660MW超臨界機組給水加氧處理試驗

楊彥科

（華北電力科學研究院（西安）公司，西安 710065）

660MW超臨界機組給水加氧處理試驗

楊彥科

（華北電力科學研究院（西安）公司，西安 710065）

某電廠660MW超臨界機組采用還原性全揮發(fā)處理方式進行給水處理，存在鍋爐受熱面結(jié)垢速率偏高、鍋爐化學清洗周期縮短等問題。為解決上述問題，依該機組進行了給水加氧處理試驗。試驗表明，加氧處理后，水汽系統(tǒng)鐵的質(zhì)量濃度明顯降低，省煤器入口給水鐵的質(zhì)量濃度由8.0～13.5μg／L降低至1.0μg／L以下；給水加氧后氨加入量減少60%以上，精處理混床運行周期延長2～3倍，預計周期制水量將超過20萬t。不但可減少精處理再生酸、堿耗及自用水量，而且可降低再生廢液排放量，有利于環(huán)保。

超臨界機組；還原性全揮發(fā)處理方式；給水加氧處理；精處理混床

0 引言

某電廠660MW國產(chǎn)超臨界表面式間接空冷燃煤發(fā)電機組，于2011年3月通過168 h試運行后投入商業(yè)運行。該機組目前給水處理方式為還原性全揮發(fā)處理（AVT（R））方式。AVT（R）是通過降低給水的含氧量并加入氨提高水汽系統(tǒng)的pH值，同時加入聯(lián)氨除去給水剩余的氧，使水汽系統(tǒng)處于還原性條件下。給水AVT（R）時，碳鋼表面形成Fe3O4保護膜，該氧化膜在高溫水中有較高的溶解度，使碳鋼制造的高壓加熱器、給水管、省煤器及疏水系統(tǒng)等容易發(fā)生流動加速腐蝕，從而使給水、疏水的含鐵量較高，由此帶來鍋爐受熱面結(jié)垢速率偏高、鍋爐化學清洗周期縮短等問題。提高水汽pH值至9.5左右，能夠在一定程度上降低碳鋼的腐蝕和給水鐵含量。此時，凝結(jié)水中氨的質(zhì)量濃度為800～1 000 μg／L，這會明顯縮短混床運行周期，樹脂再生頻繁，再生劑的消耗量、自用水量及廢水排放量等會大大提高。

鍋爐給水加氧是目前解決超（超）臨界鍋爐受熱面結(jié)垢問題和汽輪機通流部件沉積、腐蝕問題的先進處理工藝，也是大型火力發(fā)電機組實現(xiàn)節(jié)能降耗的有效措施之一。根據(jù)國內(nèi)外有關(guān)電廠的運行經(jīng)驗，給水加氧處理可以解決直流鍋爐給水和疏水含鐵量較高、水冷壁管結(jié)垢速率偏大以及精處理混床氫型運行周期短等多方面的問題。

1 給水加氧處理的原理

鍋爐給水加氧處理技術(shù)的原理：當水的純度達到一定要求后（一般氫電導率小于0.15μS／cm），一定濃度的氧不但不會造成碳鋼的腐蝕，反而能使碳鋼表面形成均勻致密的Fe2O3+Fe3O4雙層結(jié)構(gòu)的保護膜，從而抑制給水、疏水系統(tǒng)碳鋼制設備的流動加速腐蝕。為了保證給水加氧處理的水質(zhì)，凝結(jié)水應進行全流量精處理，嚴格控制高速混床出水電導率小于0.10μS／cm。

2 主要試驗結(jié)果及分析

2.1 水汽品質(zhì)查定

2011年4月25日至28日，給水采用弱氧化性全揮發(fā)處理（AVT（O）），控制給水pH值為9.2～9.5，在此工況下機組進行水汽品質(zhì)全面查定試驗，結(jié)果見表1。檢測結(jié)果顯示，AVT（O）工況下，給水、過熱蒸汽氫電導率均小于0.10μS／cm，主要雜質(zhì)為Cl-及F-，但含量很低；Cl-來源于精處理混床氨型運行時的排代泄漏，F(xiàn)-主要來源于熱力系統(tǒng)焊接點含氟焊料的溶出物。再熱蒸汽氫電導率較高，在0.2μS／cm左右，主要由含量較高的磷酸根離子引起，磷酸根可能來源于取樣管基建期磷系防銹劑的殘留物，由于再熱蒸汽取樣流量較小，因此需要較長時間才能沖洗干凈，通過連續(xù)幾天加強排污，再熱蒸汽氫電導率已逐漸下降到0.10μS／cm左右。

以上查定結(jié)果表明，機組水汽品質(zhì)完全能夠滿足GB／T 12145—2008《火力發(fā)電機組蒸汽動力設備水汽質(zhì)量》和DL／T 912—2005《超臨界火力發(fā)電機組水汽質(zhì)量標準》的要求，也能達到給水加氧處理對水汽品質(zhì)的要求。

AVT（O）工況下，水汽系統(tǒng)腐蝕產(chǎn)物中鐵的質(zhì)量濃度檢測結(jié)果見表2。結(jié)果表明，水汽系統(tǒng)鐵的質(zhì)量濃度偏高，除氧器出口、給水、高壓加熱器疏水鐵的質(zhì)量濃度均在10μg／L左右，表明AVT（O）工況下水汽系統(tǒng)存在一定程度的流動加速腐蝕現(xiàn)象。

表1 AVT（O）工況下水汽系統(tǒng)氫電導率和陰離子查定結(jié)果（2011年）

表2 AVT（O）工況下水汽系統(tǒng)腐蝕產(chǎn)物中鐵的質(zhì)量濃度測試結(jié)果（2011年） μg／L

2.2 給水加氧轉(zhuǎn)換調(diào)試結(jié)果

2011年4月28日，16：12開始向除氧器出口下水管加氧，維持初始加氧量100～150μg／L；16：16開始向精處理設備出口加氧，維持初始加氧量30～150 μg／L。在精處理設備出口加氧約0.5h后，除氧器入口氧含量開始明顯升高，表明低壓給水系統(tǒng)很快被鈍化；04-29 T 19：00，通知主控關(guān)閉高加疏水連續(xù)排氣門和除氧器排氣門。05-12 T 16：30，省煤器入口給水取樣點監(jiān)測到氧含量升高，表明給水系統(tǒng)實現(xiàn)加氧工況的轉(zhuǎn)換，隨后繼續(xù)進行氧量的平衡過程。由于取樣管本身氧化膜轉(zhuǎn)換也要消耗氧，而取樣流量一般很低，攜帶溶解氧量很少，因此取樣管氧化膜的轉(zhuǎn)換需要較長時間，即實際熱力系統(tǒng)氧化膜轉(zhuǎn)換時間應比檢測到有氧時間短得多。此外，省煤器入口給水取樣管在17m平臺以上為?32mm的碳鋼，管徑較粗且管線較長（估計超過100m），取樣管氧化膜轉(zhuǎn)換需要消耗較多的氧，因此省煤器入口給水監(jiān)測到有氧的時間延長，存在明顯滯后現(xiàn)象。

2.3 pH值調(diào)整過程及結(jié)果

加氧調(diào)試初期階段，機組加氨方式為凝結(jié)水和給水兩點加氨，即精處理設備出口母管和除氧器出口各一點。在此加氨方式下，低壓給水系統(tǒng)pH值控制較低，可通過除氧器出口加氨提高給水pH值，這種加氨方式主要用于低壓加熱器為銅材質(zhì)的系統(tǒng)。由于低壓給水加熱器為不銹鋼，因此可將加氨方式改為精處理設備出口一點加氨，以保證除氧器入口較高的pH值，從而有利于低壓給水管路、除氧器等設備的防腐，并節(jié)約給水加氨泵的運行和維護費用。05-01 T 20：14停止給水加氨，改為精處理設備出口一點加氨。

5月15日至17日，調(diào)整凝結(jié)水加氨泵，控制除氧器入口給水電導率在3.5～4.5μS／cm，以維持給水pH值為9.1～9.2。從5月17日開始，進一步降低凝結(jié)水加氨量，控制除氧器入口給水的電導率為2.5～3.5μS／cm，給水pH值降至9.0～9.1。

2.4 加氧調(diào)試過程水汽系統(tǒng)鐵含量的變化

爐前給水系統(tǒng)腐蝕產(chǎn)物鐵的生成、遷移量明顯降低，是加氧處理工藝優(yōu)越性的特征之一，也是給水加氧處理效果的最直接體現(xiàn)。機組加氧轉(zhuǎn)換過程中，水汽系統(tǒng)腐蝕產(chǎn)物鐵含量的變化情況見表3。

由表3可知，完成加氧處理（OT）后，省煤器入口給水鐵的質(zhì)量濃度由AVT（O）工況下的9.3μg／L下降到0.4μg／L，而除氧器入口、出口鐵的質(zhì)量濃度也降至0.5μg／L以下。降低水汽pH值后鐵的質(zhì)量濃度仍維持在很低的水平，表明爐前給水系統(tǒng)金屬表面形成良好的保護性氧化膜。給水鐵的質(zhì)量濃度明顯降低，利于降低鍋爐的結(jié)垢速率，提高機組運行的經(jīng)濟性和可靠性。降低水汽pH值后，高壓加熱器疏水取樣點檢測到鐵的質(zhì)量濃度有所升高，由AVT（O）工況下的11.7μg／L升高至20.9μg／L，隨后緩慢下降。考慮到高壓加熱器疏水會回收至除氧器，其流量一般占給水總流量的15%以上，當高壓加熱器疏水鐵的質(zhì)量濃度為11.7μg／L時，除氧器出口鐵的質(zhì)量濃度至少增加1.6μg／L。但檢測結(jié)果顯示，降低pH值后除氧器出口鐵的質(zhì)量濃度一直穩(wěn)定在1.0μg／L以下，因此認為高壓加熱器疏水鐵的質(zhì)量濃度增加可能是由降低pH值后取樣管內(nèi)原沉積的氧化鐵溶出造成的，并不具有代表性。目前，高壓加熱器疏水鐵的質(zhì)量濃度呈緩慢下降趨勢。根據(jù)其他加氧機組的實際運行經(jīng)驗，隨著時間延長，高壓加熱器疏水鐵的質(zhì)量濃度會下降至較低水平。

此外，給水加氧處理前后，凝結(jié)水鐵的質(zhì)量濃度變化不太明顯，維持在1.0～3.0μg／L。一方面，凝結(jié)水氧含量基本不受給水加氧量影響，而主要取決于凝汽器真空度；另一方面，即使凝結(jié)水系統(tǒng)由于空氣的漏入而處于有氧狀態(tài)，但由于凝結(jié)水溫度較低及CO2的影響，金屬表面難以形成良好的氧化膜，因此加氧前、后凝結(jié)水鐵含量變化不大。由于凝結(jié)水全部經(jīng)過精處理系統(tǒng)，因此，這部分鐵不會進入鍋爐受熱面而產(chǎn)生沉積。

2.5 氫電導率變化原因分析

加氧轉(zhuǎn)換過程中，熱力系統(tǒng)氧化膜一般會釋放出少量雜質(zhì)，從而引起水汽氫電導率的升高。5月14日進行加氧轉(zhuǎn)換的高含氧量試驗時，水汽系統(tǒng)的氫電導率明顯升高，省煤器入口給水氫電導率最高升至0.274μS／cm，主蒸汽的氫電導率最高上升至0.288μS／cm。隨著加氧轉(zhuǎn)換完成，熱力系統(tǒng)水汽氫電導率均恢復至正常水平，小于0.10μS／cm。在加氧轉(zhuǎn)化初期階段，引起水汽氫電導率升高的主要是少量的氟離子、氯離子、硫酸根、磷酸根和二氧化碳等雜質(zhì)。當給水加氧使金屬氧化膜狀態(tài)發(fā)生變化時，原先氧化膜中的含碳化合物會被氧化形成有機酸和二氧化碳；而氧化膜物相變化時微孔中其他陰離子如Cl-，SO42-等也會被擠出，這些陰離子雜質(zhì)的溶出主要與熱力系統(tǒng)及取樣管氧化膜的轉(zhuǎn)變有關(guān)。此外，水汽系統(tǒng)F-主要來源于熱力系統(tǒng)焊接點含氟焊料的溶出物，磷酸根可能源于取樣管基建期間磷系防銹劑的殘留物，隨著機組運行時間的延長，會逐漸減小直至消失。

2.6 凝結(jié)水精處理混床出水水質(zhì)和運行周期

給水AVT（R）處理時，給水和疏水系統(tǒng)的保護膜為F3O4，其在純水中有較高的溶解度，為了降低水汽系統(tǒng)的鐵含量，通過向精處理設備出口凝結(jié)水加氨來調(diào)節(jié)水汽系統(tǒng)的pH值處于較高的范圍，標準規(guī)定給水的pH值為9.2～9.6，＃1機組給水pH值實際控制范圍為9.2～9.6，除氧器入口電導率為4.5～7.5μS／cm，相應氨的加入量為800～1 000 μg／L。

加氧轉(zhuǎn)化結(jié)束后，由于給水和疏水系統(tǒng)的保護膜為F2O3+F3O4，并且氧化膜靠水中的溶解氧維護，所以可適當降低水汽系統(tǒng)的pH值，DL／T 912—2005《超臨界火力發(fā)電機組水汽質(zhì)量標準》規(guī)定給水的pH值范圍為8.0～9.0，＃1機組給水pH值實際控制范圍為8.8～9.1，除氧器入口電導率設定值為3.0μS／cm，相應氨的加入量約為300μg／L。

表3 不同給水處理方式下水汽系統(tǒng)鐵的質(zhì)量濃度 μg／L

與AVT（R）工況相比，加氧工況下凝結(jié)水中氨的質(zhì)量濃度從800～1000μg／L降低到約300μg／L，氨的質(zhì)量濃度減少超過60%，由此推算精處理混床氫型方式運行周期將延長2～3倍，預計氫型運行周期制水量可達到20萬t以上（AVT（R）工況下周期制水量僅為6萬～8萬t）。由于混床再生次數(shù)大幅度減少，其自用水量、再生用酸堿使用量以及再生廢水排放量也隨之大幅度減少。

精處理混床運行出水水質(zhì)情況見表4。由表4可知，當混床以氫型方式運行時，出水的雜質(zhì)泄漏量均很低，Na+和Cl-的質(zhì)量濃度能滿足DL／T 912— 2005《超臨界火力發(fā)電機組水汽質(zhì)量標準》期望值小于1.0μg／L的要求。實際上，給水加氧處理后混床氫型運行周期大大延長，精處理混床出水水質(zhì)得到進一步的改善，這對提高機組水汽品質(zhì)，確保水汽質(zhì)量滿足超臨界機組的要求起到至關(guān)重要的作用。

對于精處理混床的運行終點，通常以氫電導率大于0.1μS／cm作為主要控制指標之一。但當混床開始漏氨時或進入氨型運行階段后，即使氫電導率小于0.1μS／cm，出水鈉離子和氯離子的質(zhì)量濃度也往往會超過1.0μg／L。而對于超臨界機組來說，Na+和Cl-是引起汽輪機腐蝕與積鹽的主要因素，應盡可能使水汽中Na+和Cl-的質(zhì)量濃度在期望值之內(nèi)（小于1.0μg／L），因此對于給水加氧機組來說，精處理混床應以氫型方式運行。

表4 精處理混床運行出水水質(zhì)情況（離子色譜法檢測）

3 結(jié)論

（1）給水加氧處理后，省煤器入口給水鐵的質(zhì)量濃度由9.3μg／L降低至1.0μg／L以下。在較低pH值（9.0～9.1）條件下，省煤器入口給水鐵的質(zhì)量濃度仍保持在低水平，小于1.0μg／L，表明給水系統(tǒng)已形成良好的保護膜。給水鐵的質(zhì)量濃度降低將有效減緩鍋爐受熱面的結(jié)垢速度，延長鍋爐的化學清洗周期。

（2）OT工況下，給水pH值控制范圍為9.0～9.1，相應氨的加入量約300μg／L，與AVT（R）工況相比，凝結(jié)水中氨含量減少60%以上。

（3）凝結(jié)水氨含量的降低使得精處理氫型運行周期明顯延長，氫型運行周期制水量超過20萬t，可以降低樹脂再生酸堿耗、自用水量及酸堿廢液排放等。（4）精處理氫型運行周期延長及給水pH值的進一步降低，可提高機組的水汽品質(zhì)，對防止汽輪機通流部件的積鹽與腐蝕有利。

［1］李培元.火力發(fā)電廠水處理及水質(zhì)控制［M］.北京：中國電力出版社，2000.

［2］何輝純.重視水流加速腐蝕（FAC）的危害［C］／／中國電機工程學會電廠化學專委會第六屆學術(shù)研討會論文集.蘇州：中國電機工程學會，2000.

［3］DL／T 805.4—2004火電廠汽水化學導則第4部分：鍋爐給水處理［S］.

（本文責編：白銀雷）

TK 223.5

：B

：1674-1951（2015）01-0005-04

楊彥科（1975—），男，寧夏中寧人，高級工程師，從事電廠化學研究及基建調(diào)試方面的工作（E-mail：yyk1210＠qq.com）。

2014-06-26；

2014-09-27