全保護(hù)加氧處理在1000MW超超臨界間接空冷機(jī)組的應(yīng)用

楊 麗 陳雅楠 劉 煥 焦育峰 付 剛 胡振華

（1. 陜西榆林能源集團(tuán)橫山煤電有限公司，陜西 榆林 719000；2. 國網(wǎng)陜西省電力有限公司 榆林供電公司，陜西 榆林 719000；3. 西安熱工研究院有限公司，陜西 西安 710054）

0 引言

水資源對國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展有重要影響[1]，而我國燃煤發(fā)電廠是用水大戶，其用水量約占工業(yè)用水量的40%[2,3]，廢水排放量約占工業(yè)廢水排放總量的10%[4]，在我國部分地區(qū)，水源問題已經(jīng)成為制約電力市場發(fā)展的主要因素[1,5]。“十四五”期間，將全面落實“節(jié)水優(yōu)先”方針，通過節(jié)水措施抑制不合理的用水需求，提升用水效率，減少廢水排放。為了可持續(xù)發(fā)展，在保證機(jī)組安全穩(wěn)定運行的條件下，節(jié)約用水、減少廢水排放對構(gòu)建節(jié)水型火電廠具有重要意義。

某電廠1、2號1000MW超超臨界燃煤機(jī)組自投產(chǎn)來，給水處理方式采用氧化性全揮發(fā)處理（AVT（O）），給水系統(tǒng)、高加疏水系統(tǒng)存在流動加速腐蝕，影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運行；凝結(jié)水精處理混床再生頻繁，再生酸、堿、除鹽水用量高、混床再生廢水排放量高等相關(guān)問題，不利于該電廠節(jié)水減排政策實施。為了解決以上問題，該電廠對其給水處理方式實施了全保護(hù)加氧處理（OT）。

1 機(jī)組概況

1.1 鍋爐

某電廠地處北方地區(qū)，其1、2號機(jī)組為1000MW超超臨界間接空冷無銅機(jī)組，兩臺機(jī)組分別于2019年10月29日、2018年12月13日通過168h試運行正式投產(chǎn)。鍋爐為東方鍋爐（集團(tuán)）股份有限公司生產(chǎn)的型號為DG-2973/29.3-II3超超臨界直流鍋爐，采用單爐膛、對沖燃燒、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼架懸吊Π型結(jié)構(gòu)。冷卻系統(tǒng)采用表面式間接空冷系統(tǒng)，循環(huán)水為除鹽水，若發(fā)生凝汽器泄露，對凝結(jié)水的水質(zhì)影響小，機(jī)組水汽品質(zhì)良好，可采用全揮發(fā)處理或加氧處理[6]。間接空冷系統(tǒng)相比濕冷系統(tǒng)能夠明顯降低耗水量[7,8]，尤其對北方“富煤缺水”地區(qū)具有重要的節(jié)水意義。

1.2 凝結(jié)水精處理系統(tǒng)

凝結(jié)水精處理系統(tǒng)由2×50%的前置過濾器單元、4×33%的混床單元、1套100%容量的前置過濾器旁路單元、1套100%容量的混床旁路單元以及再循環(huán)單元組成，混床內(nèi)陽陰樹脂比例為3∶2，樹脂體積為7.8m3。兩臺機(jī)組共用一套體外再生系統(tǒng)，采用高塔分離技術(shù)。

機(jī)組在AVT（O）工況運行中，熱力設(shè)備表面的氧化膜主要成分是疏松的Fe3O4，易發(fā)生流動加速腐蝕[9]，給水pH控制為9.2～9.6，精處理周期制水量低，混床再生頻繁，再生酸、堿、除鹽水用量較高，混床再生廢水排放量高，不利于構(gòu)建節(jié)水型電廠。而全保護(hù)加氧處理能夠解決以上問題[10,11]，因此，該電廠對其兩臺機(jī)組實施了全保護(hù)加氧處理。

2 全保護(hù)加氧處理的應(yīng)用

2.1 全保護(hù)加氧處理

加氧處理（OT）通過向弱堿性水中加入氧氣，促使金屬表面生成致密穩(wěn)定的Fe3O4+Fe2O3雙層保護(hù)性氧化膜。

全保護(hù)加氧處理[12]是向低壓給水、高壓給水、高加疏水同時加氧的水處理方式。通過向給水中加入低濃度溶解氧，使管道內(nèi)壁金屬表面形成Fe3O4+Fe2O3的雙層氧化膜，達(dá)到給水系統(tǒng)防腐鈍化要求，維持蒸汽中基本無氧，避免蒸汽中較高濃度氧可能促進(jìn)蒸汽管道氧化皮剝落的風(fēng)險，同時向高加汽側(cè)單獨加氧以解決高加疏水系統(tǒng)的流動加速腐蝕問題，實現(xiàn)了水汽系統(tǒng)熱力設(shè)備的全面保護(hù)。

2.2 全保護(hù)加氧處理的實施

2.2.1 AVT（O）工況查定

根據(jù)DL/T 805.1-2011 《火電廠汽水化學(xué)導(dǎo)則 第1部分：鍋爐給水加氧處理導(dǎo)則》，在加氧轉(zhuǎn)化前對1、2號機(jī)組在線化學(xué)儀表檢驗校準(zhǔn)，保證在線化學(xué)儀表準(zhǔn)確可靠。同時對兩臺機(jī)組水冷壁及省煤器垢量測定、對機(jī)組水汽品質(zhì)查定。主要測定結(jié)果如表1、表2所示。

表1 1、2號機(jī)組水冷壁管、省煤器管垢量測定結(jié)果(單位：g/m2)

表2 1、2號機(jī)組省煤器入口氫電導(dǎo)率測定結(jié)果（單位：μS/cm）

結(jié)果表明，兩臺機(jī)組水冷壁管、省煤器管垢量均小于250g/m2的標(biāo)準(zhǔn)，在線儀表滿足整機(jī)工作誤差符合標(biāo)準(zhǔn)要求；兩臺機(jī)組水汽品質(zhì)良好，其中省煤器入口氫電導(dǎo)率小于0.15μS/cm，滿足GB/T 12145-2016《火力發(fā)電機(jī)組及蒸汽動力設(shè)備水汽質(zhì)量》以及DL/T 805.1-2011《火電廠汽水化學(xué)導(dǎo)則第1部分：鍋爐給水加氧處理導(dǎo)則》對機(jī)組加氧處理的要求。

2.2.2 加氧轉(zhuǎn)化

2021年4月15日及6月19日分別向1、2號機(jī)組精處理出口母管、除氧器出口、1號高壓加熱器汽測加氧，轉(zhuǎn)化完成后，控制1、2號機(jī)組除氧器入口溶解氧為10～150μg/L，省煤器入口給水溶解氧為10～30μg/L，高加疏水溶解氧為10～150μg/L，給水pH值控制為8.9～9.1。兩臺機(jī)組給水溶解氧隨負(fù)荷變化曲線如圖1、圖2所示。

通過圖1、圖2可看出，機(jī)組負(fù)荷在發(fā)生較大變化時，給水溶解氧能夠保持穩(wěn)定，確保蒸汽中無氧，有效的避免蒸汽中較高濃度氧可能促進(jìn)蒸汽管道氧化皮剝落的風(fēng)險。

圖1 1號機(jī)組給水溶解氧隨負(fù)荷的變化曲線

圖2 2號機(jī)組給水溶解氧隨負(fù)荷的變化曲線

3 全保護(hù)加氧處理后的效果

3.1 有效防腐

加氧轉(zhuǎn)化平衡后，控制給水pH值在較低的條件下，給水及高加疏水鐵含量可穩(wěn)定在較低水平，有利于抑制給水系統(tǒng)和高加疏水系統(tǒng)的流動加速腐蝕，同時能夠降低鍋爐受熱面的結(jié)垢速率。1、2號機(jī)組AVT（O）工況和OT工況下水汽系統(tǒng)鐵含量對比如圖3、圖4所示。從圖中可看出，OT工況下，控制兩臺機(jī)組給水pH值為8.9～9.1，水汽系統(tǒng)鐵含量均維持在較低水平，其中省煤器入口及高加疏水鐵含量平均值均在1μg/L以下，表明全保護(hù)加氧處理能夠有效抑制給水、高加疏水系統(tǒng)的流動加速腐蝕。

圖3 1號機(jī)組不同給水處理方式下水汽系統(tǒng)鐵含量對比結(jié)果

圖4 2號機(jī)組不同給水處理方式下水汽系統(tǒng)鐵含量對比結(jié)果

3.2 減少加藥量

3.2.1 減少氨水使用量

在25℃超純水中[13]，氨水的電離見式（1），結(jié)合水的離子積常數(shù)見式（2），可推導(dǎo)出超純水中pH跟電導(dǎo)率（SC，μS/cm）的關(guān)系式（3）、電導(dǎo)率跟氨水濃度的關(guān)系式（4），因此通過給水pH可計算出對應(yīng)的氨水濃度。

與AVT（O）工況相比，全保護(hù)加氧處理后1、2號機(jī)組給水pH平均值分別由加氧前的9.38及9.29降低至9.0，對應(yīng)的氨含量平均值由原來的965μg/L及699μg/L降低至264μg/L，兩臺機(jī)組全年能夠減少25%氨水使用量約74.17t，即約2967桶25kg重量的25%氨水手動加入，節(jié)約氨水用量不僅對節(jié)約資源起到了促進(jìn)作用，還減少了電廠運行人員的工作量，節(jié)省了人力。

3.2.2 減少酸堿使用量

通過給水加氧處理，可提高凝結(jié)水精處理周期制水量，減少再生酸堿使用量，減少再生廢水總量。實施全保護(hù)加氧處理后，根據(jù)pH優(yōu)化調(diào)整后系統(tǒng)的加氨量推算，兩臺號機(jī)組精處理周期制水量提高至原來的200%以上，全年混床再生次數(shù)減少約47次，再生用酸量減少約98.7t，再生用堿量減少約117.5t。同時減少了混床再生過程中的廢酸液、廢堿液、沖洗水等廢水排放。凝結(jié)水精處理混床的再生工藝如圖5所示。

圖5 凝結(jié)水精處理混床的再生工藝

3.3 節(jié)水減排

3.3.1 減少除鹽水使用

全保護(hù)加氧處理后，兩臺機(jī)組混床再生次數(shù)減少約47次，再生過程中，沖洗混床、配制再生酸液、堿液等使用的除鹽水用量全年減少約18800t。

同時，由于加氧處理后熱力設(shè)備表面形成致密的Fe3O4+Fe2O3雙層保護(hù)膜，機(jī)組停機(jī)腐蝕減少，機(jī)組啟動加快約50%，用于機(jī)組啟動階段沖洗的除鹽水量降低。

3.3.1 減少廢水排放

除鹽水系統(tǒng)的產(chǎn)水效率約為74%～83%，其制備過程中會產(chǎn)生沖洗廢水、清洗廢水、再生廢水等廢水，該廢水排放是造成新鮮水取用量大的主要原因之一。加氧處理后，除鹽水使用量減少，因此制備量減少，相應(yīng)減少了新鮮水的取用和制水過程中產(chǎn)生的廢水排放。除鹽水的制水工藝如圖6所示。

圖6 除鹽水的制水工藝

3.4 經(jīng)濟(jì)效益

全保護(hù)加氧處理后，將兩臺機(jī)組1年節(jié)約的氨水、再生用酸、堿、除鹽水及化學(xué)清洗費用計算，1、2號機(jī)組分別能夠產(chǎn)生約71萬元和52萬元的直接經(jīng)濟(jì)效益，若再算上混床再生時的電費、壓縮空氣費用、人力成本以及再生廢液處理成本等，節(jié)約的費用將更多，由此可見，實施加氧處理后，其產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益非常顯著。

4 結(jié)語

（1）全保護(hù)加氧處理后，兩臺機(jī)組除氧器入口溶解氧為10～150μg/L，省煤器入口給水溶解氧為10～30μg/L，高加疏水溶解氧為10～150μg/L，給水pH值控制為8.9～9.1，水汽系統(tǒng)中鐵含量維持在較低水平，其中省煤器入口及高加疏水鐵含量平均值均在1μg/L以下，有效抑制了給水、高加疏水流動加速腐蝕問題，實現(xiàn)了水汽系統(tǒng)熱力設(shè)備的全面保護(hù)；

（2）全保護(hù)加氧處理后，兩臺機(jī)組給水pH平均值由9.38和9.29降低調(diào)整至9.0，全年減少25%氨水使用量約74.17t；精處理周期制水量提高至原來的200%以上，全年混床再生次數(shù)減少約47次，再生用酸量減少約98.7t，再生用堿量減少約117.5t；再生除鹽水用量全年減少約18800t，相應(yīng)的減少了新鮮水取用及制水過程中產(chǎn)生的廢水排放，促進(jìn)了節(jié)水減排政策實施；

（3）全保護(hù)加氧處理后，1、2號機(jī)組1年節(jié)約的氨水、再生用酸、堿、除鹽水及化學(xué)清洗費用分別約為71萬元和52萬元，產(chǎn)生的直接經(jīng)濟(jì)效益非常顯著。