高壓加熱器汽液相變區(qū)氧化處理技術(shù)在超超臨界發(fā)電機(jī)組上的應(yīng)用

施國(guó)忠，劉春紅

（浙江浙能技術(shù)研究院有限公司，杭州 310003）

高壓加熱器汽液相變區(qū)氧化處理技術(shù)在超超臨界發(fā)電機(jī)組上的應(yīng)用

施國(guó)忠，劉春紅

（浙江浙能技術(shù)研究院有限公司，杭州 310003）

傳統(tǒng)的給水加氧工藝由于存在過(guò)熱器氧化皮剝落風(fēng)險(xiǎn)，危及機(jī)組安全運(yùn)行，而給水低氧處理工藝又無(wú)法徹底解決給水和汽液相變區(qū)流動(dòng)加速腐蝕的問(wèn)題。對(duì)超超臨界發(fā)電機(jī)組高壓加熱器汽液相變區(qū)采用氧化處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)精確、定點(diǎn)、定量加氧處理，成功解決了高壓加熱器汽液相變區(qū)的流動(dòng)加速腐蝕問(wèn)題，又避免了過(guò)熱器氧化皮剝落的風(fēng)險(xiǎn)，提高了機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)性。高加汽液相變區(qū)進(jìn)行氧化處理后，致密的Fe2O3氧化膜轉(zhuǎn)化速度快，高加疏水Fe濃度下降達(dá)85%，F(xiàn)e濃度小于1 μg/L。

超超臨界機(jī)組；高壓加熱器；汽液相變區(qū)；氧化處理；腐蝕

0 引言

隨著火力發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)與設(shè)備制造技術(shù)日漸成熟，高參數(shù)、大容量的火電機(jī)組不斷投入，對(duì)熱力設(shè)備的材料、熱力循環(huán)系統(tǒng)蒸汽化學(xué)水工況提出了更高的要求，才能滿足高參數(shù)條件下機(jī)組材料和設(shè)備安全的需要。超超臨界機(jī)組傳統(tǒng)的AVT（給水系統(tǒng)全揮發(fā)處理）工況運(yùn)行時(shí)[1]，F(xiàn)AC（流動(dòng)加速腐蝕）問(wèn)題嚴(yán)重[2]，熱力設(shè)備的腐蝕、結(jié)垢、鹽類沉積會(huì)對(duì)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)、安全和壽命造成損害[3]。

采用給水加氧工藝能解決給水系統(tǒng)的FAC問(wèn)題，但傳統(tǒng)給水加氧工藝是在給水段加入過(guò)量的氧，消除給水側(cè)FAC外，讓過(guò)量氧氣通過(guò)過(guò)熱器進(jìn)入高壓加熱器（簡(jiǎn)稱高加）回?zé)嵯到y(tǒng)消除汽液相變區(qū)FAC，但超超臨界機(jī)組過(guò)熱器因進(jìn)氧容易發(fā)生氧化皮大量剝落導(dǎo)致機(jī)組停運(yùn)，危及機(jī)組的安全[4-5]。為了避免氧化皮大量剝落，只能采用給水低氧處理，使高加汽液相變區(qū)無(wú)氧而無(wú)法消除該區(qū)域的FAC。

某660 MW超超臨界機(jī)組，鍋爐為超超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行螺旋管圈直流爐，單爐膛、一次中間再熱、采用四角切圓燃燒方式、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼懸吊∏型結(jié)構(gòu)、露天布置燃煤鍋爐。自機(jī)組投運(yùn)以來(lái)一直采用還原性工況運(yùn)行，高加疏水調(diào)節(jié)閥堵塞頻繁，高加需經(jīng)常撤出運(yùn)行清理調(diào)節(jié)閥，清理后半個(gè)月內(nèi)開度仍從65%增大到90%。機(jī)組檢修發(fā)現(xiàn)閥籠全部堵塞，如圖1所示，經(jīng)分析堵塞物為磁性Fe3O4，為FAC產(chǎn)物[5-6]。鑒于存在著過(guò)熱器氧化皮剝落風(fēng)險(xiǎn)，采用傳統(tǒng)的給水加氧處理工藝或者單純的給水低氧處理方式，無(wú)法徹底解決給水和汽液相變區(qū)FAC問(wèn)題。

圖1 高加疏水閥堵塞情況

1 高加汽液相變區(qū)氧化處理裝置簡(jiǎn)介

基于高加汽液相變區(qū)FAC問(wèn)題，提出火力發(fā)電機(jī)組高加汽液相變區(qū)氧化處理技術(shù)，以高壓加熱器一級(jí)抽汽進(jìn)口為高加汽側(cè)加氧點(diǎn)，針對(duì)高溫、高壓、難穩(wěn)流、難控制等特點(diǎn)，開發(fā)了增壓、穩(wěn)壓、穩(wěn)流一體化自動(dòng)氧化處理裝置，如圖2所示，實(shí)現(xiàn)精確、定點(diǎn)、定量加氧處理，既解決了汽液相變區(qū)的FAC，又避免了過(guò)熱器氧化皮剝落的風(fēng)險(xiǎn)。

圖2 高低壓一體化加氧裝置示意

高加汽液相變區(qū)氧化處理技術(shù)，以1號(hào)高加疏水溶氧為控制目標(biāo)。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，以高加一級(jí)抽氣壓力和1號(hào)高加疏水溶氧為控制因素，通過(guò)前饋?zhàn)饔煤蚉ID補(bǔ)償調(diào)節(jié)，保證高加疏水氧量的穩(wěn)定控制，實(shí)現(xiàn)精確自動(dòng)控制。

2 應(yīng)用結(jié)果與討論

2.1 高加疏水鐵的變化

圖3為機(jī)組高加汽液相變區(qū)采用氧化處理技術(shù)后高加疏水Fe的變化情況。AVT工況下，高加汽液相變區(qū)流動(dòng)加速腐蝕嚴(yán)重，高加疏水Fe濃度大，易導(dǎo)致高加疏水調(diào)節(jié)閥堵塞。

圖3 高加汽側(cè)加氧后高加疏水Fe的變化

在高壓汽液相變區(qū)采用氧化處理技術(shù)，進(jìn)行高加汽側(cè)加氧，隨著致密氧化膜的逐步形成，ORP（氧化還原電位）穩(wěn)定上升，高加疏水Fe濃度逐步下降。當(dāng)3號(hào)高加疏水ORP穩(wěn)定上升至+50 mV時(shí)，3號(hào)高加疏水Fe濃度從7 μg/L逐步下降至1 μg/L以下，高加疏水Fe濃度下降85%。

2.2 給水中鐵的變化

給水主要來(lái)自兩部分，一是凝結(jié)水經(jīng)精處理混床處理后的出水，二是來(lái)自高加疏水。在高加汽液相變區(qū)未進(jìn)行氧化處理工況下，機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，高加疏水Fe濃度含量高，省煤器出口Fe濃度大；在高加汽側(cè)加氧后，同期給水未加氧的情況下，由于高加疏水Fe含量下降，此時(shí)給水Fe濃度明顯好轉(zhuǎn)，呈逐步下降趨勢(shì)。

2.3 高加疏水系統(tǒng)溶氧消耗的變化

超超臨界機(jī)組高加汽液相變區(qū)采用氧化處理時(shí)，1號(hào)高加疏水溶氧與3號(hào)高加疏水溶氧變化規(guī)律如圖4所示。

第一階段：高加汽側(cè)加氧初期，F(xiàn)e2O3氧化膜轉(zhuǎn)化速度快，高加疏水系統(tǒng)溶氧消耗量大，1號(hào)高加疏水和3號(hào)高加疏水均無(wú)溶氧。

第二階段：1號(hào)高加段氧化膜逐步形成完整，1號(hào)高加疏水出現(xiàn)溶氧，而3號(hào)高加段氧化膜仍在轉(zhuǎn)化，此時(shí)3號(hào)高加疏水仍然無(wú)溶氧，1號(hào)高加疏水溶氧與3號(hào)高加疏水溶氧的差值范圍在2～8 μg/L。

第三階段：隨著整個(gè)高加系統(tǒng)氧化膜的形成完整和穩(wěn)定，1號(hào)高加疏水與3號(hào)高加疏水均出現(xiàn)溶氧，兩者差值穩(wěn)定在10～20 μg/L。

圖4 高加疏水系統(tǒng)溶氧消耗的變化

圖5 氧化處理前后機(jī)組額定負(fù)荷下1號(hào)高加正常疏水調(diào)節(jié)閥開度的變化

2.4 氧化前后1號(hào)高加正常疏水閥開度曲線對(duì)比

高加汽液相變區(qū)采用氧化處理前1號(hào)高加疏水調(diào)節(jié)閥堵塞嚴(yán)重，閥孔幾乎全堵，堵塞物主要為磁性Fe3O4。加氧后1號(hào)高加疏水調(diào)節(jié)閥明顯改善，閥孔清潔干凈，未出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。

高加氧化處理前后，機(jī)組額定負(fù)荷下1號(hào)高加正常疏水調(diào)節(jié)閥開度的變化如圖5所示。加氧前1號(hào)高加疏水調(diào)節(jié)閥閥籠堵塞嚴(yán)重，開度接近90%，堵塞物主要為磁性Fe3O4，更換閥芯后，滿負(fù)荷狀態(tài)下1號(hào)高加疏水調(diào)節(jié)閥開度也呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。氧化處理后，高加疏水Fe含量明顯下降，此時(shí)1號(hào)高加疏水調(diào)節(jié)閥狀況明顯改善，閥孔清潔干凈，滿負(fù)荷下1號(hào)高加正常疏水調(diào)節(jié)閥開度一直控制平穩(wěn)在65%左右，無(wú)上升趨勢(shì)。

3 結(jié)語(yǔ)

超超臨界發(fā)電機(jī)組高壓加熱器汽液相變區(qū)采用氧化處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)精確、定點(diǎn)、定量加氧處理，效果顯著：

（1）高加汽液相變區(qū)形成致密的Fe2O3氧化膜轉(zhuǎn)化速度快，高加疏水Fe濃度穩(wěn)定在1 μg/L以下，省煤器結(jié)垢速率下降近50%。

（2）高加汽液相變區(qū)氧化處理技術(shù)解決了高加汽液相變區(qū)的FAC問(wèn)題，又避免了過(guò)熱器氧化皮剝落的風(fēng)險(xiǎn)，確保了超（超）臨界機(jī)組運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

[1]DL/T 805.4-2004火電廠汽水化學(xué)導(dǎo)則 第4部份：鍋爐給水處理[S].北京：中國(guó)電力出版社，2004.

[2]何輝純.重視水流加速腐蝕（FAC）的危害[C]//第六屆全國(guó)電廠化學(xué)學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集，2000.

[3]ALEXANDER Y，SUPERFIN，PRABHAT KUMAR SINHA.Alternative boiler feedwater treatment by using the oxygenated technique[C]//International Water Conference, 1993.

[4]徐洪.給水加氧處理引發(fā)蒸汽通道氧化皮剝落的機(jī)理[J].動(dòng)力工程學(xué)報(bào)，2011，31（9）∶672-677，699.

[5]徐洪.基于“環(huán)境破壞說(shuō)”的氧化皮剝落理論[J].動(dòng)力工程學(xué)報(bào)，2012，32（9）∶733-740.

原標(biāo)題：高壓加熱器汽液相變區(qū)氧化處理技術(shù)在超超臨界發(fā)電機(jī)組應(yīng)用研究

（本文編輯：陸 瑩）

Study on Oxygenated Treatment of High-pressure Heater Steam-Liquid Phase Transition Zone for Ultra-Supercritical Units

SHI Guozhong，LIU Chunhong
（Zhejiang Zheneng Technology Research Institute Co.，Ltd.，Hangzhou 310003，China）

The traditional oxygenated treatment of feedwater jeopardizes operation safety of units due to falling-off of oxide skin of superheater.However，low oxygenated treatment of feedwater can not drastically eliminate flow accelerated corrosion of feedwater and steam-liquid phase transition zone.After oxygenated treatment in steam-liquid phase transition zone of high-pressure heater of ultra-supercritical units，accurate，fixedpoint and quantitative oxygenated treatment is achieved and flow accelerated corrosion of phase transition zone for high-pressure heater is successfully eliminated；in the meantime，the risk of oxide skin falling-off of superheater is prevented and the security and economical efficiency of the units are improved.After oxygenated treatment of steam-liquid phase transition zone，conversion speed of the dense Fe2O3oxide film is fast，F(xiàn)e concentration of high-pressure heater drainage decreases by 85%and Fe concentration is less than 1 μg/L.

ultra-supercritical units；high-pressure heater；steam-liquid phase transition zone；oxygenated treatment；corrosion

TM621.8

B

1007-1881（2015）11-0012-03

2015-09-17

施國(guó)忠（1985），男，工程師，從事火電廠化學(xué)技術(shù)工作。