660 MW超臨界機組給水弱氧化性處理技術(shù)應(yīng)用評價

張山山，王仁雷，晉銀佳，衡世權(quán)，朱 躍

（華電電力科學(xué)研究院有限公司，浙江杭州310030）

火電廠的水汽品質(zhì)直接影響熱力設(shè)備的腐蝕防護狀態(tài)和水平，進而影響機組運行安全、技術(shù)和經(jīng)濟性能〔1-2〕，而機組水汽品質(zhì)的直接決定因素是給水處理方式，目前給水處理方式根據(jù)腐蝕防護原理主要分為還原性全揮發(fā)處理方式〔AVT（R）〕〔3〕、弱氧化性全揮發(fā)處理方式〔AVT（O）〕〔3〕、加氧處理方式（OT）〔3〕及弱氧化性處理方式（WOT）〔4〕。其中弱氧化性處理方式是通過溶解氧和氨的精準控制，重點對凝結(jié)水、給水系統(tǒng)實施局部氧化性防護，防止外加溶氧進入蒸汽系統(tǒng)，規(guī)避溶氧對蒸汽系統(tǒng)的風(fēng)險，控制省煤器入口溶氧為 5～7 μg/L、給水 pH 不低于 9.30，從而實現(xiàn)給水、疏水系統(tǒng)快速氧化性轉(zhuǎn)化和有效防護，提高機組的腐蝕防護水平。

1 WOT技術(shù)原理及要點

WOT給水處理方式是一種全面考慮水汽系統(tǒng)防護，階段優(yōu)化控制凝結(jié)水、省煤器溶氧和pH，采取系統(tǒng)優(yōu)化保障技術(shù)，實現(xiàn)給水、疏水系統(tǒng)快速氧化性轉(zhuǎn)化及有效防護的處理方式。WOT給水處理方式的主要特點：（1）取消聯(lián)氨，徹底關(guān)閉除氧器排汽；（2）采用WOT溶解氧精準控制技術(shù)，通過凝結(jié)水泵入口負壓加氧和高壓給水微氧控制，控制省煤器入口溶氧為5～7 μg/L，實現(xiàn)給水系統(tǒng)氧化性轉(zhuǎn)化和防護，安全、快速實現(xiàn)WOT轉(zhuǎn)化。同時能有效控制溶解氧在水冷器和省煤器被完全消耗，保證下游高溫部分安全，避免加速過熱器、再熱器氧化皮生長和剝落〔5-7〕；（3）調(diào)整給水加氨，優(yōu)化pH控制，實現(xiàn)精處理出口一點加氨的加藥方式，確認給水pH的期望值控制方式和以電導(dǎo)率為核心參數(shù)的精準監(jiān)控方法；（4）精處理混床采用氫型運行，提高熱力系統(tǒng)汽水品質(zhì)。

2 WOT給水處理方式的應(yīng)用

2.1 機組概況

某電廠660 MW機組鍋爐系東方鍋爐廠生產(chǎn)的超臨界變壓直流爐，機組于2012年4月投產(chǎn)，設(shè)計給水處理采用還原性AVT（R）方式。

AVT（R）即采取“給水加氨+聯(lián)氨”方式，其基本原理是全系統(tǒng)除氧運行，處于強還原性的條件，金屬表面形成了雙層Fe3O4氧化膜，由致密的Fe3O4內(nèi)伸層和多孔、疏松的Fe3O4外延層構(gòu)成。當局部水流條件惡化時，外延層不耐水流的沖擊，水的氧化能力非常弱，不能將Fe2+氧化為Fe3+并隨后轉(zhuǎn)化為具有保護作用的α-Fe2O3氧化膜覆蓋層，因此，F(xiàn)e3O4氧化膜處于活化狀態(tài)，給水系統(tǒng)局部可能會發(fā)生流動加速腐蝕（FAC）。

機組運行期間，汽水系統(tǒng)鐵含量合格率較低，2014年8月—12月份期間省煤器入口鐵含量變化如圖1所示。其中鐵含量的測定采用《鍋爐用水和冷卻水分析方法 鐵的測定》（GB/T 14427—2017）中的石墨爐原子吸收法。

圖1 2014年AVT（R）工況下省煤器入口鐵含量

從圖1可以看出，給水采用AVT（R）方式穩(wěn)定后，監(jiān)測汽水鐵質(zhì)量濃度長期維持在15～21 μg/L。2015年3月至5月，對機組大修檢查，發(fā)現(xiàn)水冷壁、省煤器、汽輪機葉片存在高沉積問題，已經(jīng)達到化學(xué)清洗標準〔8〕。為降低沉積率，提高機組運行的安全性和經(jīng)濟性，在對機組進行化學(xué)清洗并取得優(yōu)良效果后，于2015年7月將機組給水處理方式由AVT（R）改為WOT。

2.2 WOT給水方式工況控制

2.2.1 溶解氧的精準控制

凝結(jié)水負壓加氧控制。凝結(jié)水入口溶解氧調(diào)整至 70～100 μg/L， 控制省煤器入口溶解氧＜10 μg/L，加速凝結(jié)水系統(tǒng)和低加系統(tǒng)的快速轉(zhuǎn)化。當凝結(jié)水系統(tǒng)和低加系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化完成后，連續(xù)低流量和低濃度加入，控制除氧器入口溶氧為30～50 μg/L。

高壓給水微氧精準控制。通過溶氧雙向調(diào)節(jié)能力的高壓給水微氧精準控制裝置〔9〕對高壓給水微氧實現(xiàn)精準控制，當省煤器入口溶解氧為5～7 μg/L時，標志著除氧器和高加系統(tǒng)轉(zhuǎn)化完成，此時嚴格控制省煤器入口溶氧含量（5～7 μg/L），使溶氧在水冷器和省煤器被完全消耗，防止溶氧進入下游系統(tǒng)。

2.2.2 加氨量控制

對于AVT（R），因除氧器排汽，為彌補除氧器下游加氨量的損失，加氨點設(shè)置為兩點，即精處理出口和除氧器出口。而對于WOT，因除氧器出口排汽門被關(guān)死，此處基本不存在氨量的損失。因此，除氧器出口的加氨點可取消，在精處理出口一次性按要求將氨量加足，全面實現(xiàn)水汽系統(tǒng)pH和加氨的優(yōu)化控制。

2.2.3 給水pH控制

WOT 轉(zhuǎn)化前期，維持給水較高的 pH（9.4～9.5），以降低鐵的腐蝕速率，鐵含量穩(wěn)定一段時間后，分階段逐漸降低給水pH，以延長精處理的運行周期。由于無溶氧進入蒸汽和疏水系統(tǒng)，要保證疏水系統(tǒng)較好的防護效果，在維持給水較高的pH和延長精處理運行周期中尋找平衡點，維持給水高pH的代價就是給水中氨濃度加大，造成精處理制水周期縮短和出水水質(zhì)下降。因此，WOT轉(zhuǎn)化完成后，維持pH不低于9.30。

3 WOT的效果評價

AVT（R）工況下和WOT工況下，對給水鐵含量、鍋爐受熱面結(jié)垢情況、汽輪機葉片積鹽情況和高溫過熱器管樣內(nèi)壁氧化皮進行對比分析，從而對WOT給水處理方式的運行效果進行評價。

3.1 給水鐵含量情況

省煤器入口含鐵量是機組運行時最重要最可靠的評價給水處理效果的參數(shù)。2015年WOT方式轉(zhuǎn)化穩(wěn)定后，機組省煤器入口鐵含量變化如圖2所示。

圖2 2015年WOT工況下省煤器入口鐵含量

由圖2可見，WOT方式轉(zhuǎn)化穩(wěn)定后給水含鐵量基本趨于穩(wěn)定，絕大部分時間段滿足《火力發(fā)電機組及蒸汽動力設(shè)備水汽質(zhì)量標準》（GB/T 12145—2016）中小于 3 μg/L 的規(guī)定〔10〕，平均值為 2.6 μg/L，且鐵質(zhì)量濃度小于3 μg/L的比例占了85.90%。對比圖1可以看出，WOT工況下，給水鐵含量顯著降低，說明WOT取得了較好的防護效果。

3.2 鍋爐受熱面結(jié)垢情況

AVT（R）工況下，水冷壁管內(nèi)壁沉積物呈灰黑色，是典型的Fe3O4垢，沉積速率較高；省煤器管內(nèi)壁沉積物分層現(xiàn)象明顯，沉積速率較高。WOT工況下，水冷壁管內(nèi)壁沉積物呈淺棕紅色，省煤器管內(nèi)壁沉積物呈紅綜色，沉積速率均明顯降低。AVT（R）和WOT給水處理方式下，2次大修期間檢測的水冷壁和省煤器的結(jié)垢速率見表1。

表1 水冷壁和省煤器的結(jié)垢速率

從表1可以看出，AVT（R）工況下，水冷壁和省煤器的結(jié)垢速率較高，結(jié)垢速率評價為三類。實施WOT方式后，水冷壁和省煤器的結(jié)垢速率顯著降低，結(jié)垢速率評價為一類。

3.3 汽輪機葉片積鹽情況

對比了在AVT（R）和WOT工況下汽輪機葉片的積鹽情況。數(shù)據(jù)表明，AVT（R）工況下，汽輪機葉片積鹽較嚴重，汽輪機葉片沉積速率約 10.14 mg/（cm2·a）；WOT工況下，汽輪機葉片基本無積鹽現(xiàn)象，汽輪機葉片沉積速率約 0.96 mg/（cm2·a），沉積速率明顯降低，說明WOT給水處理方式可明顯降低熱力系統(tǒng)積鹽速率。

3.4 過熱器氧化皮情況

AVT（R）和WOT工況下，分別割取高溫過熱器管進行內(nèi)壁氧化皮分析?？梢钥闯?，AVT（R）工況下，高溫過熱器管樣內(nèi)壁氧化皮出現(xiàn)剝落現(xiàn)象，殘余未剝落的氧化皮呈銀灰色，剝落后新裸露基底呈黑灰色，其SEM照片呈現(xiàn)出氧化皮發(fā)生剝落，結(jié)構(gòu)疏松，呈網(wǎng)狀高孔隙、分層現(xiàn)象；而WOT工況下，高溫過熱器管樣內(nèi)壁氧化皮呈黑灰色，其結(jié)構(gòu)完整致密，未發(fā)生任何剝落，是典型的尖晶石緊密結(jié)晶。由此可見，WOT給水處理方式可明顯降低氧化皮生長及剝落，具有良好的腐蝕防護性能。

4 結(jié)論

（1）660 MW超臨界直流爐采用WOT給水方式，省煤器入口含鐵量明顯降低，大部分時段鐵質(zhì)量濃度滿足《火力發(fā)電機組及蒸汽動力設(shè)備水汽質(zhì)量標準》（GB/T 12145—2016）中小于 3 μg/L 的規(guī)定；鍋爐受熱面結(jié)垢和汽輪機葉片積鹽速率明顯降低；過熱器氧化皮結(jié)構(gòu)完整致密，是典型的尖晶石緊密結(jié)晶，未發(fā)生任何剝落，具有良好的腐蝕防護性能。

（2）WOT通過在凝結(jié)水負壓加氧和高壓給水微氧控制，實現(xiàn)了凝結(jié)水和給水溶氧量的精準控制，避免溶氧進入高溫蒸汽側(cè)，嚴格控制省煤器入口溶氧為5～7 μg/L、給水pH不低于9.30，從而實現(xiàn)給水、疏水系統(tǒng)快速氧化性轉(zhuǎn)化和有效防護，顯著提高了機組的腐蝕防護水平和安全運行水平。

（3）WOT取消了聯(lián)氨的使用，提高了相關(guān)受熱器的傳熱效率，延長了酸洗周期，產(chǎn)生直接和間接經(jīng)濟效益，關(guān)閉全部除氧器排汽，降低了水耗和煤耗，具有良好的經(jīng)濟和環(huán)境效益。