全保護(hù)加氧處理工藝在1052MW超超臨界機(jī)組應(yīng)用

郝建宏，劉 杰

(神華國華九江發(fā)電有限責(zé)任公司，江西 九江 332500)

1 引言

加氧處理具有有效抑制給水系統(tǒng)、高加疏水系統(tǒng)流動(dòng)加速腐蝕[1-3]、減緩鍋爐受熱面結(jié)垢速率[4]、延長鍋爐化學(xué)清洗周期[5]、抑制高加疏水調(diào)節(jié)閥堵塞[6]等優(yōu)勢，已成為超超臨界機(jī)組優(yōu)選的水處理化學(xué)工況。目前加氧處理在國內(nèi)外火力發(fā)電廠中得到了廣泛的應(yīng)用[7-10]。

神華國華九江發(fā)電有限責(zé)任公司1、2號機(jī)組出現(xiàn)鍋爐受熱面結(jié)垢速率較高和高加疏水調(diào)節(jié)閥堵塞問題，影響了機(jī)組的安全運(yùn)行。專家研究分析其根本原因?yàn)榱鲃?dòng)加速腐蝕產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物沉積，腐蝕產(chǎn)物主要為Fe3O4。而解決以上問題的根本方法是采用加氧處理工藝，使金屬表面形成致密的Fe2O3及Fe3O4雙層保護(hù)膜，該保護(hù)膜對水汽系統(tǒng)管道及熱力設(shè)備具有鈍化保護(hù)作用[11-14]。國華九江電廠對1、2號機(jī)組實(shí)施給水、高加疏水加氧處理，為機(jī)組的安全運(yùn)行提供重要保障。

2 研究方法

2.1 研究對象

國華九江電廠鍋爐為東方鍋爐股份有限公司的DG3035/29.3-II3型超超臨界、變壓直流爐，采用單爐膛、一次中間再熱、前后墻對沖燃燒方式、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊露天布置、鍋爐整體呈π型結(jié)構(gòu)。

凝結(jié)水精處理系統(tǒng)采用中壓凝結(jié)水處理，每臺(tái)機(jī)組由兩臺(tái)前置過濾器和四臺(tái)高速混床組成，精處理進(jìn)口母管設(shè)100%旁路?；齑苍跐M負(fù)荷及全揮發(fā)處理(AVT)工況下，周期制水量約12萬t。2臺(tái)機(jī)組的混床共用一套再生裝置包括1臺(tái)樹脂分離塔、1臺(tái)陰再生塔、1臺(tái)陽再生塔和1臺(tái)儲(chǔ)存塔。

1號機(jī)組和2號機(jī)組分別于2018年7月7日、2018年6月20日正式投產(chǎn)運(yùn)行。

2.1.1 機(jī)組水處理工況

機(jī)組原設(shè)計(jì)兩種給水處理運(yùn)行方式，即機(jī)組投運(yùn)初期，給水處理方式為加氨、加聯(lián)氨的還原性全揮發(fā)處理(AVT(R))，加氨點(diǎn)設(shè)計(jì)為兩點(diǎn)加氨，分別設(shè)置在凝結(jié)水精處理出口母管和除氧器出口下降管。機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定后，給水處理方式設(shè)計(jì)為加氧處理(OT)，加氧點(diǎn)為兩點(diǎn)加氧，分別設(shè)置在凝結(jié)水精處理出口母管和除氧器出口下降管。

給水加氧轉(zhuǎn)換前，1、2號機(jī)組采用只加氨的氧化性全揮發(fā)處理(AVT(O))，加氨方式為一點(diǎn)加氨，加氨點(diǎn)設(shè)置在精處理出口母管，控制給水pH值為9.2～9.6。

以上三種方式的水處理化學(xué)工況防腐機(jī)理[15-16]如表1所示。

表1 不同給水處理工況防腐機(jī)理

全揮發(fā)處理時(shí)，金屬表面生成Fe3O4氧化膜，該氧化膜疏松、溶解度高、保護(hù)性差，容易發(fā)生流動(dòng)加速腐蝕[17-19]，而加氧處理時(shí)，金屬表面形成了以內(nèi)伸層(Fe3O4)和覆蓋層(Fe2O3)為主的致密雙層氧化膜，能夠有效抑制流動(dòng)加速腐蝕[18]。因此，加氧處理工況更具有優(yōu)越性。

2.1.2 存在的問題

1、2號機(jī)組在正式運(yùn)行后，水處理工況為只加氨的氧化性全揮發(fā)處理，主要存在鍋爐結(jié)垢速率較快、高加疏水調(diào)節(jié)閥堵塞的問題。

2.1.2.1 結(jié)垢速率較快

2019年4月2號鍋爐檢修，對鍋爐受熱面割管進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)受熱面結(jié)垢速率較快。2號機(jī)組正式投產(chǎn)運(yùn)行約10個(gè)月后，省煤器垢量84.1g/m2，爐左包墻水冷壁向火側(cè)和背火側(cè)垢量分別為109.7、100.6g/m2，爐右包墻火側(cè)和背火側(cè)垢量則分別為91.8、91.6g/m2，雖未達(dá)到《火力發(fā)電廠鍋爐化學(xué)清洗導(dǎo)則》(DLT794-2012)要求(大于200g/m2)，但相比同類機(jī)組，結(jié)垢速率較快。

2.1.2.2 高加疏水調(diào)節(jié)閥堵塞

運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，1、2號機(jī)組高加疏水調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)堵塞，其根本原因?yàn)榱鲃?dòng)加速腐蝕產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物沉積，腐蝕產(chǎn)物主要為Fe3O4。

為解決國華九江電廠2臺(tái)機(jī)組鍋爐受熱面結(jié)垢速率較快、高加疏水閥堵塞的問題，經(jīng)組織專家研究分析，解決以上問題的根本方法是采用加氧處理工藝，使金屬表面形成致密的Fe2O3及Fe3O4雙層保護(hù)膜，以抑制流動(dòng)加速腐蝕。

因此，國華九江電廠于2019年9月采用全保護(hù)加氧裝置對1、2號機(jī)組實(shí)施給水、高加疏水加氧處理轉(zhuǎn)化試驗(yàn)，將給水處理方式由氧化性全揮發(fā)處理轉(zhuǎn)變?yōu)榧友跆幚?。加氧點(diǎn)分別設(shè)置在凝結(jié)水精處理出口母管、除氧器出口下降管及零號高壓加熱器進(jìn)汽管。

2.2 全保護(hù)加氧處理工藝

全保護(hù)加氧處理工藝是向給水中加入低濃度溶解氧，滿足給水系統(tǒng)防腐鈍化要求，控制蒸汽中基本無氧，避免蒸汽中較高濃度氧可能促進(jìn)過熱器及再熱器管道氧化皮剝落的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)向高加汽側(cè)單獨(dú)加氧以解決高加疏水系統(tǒng)腐蝕問題，實(shí)現(xiàn)對所有易發(fā)生腐蝕熱力設(shè)備的全面保護(hù)。全保護(hù)加氧裝置采用先進(jìn)的穩(wěn)壓工藝及控制理念，實(shí)現(xiàn)給水氣態(tài)精確加氧、高加疏水高壓加氧。

全保護(hù)加氧處理工藝目前在大唐撫州電廠[19]、神皖安慶電廠[20]等[21-22]電廠中已得到良好的應(yīng)用，衛(wèi)翔[22]、王清華[23]等[24]人認(rèn)為全保護(hù)加氧處理工藝是解決超超臨界機(jī)組水汽系統(tǒng)腐蝕、結(jié)垢，提高機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的安全處理方法之一。

2.3 加氧轉(zhuǎn)換試驗(yàn)

2.3.1 1號機(jī)組加氧轉(zhuǎn)換試驗(yàn)

2.3.3.1 氧量平衡

1號機(jī)組給水、凝結(jié)水及高加疏水均于2019年9月16日10∶10開始加氧。至9月19日1∶30高加疏水開始有氧，9月30日1∶09省煤器入口給水檢測到有氧，此后，水汽系統(tǒng)鐵含量維持在較低水平，表明熱力系統(tǒng)金屬氧化膜基本完成加氧轉(zhuǎn)化。試驗(yàn)過程水汽氧量變化如圖1所示。

1號機(jī)組于2019年9月16日11∶10、10月1日8∶00、9月20日8∶00分別控制除氧器入口氧含量為30～50μg/L、給水氧量為10～30μg/L、高加疏水氧量為10～150μg/L轉(zhuǎn)入加氧處理運(yùn)行。

2.3.3.2 pH優(yōu)化調(diào)整

1號機(jī)組氧量平衡后，給水及高加疏水系統(tǒng)的Fe2O3+Fe3O4雙層氧化膜主要依靠水中溶解氧維持，2019年10月12日，將1號機(jī)組給水pH值由加氧前的9.38左右降至9.05左右。

圖1 1號機(jī)組加氧轉(zhuǎn)換試驗(yàn)過程中水汽氧量變化圖

2.3.2 2號機(jī)組加氧轉(zhuǎn)換試驗(yàn)

2.3.2.1 pH優(yōu)化調(diào)整

2號機(jī)組給水、凝結(jié)水及高加疏水均于2019年9月16日10∶10開始加氧。至9月18日1∶00高加疏水開始有氧，9月27日23∶00省煤器入口給水檢測到有氧，此后，水汽系統(tǒng)鐵含量維持在較低水平，表明熱力系統(tǒng)金屬氧化膜基本完成加氧轉(zhuǎn)化。試驗(yàn)過程水汽氧量變化如圖2所示。

圖2 2號機(jī)組加氧轉(zhuǎn)換試驗(yàn)過程中水汽氧量變化圖

2號機(jī)組于2019年9月16日11∶40、9月28日8∶00、9月19日8∶00分別控制除氧器入口氧量為30～50μg/L、給水氧量為10～30μg/L、高加疏水氧量為10～150μg/L轉(zhuǎn)入加氧處理運(yùn)行。

2.3.2.2 pH優(yōu)化調(diào)整

1號機(jī)組氧量平衡后，給水及高加疏水系統(tǒng)的Fe2O3+Fe3O4雙層氧化膜主要依靠水中溶解氧維持，2019年10月12日，將1號機(jī)組給水pH值由加氧前的9.38左右降至9.05左右。

3 結(jié)果與討論

3.1 抑制流動(dòng)加速腐蝕

1、2號機(jī)組加氧處理后，控制各項(xiàng)指標(biāo)如下：除氧器入口氧量為30～50μg/L、給水氧量為10～30μg/L、高加疏水氧量為10～150μg/L，水汽pH值為9.0～9.1。

1號機(jī)組給水處理方式由氧化性全揮發(fā)處理(AVT(O))轉(zhuǎn)變?yōu)榧友跆幚?OT)后，省煤器入口給水鐵含量平均值從2.0μg/L降低至0.3μg/L，高加疏水鐵含量平均值則從3.9μg/L降低至0.4μg/L。1號機(jī)組不同給水處理方式下水汽系統(tǒng)鐵含量的對比如圖3所示。

圖3 1號機(jī)組不同給水處理方式下水汽系統(tǒng)鐵含量平均值

2號機(jī)組給水處理方式由氧化性全揮發(fā)處理(AVT(O))轉(zhuǎn)變?yōu)榧友跆幚?OT)后，省煤器入口給水鐵含量平均值從1.5μg/L降低至0.1μg/L，高加疏水鐵含量平均值則從3.1μg/L降低至0.2μg/L。2號機(jī)組不同給水處理方式下水汽系統(tǒng)鐵含量的對比如圖4所示。

圖4 2號機(jī)組不同給水處理方式下水汽系統(tǒng)鐵含量平均值

從圖3及圖4可以看出，加氧處理后，水汽系統(tǒng)的鐵含量小于1.0μg/L，表明金屬表面形成了良好的保護(hù)性金屬氧化膜，有效抑制了流動(dòng)加速腐蝕，進(jìn)而減緩鍋爐受熱面結(jié)垢速率。此外，2臺(tái)機(jī)組在加氧處理穩(wěn)定運(yùn)行后，高加疏水調(diào)節(jié)閥再未出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，解決了高加疏水調(diào)節(jié)閥堵塞的問題。

3.2 延長精處理混床周期制水量

OT處理方式下，給水系統(tǒng)形成保護(hù)性較好的鈍化膜，因此，可以降低給水pH值。1、2號機(jī)組OT處理后，將給水pH值由AVT(O)處理時(shí)的9.38(對應(yīng)電導(dǎo)率在6.5μS/cm)調(diào)整至OT處理時(shí)的9.05(對應(yīng)電導(dǎo)率在3.0μS/cm)。

電導(dǎo)率平均值在6.5μS/cm時(shí)，對應(yīng)的加氨量為960μg/L，電導(dǎo)率平均值在3.0μS/cm時(shí)，對應(yīng)的加氨量為312μg/L。1、2號機(jī)組加氨量變化如圖5、圖6所示。

圖5 1號機(jī)組加氧轉(zhuǎn)化過程中加氨量的變化

圖6 2號機(jī)組加氧轉(zhuǎn)化過程中加氨量的變化

1、2號機(jī)組經(jīng)加氧處理后，給水pH值降低至9.05，加氨量減少了67.5%，混床氫型運(yùn)行時(shí)周期制水量提高至原來的3.1倍，運(yùn)行周期大幅延長。

3.3 實(shí)現(xiàn)機(jī)組節(jié)水減排

1、2號機(jī)組加氧處理后，單臺(tái)機(jī)組全年混床再生次數(shù)由原來的121次降低至40次，混床樹脂再生酸用量減少約130t，堿用量減少約90t，減少了高鹽廢水的排放，同時(shí)除鹽水用量減少約32400t，實(shí)現(xiàn)了機(jī)組的節(jié)水減排。

3.4 實(shí)現(xiàn)全面保護(hù)

全保護(hù)加氧處理工況下，向給水系統(tǒng)中加入較低濃度溶解氧，滿足給水系統(tǒng)防腐鈍化要求，控制蒸汽基本無氧，能有效規(guī)避蒸汽中氧可能促進(jìn)氧化皮剝落風(fēng)險(xiǎn)，1、2號機(jī)組加氧轉(zhuǎn)化完成后，主蒸汽氧量和加氧均控制在較低范圍，在實(shí)現(xiàn)給水系統(tǒng)防腐的同時(shí)，有效避免了蒸汽中氧可能促進(jìn)再熱器、過熱器氧化皮剝落的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)通過向零號高壓加熱器進(jìn)汽管單獨(dú)加氧，解決了高加疏水系統(tǒng)防腐問題，實(shí)現(xiàn)了水汽系統(tǒng)熱力設(shè)備的全面保護(hù)。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

(1)通過加氧轉(zhuǎn)化試驗(yàn)，成功實(shí)現(xiàn)了1號、2號機(jī)組給水處理方式由氧化性全揮發(fā)處理(AVT(O))向加氧處理(OT)的轉(zhuǎn)化。

(2)加氧處理后，給水系統(tǒng)及高加疏水系統(tǒng)已形成良好的保護(hù)膜，有效抑制了給水系統(tǒng)及高加疏水系統(tǒng)的流動(dòng)加速腐蝕，減緩了鍋爐受熱面的結(jié)垢速率、解決了高加疏水調(diào)節(jié)閥堵塞問題。

(3)加氧處理后，給水的氨含量平均值由原來的960μg/L降至312μg/L，氨的加入量減少了約67.5%，精處理混床周期制水量提高至原來的3.1倍，混床運(yùn)行周期得到大幅延長。

(4)加氧處理后，單臺(tái)機(jī)組混床再生次數(shù)全年減少81次，減少了除鹽水用量及高鹽廢水的排放，實(shí)現(xiàn)了機(jī)組的節(jié)水減排。

(5)通過給水加氧，主蒸汽氧量基本無變化，對過熱器、再熱器氧化皮集中脫落無影響，同時(shí)通過高加疏水加氧，解決了高加疏水系統(tǒng)防腐問題，實(shí)現(xiàn)了對機(jī)組的全面保護(hù)。

4.2 建議

(1)在1、2號機(jī)組加氧處理穩(wěn)定運(yùn)行中，調(diào)整除氧器連續(xù)排氣門至微開狀態(tài)(開度30%)，一方面使除氧器得到更有效保護(hù)，另一方面可減少除氧器的排汽及熱量損失；同時(shí)關(guān)閉高壓加熱器連續(xù)排汽門，可以避免疏水中加入的氧氣因排汽消失以及氨濃度因排汽而減少，以有利于抑制高加疏水系統(tǒng)的流動(dòng)加速腐蝕。

(2)鑒于加氧處理能夠有效抑制流動(dòng)加速腐蝕、延長精處理混床周期制水量、減緩鍋爐受熱面結(jié)垢速率、抑制高加疏水調(diào)節(jié)閥堵塞等優(yōu)點(diǎn)，建議同類機(jī)組鍋爐水處理化學(xué)工況采用加氧處理。

(3)已進(jìn)行給水加氧處理的機(jī)組，建議改造為全保護(hù)加氧處理工藝，以實(shí)現(xiàn)對機(jī)組熱力設(shè)備的全面保護(hù)，保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。