱洗系统技改后废水池碱洗废水pH≈4，对系统腐蚀损坏小，碱洗废水减半，炉膛压力上升较慢，碱洗周期6—8个月。从系统运维上，水力喷射器较原来电动隔膜计量泵可靠，运行简单，维护工作量小，加碱量调节幅度大。特别是对于伊拉克当地供货的塑料桶装碱液，加碱过程中夹丝软管抽吸管移动非常便捷，负压抽吸无碱液溅射等安全隐患。另外，由于伊拉克当地的电厂运行人员运维水平较低，对这种简单直观的系统运行掌握较快、较好。因此伊拉克业主对此技改很满意，他们在实际碱洗过程中上手快、操作顺利。
到目前为止，该碱洗系统已安全稳定运行4年有余，喷射器等主体设备运行良好，大大减少维护工作，受到运维单位及业主的一致好评。
4 循环水加浓硫酸系统技改应用实例
伊拉克W电厂属于热带沙漠气候，水资源匮乏，因此电厂循环水采用闭式循环，机力通风冷却塔强制冷却方式。设计浓硫酸加药系统调节循环水pH值。浓硫酸（98%）从约旦进口，IBC吨桶包装陆运至现场。通过卸酸泵存入高位酸槽，放酸至就地计量箱，电动隔膜计量泵加入循环水。
浓硫酸属于强酸，具有强腐蚀性、强氧化性，遇水会大量放热，浓硫酸溅到皮肤或者衣服上马上脱水碳化。而对于W电厂这套浓硫酸加药系统，转动设备在运行中不可避免的会发生“滴漏”现象，加上化学设备质量在电厂中因采购成本控制往往不尽如人意。系统运行过程中经常发生水泵机械密封处滴漏、甩液及酸管路腐蚀穿孔等问题，给运行和检修工作带来非常大的工作量和危险性。现场曾发生过卸酸时伊拉克工人手臂被液滴灼烧及巡检人员衣服被腐蚀碳化等事故。
经对该加药系统分析认为：由于当地浓硫酸到货为吨桶包装，卸酸过程危险而且麻烦（需将卸酸泵入口软管插入桶内，卸完之后再人工移至另外一个桶内），而且伊拉克旱季温度高（最高可达50℃左右），浓硫酸腐蚀力加剧，再加上采用水泵卸酸和加药，正压运行系统容易导致滴漏。
基于以上分析，现场对该加药系统进行技改，采用工业水作为动力水源，喷射器（聚四氟乙烯材质，耐热耐腐蚀）抽吸浓硫酸，并直接加至循环水（无需高位酸槽储罐、计量箱及计量泵等）。由于运行过程中由于蒸发及损失等循环水需补充工业水，因此本加药系统动力水源可以24小时运行（无需在加药结束后关停），浓硫酸抽吸管一直处于负压运行，不会发生滴漏现象。
技改后，运行人员每天只需将聚四氟乙烯抽吸管插入新的浓硫酸桶内，浓硫酸即被吸入循环水中。与技改前对比，无需卸药工作，加药系统明显简化，运行简单，安全可靠，运维工作量小。
5 结语
由于伊拉克经过连年的战乱，很多受过良好教育的中高阶层移民国外，本国教育系统瘫痪，导致人才奇缺，电力人才更是严重不足。伊拉克W电厂运行人员的运行水平及个人素养就非常明显的说明了这一点，仅部分专工或者班长级别的接受过正规大学/职校教育，有石油或者电厂工作经历，而巡操人员多为工厂工人或者农民，对电厂设备及系统完全陌生，较为懒散、纪律性差、责任心不强。
另外，伊拉克当地备件采购非常不便，即使是标准配件（不锈钢螺栓、阀门等），都需要进口，不仅价格贵，而且采购周期长。非标件或专业性配件就只能从中国采购，再运至伊拉克现场。在很多海外项目中都会遇到这种问题。
对于这些“国情”，国内设计院在电厂设计时并未充分考虑这些事情，而是照搬国内的典型设计，最后发生“水土不服”的情况。特别是近几年工程领域EPC模式向BOT或PPP模式过渡的过程中，通过项目运维（实践）来检验电厂设计的优劣，设计缺陷就暴露的非常明显。
化水系统作为火电厂非常重要的辅助系统，子系统杂而多，设备分布范围广，但运行人员配置精简，所以很多系统都是无人值守。因此设计院在施工图设计时必须遵循系统设计尽量简化、运行必须可靠、维护追求简单、工作量小的原则。
伊拉克W电厂空预器碱洗系统由于设备选型失误，给现场运维造成很大的困难和工作量，对设备也造成一定程度的损坏。循环水加浓硫酸系统设计安全隐患大，运行上存在较多不便和不合理之处，给系统维护增加非常大的工作量。
分析了空预器碱洗系统和循环水浓硫酸加药系统的运行缺陷之后，现场根据既有条件采用水力喷射器进行技术改造，改造后的系统明显简化，运行简单，安全可靠，关键是更适合伊拉克运行人员的操作方式和操作习惯，伊拉克业主及运行人员对此技改也是赞许有加，他们运行起来也得心应手。
水力喷射器由于结构简单，操作方便，占地面积小，采购及维护成本低，制作选材多样（满足安装环境及防腐要求）。而火电厂化水系统为低压系统，加上厂区压力水源（工业水、生活水、复用水、除盐水等）丰富，因此水力喷射器用处较为广泛。
近年来，在国家“走出去”及“一带一路”战略的指导下，越来越多的中国企业，特别是电力工程企业（如CMEC，SEC，DEC等）在东南亚、中东、南美、非洲等承接电厂EPC、BOT或PPP项目，而设计作为项目管理的一条主线，必须因地制宜，设计优化，而不要简单的套用中国典型设计，不仅造成人力、财力、物力的大量浪费，还给“中国产品”走出去造成负面影响。
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