600 MW機組化學給水技術由AVTO轉化為OT的改造應用

趙興輝 翟小雪 王 策

（華能沁北電廠，河南 濟源 459000）

0 引言

目前電廠機組給水技術主要分為四類：全揮發處理技術（All Volatile Treatment，AVT）、中性水處理技術（Neutral Water Treatment，NWT）、聯合水處理技術（Combined Water Treatment，CWT）、加氧處理技術（Oxygen Treatment，OT）。全揮發處理（AVT）根據給水加藥種類又可細分為氧化性全揮發處理（AVTO）和還原性全揮發處理（AVTR）。

某電廠3 號和4 號機組均為600 MW 超臨界燃煤火力發電機組，于2007 年正式投產，投產至今沒有進行鍋爐本體化學清洗。機組的化學水工況設計為起動過程中的氧化性全揮發（AVTO）及正常工作過程中的加氧（OT）。本項目提出對3 號和4 號機組實施全保護加氧處理改造，以實現延長鍋爐清洗的周期、維持機組的安全運行和經濟運行等目的。

1 機組概況

3、4 號機組鍋爐均為超臨界滑壓運行直流爐，由東方鍋爐廠制造，采用全鋼構架、全懸掛結構，露天敞開式布置［1］。

汽輪機為哈爾濱汽輪機廠研制的凝汽式汽輪機。凝結水精處理系統使用中壓凝結水處理，每個單元配置2臺前置過濾器和3臺球形高速混床［2］。

2 加氧轉化試驗

2.1 低壓給水系統加氧轉化

根據水汽品質可知，3、4 號機組除氧器入口溶解氧平均值分別為9.8 μg/L、37.7 μg/L，說明兩臺機組低壓給水系統已處于鈍化狀態［3］。

除氧器入口溶解氧與氫電導率變化趨勢如圖1所示。于3 號機組精處理出口母管位置加氧，控制加氧量范圍10～80 μg/L，除氧器入口部位的溶解氧隨即開始升高，然后轉入自動加氧運行。

圖1 3號機組除氧器入口溶解氧和氫電導率的變化趨勢

向4號機組精處理系統出口母管加氧，加氧量控制在10～80μg/L，除氧器入口溶解氧隨即開始升高，轉入自動加氧運行狀態。除氧器入口溶解氧與氫電導率變化趨勢如圖2所示。

圖2 4號機組除氧器入口溶解氧和氫電導率的變化趨勢

2.2 高壓給水系統加氧轉化

對3 號機組除氧器出口處進行加氧處理，初始加氧量控制在50～80 μg/L。17 日以后省煤器進口供水溶解氧濃度為10μg/L且呈不斷升高趨勢，說明3 號機組高壓給水系統已經完成了加氧轉化［4］。隨后控制溶解氧含量在10～30 μg/L，轉入自動加氧運行。省煤器入口溶解氧與氫電導率變化趨勢如圖3所示。

圖3 3號機組省煤器入口溶解氧和氫電導率的變化趨勢

在4 號機組除氧器出口處設置加氧點進行加氧，初始的加氧量濃度控制在50～80μg/L。4日以后省煤器進口供水溶解氧濃度約為10μg/L，并呈不斷升高趨勢，這表明已經對4 號機組高壓給水系統完成了加氧轉化操作，隨后轉入自動加氧運行［3］。省煤器入口溶解氧與氫電導率變化趨勢如圖4所示。

圖4 4號機組省煤器入口溶解氧和氫電導率的變化趨勢

2.3 高加疏水系統加氧轉化

對3 號機組高壓加熱器汽側進行加氧處理，初始加氧量控制在50～150 μg/L。一周后高加疏水溶解氧達到10μg/L 并顯示有不斷上升的趨勢，表明3號機組高加疏水系統已經完成加氧轉化［5］，隨后轉入自動加氧方式運行。高加疏水溶解氧變化趨勢如圖5所示。

圖5 3號機組高加疏水溶解氧變化趨勢

向4 號機組高壓加熱器汽側加氧，控制初始加氧量在50～150 μg/L。6 日后高加疏水溶解氧達到10μg/L 并有持續上升趨勢，表明4 號機組高加疏水系統完成加氧轉化，隨后轉入自動加氧運行。高加疏水溶解氧變化趨勢如圖6所示。

圖6 4號機組高加疏水溶解氧變化趨勢

2.4 加氧轉化完成后水汽鐵含量測定

對加氧轉化完成后的3、4 號機組水汽鐵含量進行測定，結果見表1、表2。由測定結果可知，除氧器入口、給水及高加疏水鐵含量經過加氧處理后降低，說明流動加速腐蝕被有效抑制［6-7］。

表1 加氧轉化完成后3號機組水汽鐵含量測定結果

表2 加氧轉化完成后4號機組水汽鐵含量測定結果

2.5 pH調整試驗

給水系統和高加疏水系統完成加氧轉化后，其表面會形成Fe2O3+Fe3O4雙層氧化膜，依賴水中的溶解氧含量和氨含量二者共同維持氧化膜品質［8-9］。因此，需將給水pH 的目標值降低，由加氧處理前的9.29 降至9.0。pH 調整后，對3、4 號機組的水汽含鐵量進行測定，結果見表3、表4。

表3 pH調整后3號機組水汽鐵含量測定結果

表4 pH調整后4號機組水汽鐵含量測定結果

3 加氧處理效果

3.1 抑制流動加速腐蝕

加氧處理（OT）是向弱堿性水中添加氧氣，促進金屬表面形成致密且保護性強的單層氧化膜［10］。當加氧轉化趨于平衡，且當pH 值較低時，給水系統與高加疏水系統流動加速腐蝕均受到抑制，鍋爐受熱面結垢速率延緩［11］。OT 工況下控制給水pH 值在8.9～9.1 之間，省煤器入口和高加疏水鐵的平均含量小于1μg/L。3、4 號機組水汽系統中鐵含量的對比情況如圖7和圖8所示［12］。

圖7 不同給水處理方式下3號機組水汽鐵含量對比結果

圖8 不同給水處理方式下4號機組水汽鐵含量對比結果

3.2 延長精處理的運行周期

加氧處理后，主要依靠適量溶解氧來保護給水系統和高加疏水系統，所以水汽系統pH值可以適當減小。

與AVTO 工況相比，3 號機組加氧處理后給水氨含量平均值由原來的703μg/L降低至266μg/L，減少了約62.2%的氨投入量；4號機組給水氨含量平均值由原來的734 μg/L 降低至266 μg/L，減少了約63.8%的氨投入量。2 臺機組精處理混床周期制水量可增加到原制水量的一倍多。且混床再生的次數降低，有利于保護環境［13］。

3.3 實現給水精確加氧

空氣系列自動加氧裝置能夠有效克服氣體可壓縮性及機組負荷波動造成的加氧濃度大范圍波動問題，實現了給水氣態精確加氧，有效規避蒸汽中較高濃度氧可能促進氧化皮剝落的風險［14］。加氧后給水溶解氧隨負荷變化曲線如圖9、圖10所示。

圖9 3號機組給水溶解氧隨負荷變化曲線

圖10 4號機組給水溶解氧隨負荷變化曲線

3.4 節約大量經濟成本

與AVTO工況相比，加氧處理后，3號和4號機組1 年內節省氨水、混床再生用酸堿、除鹽水和鍋爐化學清洗成本分別為56.27萬元和59.39萬元左右。計算結果見表5、表6。若算上再生過程中所消耗的處理費用，則節省下來的開支會更多。這說明實行加氧處理所產生的經濟效益十分可觀。

表5 3號機組加氧處理產生的直接經濟效益

表6 4號機組加氧處理產生的直接經濟效益

4 結論

①在3、4 號機組中，通過對低壓給水、高壓給水及高加疏水系統實行加氧處理，成功實現機組化學水工況的轉化：由氧化性全揮發處理（AVTO）轉化為加氧處理（OT）。

②完成加氧轉化后，給水pH 值范圍達到8.9～9.1，水汽系統中鐵離子的含量保持在較低水平，省煤器入口和高加疏水的鐵離子濃度均值都低于1μg/L。

③加氧處理工況下，3 號機組的給水pH 平均值由原來的9.29 降低至9.0，減少了約62.2%的氨投入量。4 號機組給水pH 平均值由原來的9.31 降低至9.0，減少了約63.8%的氨投入量。混床周期制水量可增加到原制水量的一倍多。

④實施加氧處理后，與AVTO 工況相比，3、4 號機組每年節約的費用近百萬元，產生十分可觀的經濟效益。