給水AVT(O)處理方式在600 MW超臨界直流爐機組中的應用

張小霓，吳文龍，王琳，陳亮，李長鳴，何俊峰

(1.河南電力試驗研究院，鄭州市，450052;2.南陽天益發電有限責任公司，河南省南陽市，474671)

0 引言

河南某600 MW超臨界直流爐機組于2008年4月投產運行。該機組為凝汽式機組，其給水處理采用還原性全揮發處理(all volatile treatment(reduction)，AVT(R))方式。機組運行期間，汽水系統鐵含量合格率較低，總體呈降低趨勢，但數值普遍高于GB/T 12145—2008《火力發電機組及蒸汽動力設備水汽質量》［1］中規定的鐵的標準值小于5 μg/L，期望值小于3 μg/L的規定。至2011年4月，該機組在600 MW工況運行時，頻繁出現給水閉鎖限制情況，汽動給水泵轉速上升至5 850 r/min，已無余量，負荷經常下滑至590 MW。投產至2011年4月，汽輪機調節級壓力增加了近2 MPa，爐側壓力增加約2.6 MPa。由于汽水品質鐵含量長期超標，已經影響機組滿負荷運行，直接威脅機組的安全、經濟運行。從該電廠同類機組2011年首次大修檢查情況看，水冷壁、省煤器、汽輪機葉片沉積率和積鹽率都很高。其中，鐵氧化物占水冷壁、省煤器沉積物成份的95%以上，同時也是汽輪機葉片的主要積鹽成份，以不同比例分布于高、中、低壓缸葉片［2］。

該機組上述運行狀況是超臨界直流爐機組的一個典型例子。為抑制和緩和該機組運行情況繼續惡化，將機組給水處理由AVT(R)方式改為氧化性全揮發處理(all volatile treatment(oxidation)，AVT(O))方式，以降低機組受熱面的沉積率。

1 給水處理方式的選擇

1.1 給水處理方式的種類

DL/T 805.4—2004《火電廠汽水化學導則第4部分:鍋爐給水處理》［3］給出了3種鍋爐給水處理方式。(1)AVT(R)方式:凝結水、給水加氨和除氧劑(通常為聯氨)的還原性處理方式。(2)AVT(O)方式:鍋爐凝結水、給水只加氨的處理方式。(3)加氧處理(oxygenated treatment，OT)方式:鍋爐給水加氧處理方式。

1.2 機組狀況和給水處理方式的選擇

該機組給水處理采用AVT(R)方式，由于鐵含量長期超標，精處理運行周期過短，采用氨型處理方式。機組自投產以來汽水鐵含量見圖1。

圖1 汽水鐵含量統計Fig.1 Iron content of steam and water

從圖1可以看出，鐵含量整體呈降低趨勢，但普遍高于文獻［1］中規定的鐵的標準值小于5 μg/L的要求。

美國電力研究協會(Electric Power Research Institute，EPRI)的加氧導則［4］中明確指出，OT 方式可使給水的流動加速腐蝕(flow-accelerated corrosion，FAC)現象減輕或消除，給水含鐵量降低。AVT(O)方式在國內機組的應用中也取得了較好的效果［5-7］。可見，氧化處理是改善汽水品質中鐵含量的途徑之一，也是機組給水處理方式的發展趨勢。將該機組采用的AVT(R)給水處理方式，改為AVT(O)或OT方式，是降低汽水鐵含量，緩解目前機組運行狀況，延長精處理運行周期的有效途徑。根據該機組的運行情況和該廠同類600 MW超臨界直流爐機組大修檢查情況［2］分析，機組運行近3年，其水冷壁、省煤器、汽輪機葉片垢量較高，其中，水冷壁垢量很可能已經達到酸洗垢量。根據DL/T 805.1—2002《直流鍋爐給水加氧處理》［8］中的要求，鍋爐水冷壁垢量達到200～300 g/m2時，采用OT運行方式前應進行化學清洗。由于機組未停機未能進行化學清洗。此外，雖然OT方式轉化周期短，效果較AVT(O)方式更明顯，但很可能會在短期內剝落金屬表面疏松的Fe3O4，存在一定風險。AVT(O)方式雖然轉化周期長，但與OT方式相比相對安全。經綜合考慮，決定將給水處理方式由AVT(R)改變為AVT(O)方式。

2 AVT(O)方式工況控制

2.1 精處理運行方式

精處理氨化運行雖然能夠延長運行周期，但氨化運行的除鹽效果遠不及氫型運行方式，加之AVT(R)方式會使系統鐵含量偏高。改為AVT(O)方式后，精處理運行周期由氨化運行轉為氫型運行，并保證氫電導率小于0.15 μS/cm。

2.2 加氨量的控制

原設計采用測量pH值來監控加氨量。但超純水的電阻很大，幾乎是一個絕緣體，測定高純水的pH值受到溫度補償、測量校正誤差的影響，準確測定比較困難，致使監控加氨量存在一定誤差。相對而言，超純水的電導率是比較容易準確測量的項目［9-10］。根據氨和水的電離常數，設計了相應的加氨量和電導率關系的程序，用監測電導率來控制加氨量，確保轉化期間給水加氨的準確性。

2.3 溶解氧的控制

AVT(O)方式轉化期間，利用凝汽器系統自身的溶解氧進行轉化，并徹底關閉除氧器排氧門。在轉化期間，凝結泵入口的溶解氧為7～10 μg/L。

2.4 鐵含量測定方法的改進

水汽鐵含量是直接評價系統防腐效果的化學監測指標，是AVT(O)方式轉化期間評價轉化效果的重要化學監督參數。鄰菲啰啉(1，10-Phenanthroline)分光光度法是GB/T 14427—1993《鍋爐用水和冷卻水分析方法:鐵的測定》［11］提供的普遍應用的傳統方法。隨著機組容量的增大、對鐵含量的要求越來越高和分析檢測方法的改進，GB/T 14427—2008《鍋爐用水和冷卻水分析方法:鐵的測定》［12］要求使用石墨爐原子吸收方法作為鐵的分析檢測方法。由于石墨爐原子吸收儀器價格昂貴，操作、維護復雜，大部分發電企業仍選擇用分光光度法測定鐵含量，但是如果鐵含量低于5 μg/L，該法的靈敏度、精度、可靠性、重現性均顯著下降。采用自動蒸發濃縮裝置［13］，將水樣濃縮10倍，采用鄰菲啰啉分光光度法分析鐵含量，以實現水汽痕量鐵的準確、可靠測定，為保證可靠評價AVT(O)方式的處理效果提供依據。

3 AVT(O)方式處理效果

AVT(O)方式轉化期間，每日測定鐵含量3～5次。省煤器入口鐵含量見圖2。

圖2 省煤器入口鐵含量Fig.2 Iron content at economizer inlet

由圖2可以看出，轉化初期，鐵含量有波動，隨著轉化時間的增加，波動減小，鐵含量基本穩定在3 μg/L以下。由于該機組熱力系統垢量較大，給水含鐵量測定值的波動，源于轉化中金屬表面疏松的鐵沉積物被氧化后剝落，微小的鐵顆粒帶入汽水取樣系統。這種現象是正常的，是轉化時必然經歷的過程。

轉化穩定后(自2011年8月9日至9月1日)統計鐵含量值，根據GB/T 12145—2008要求的期望值小于3 μg/L和標準值小于5 μg/L，劃分為3個區域，統計結果如圖3所示。由圖3可知，在穩定期間，鐵含量小于3 μg/L的數據占了82.76%，說明情況已經得到明顯好轉。隨著AVT(O)方式轉化的繼續進行，鐵含量仍會逐漸減低。

圖3 穩定期間不同鐵含量所占百分比Fig.3 Proportion of iron content in steady state

4 效益

(1)AVT(O)方式在該機組的應用，明顯降低了熱力系統鐵含量，經過近2個月的轉化，大部分水汽鐵含量已經小于3 μg/L，提高了機組的防腐蝕水平和安全運行水平。

(2)由于汽水品質的改善，給水泵和汽輪機調節級壓差在轉化期間無明顯升高，可以初步判斷水冷壁、省煤器、汽輪機葉片垢量和積鹽無明顯增加，沉積速率和積鹽速率明顯降低，可降低機組運行能耗。雖然這些效果的直接經濟效益還難以量化，但是機組腐蝕、沉積、積鹽情況已經得到有效緩解。

(3)AVT(O)方式的應用，取消了聯氨這種可疑致癌物質的使用;關閉了除氧器排氣門，節能顯著。

(4)自動蒸發濃縮裝置［13］的使用，保證了鄰菲啰啉分光光度法測定的準確性，可節省設備購置費用。

5 結論

(1)機組給水處理采用AVT(O)方式后，系統鐵含量明顯降低，大部分數據已經達到了GB12145—2008中要求的鐵的期望值小于3 μg/L的規定，有效緩解了機組運行惡化的狀況。

(2)實施AVT(O)方式期間，必須保證精處理氫型運行方式，確保氫電導率小于0.15 μS/cm。

(3)建議采用電導率在線表控制加氨量。

(4)高沉積率超臨界直流爐機組在不具備OT方式給水處理條件時，可以考慮采用AVT(O)方式替代AVT(R)方式。

［1］GB 12145—2008火力發電機組及蒸汽動力設備水汽質量［S］.北京:中國標準出版社，2008.

［2］張小霓，王琳，吳文龍，等.600 MW超臨界直流爐機組高沉積率分析及對策［J］.電力建設，2011，32(9):78-80.

［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］.北京:中國電力出版社，2004.

［4］EPRI.Cycle chemistry guidelines for fossil plants: Oxygenated treatment［S］.New York，US:EPRI，2005.

［5］錢洲亥，陸繼民，陳穎，等.AVT(O)給水處理方式在600 MW機組上的實踐［J］.浙江電力，2006，53(1):53-55.

［6］周可師，黃興德，曹恩楚，等.300 MW機組給水AVT(O)處理技術試驗研究［J］.華東電力，2009，37(4):72-75.

［7］顧慶華.超臨界600 MW機組直流鍋爐給水AVT(O)處理的探索［J］.熱力發電，2007(11):74-76.

［8］DL/T 805.1—2002直流鍋爐給水加氧處理［S］.北京:中國電力出版社，2002.

［9］陸達年.在超純水中電導率和pH、氨濃度的關系［C］//全國火力發電技術學會.第四屆全國火力發電技術學會年會論文集.北京:全國火力發電技術學會，2003:548-550.

［10］曹杰玉，陳新超.火電廠純水pH值測量應注意的幾個問題［J］.熱力發電，2004(5):62-65.

［11］GB/T 14427—1993鍋爐用水和冷卻水分析方法［S］.北京:中國標準出版社，1993.

［12］GB/T 14427—2008鍋爐用水和冷卻水分析方法［S］.北京:中國標準出版社，2008.

［13］李長鳴，郝黨強.用于化學分析的液體樣品自動蒸發濃縮裝置:中國，CN 2667484Y［P］.2004-12-29.