超超臨界直流鍋爐給水加氧處理技術研究及應用

邱元剛，丁翠蘭

（華電萊州發電有限公司，山東　煙臺　261441）

超超臨界直流鍋爐給水加氧處理技術研究及應用

邱元剛，丁翠蘭

（華電萊州發電有限公司，山東煙臺261441）

某電廠1 000 MW超超臨界直流鍋爐給水處理方式設計為全揮發處理（AVT）。經過機組投產運行發現，該處理方式由于鐵腐蝕產物溶出率較高和流動加速腐蝕作用，存在熱力系統腐蝕嚴重等問題。針對此問題進行給水處理優化改造，采用給水加氧處理技術，蒸汽品質和給水品質都有明顯提高。

超超臨界直流鍋爐；全揮發處理；給水加氧處理技術；效果評價

0　引言

發電機組正確地應用加氧運行技術能大大延長鍋爐清洗周期，降低鍋爐的結垢速度，減少化學藥品的使用，降低廢物排放和有害物質的使用率，對于環保、經濟運行均十分有益［1］。但這項技術還有很多問題需要研究，特別是部分機組在應用這項技術的過程中出現高溫受熱面氧化皮剝落加劇現象，給該項技術的推廣應用帶來一定的阻力，很多電廠對是否采用這項技術還在試驗階段［2］。

1　機組設備簡介

某電廠2號機組鍋爐為DG3000/26.15-Ⅱ1型單爐膛、一次中間再熱、平衡通風、運轉層以上露天布置、固態排渣、全鋼構架、全懸吊結構Π型直流鍋爐。汽輪機為一次中間再熱、單軸四缸四排汽、沖動凝汽式，設計額定功率為1 050 MW，東汽N1050-25/600/600型超超臨界汽輪機。凝汽器傳熱管采用鈦管，管板采用復合鈦板，管子與管板連接方式為脹接加密封焊。鍋爐補水為海水淡化后的淡水。

正常運行時，2套淡水反滲透裝置全部運行。當有1套淡水反滲透裝置停運時，一級除鹽和混床降出力運行。每臺機組各設1套凝結水精處理系統，每套系統包括2臺前置過濾器、4臺高速混床、1臺再循環泵及相應的旁路，2套系統共用1套體外再生單元和輔助單元（含沖洗水泵、反洗水泵、羅茨風機、酸堿單元、電熱水箱單元、壓縮空氣系統等）。機組正常運行時凝結水全流量經過過濾器和高速混床進行處理。

機組設計為給水處理方式為全揮發處理（AVT），該處理方式主要問題是由于鐵腐蝕產物溶出率較高和流動加速腐蝕作用，使熱力系統腐蝕較嚴重，熱力系統的腐蝕產物進入鍋爐后在高熱負荷區沉積下來，造成鍋爐沉積速率偏高［3］。機組于2012年12月投產，AVT運行方式下運行至2013年9月，蒸汽品質經常不合格（見表1），鍋爐向火側的平均沉積速率為107 g/（m2·a）。沉積物的成分分析結果表明，鐵氧化物質量分數98%以上，鍋爐運行1年就需要進行化學清洗。凝結水的含氨量較高，精處理混床運行周期短，一般1周時間再生1次。

表1　機組投產以來的水汽指標統計

2　機組給水處理方式技術改造

為了解決給水全揮發處理（AVT）方式存在的諸多問題，在2013年9—12月大修期間鍋爐采用乙二胺四乙酸二鈉（EDTA）清洗后，進行給水處理方式改造，機組采用給水加氧處理技術，實施給水加氧處理。

2.1加氧系統

給水加氧系統設備包括加氧匯流排、加氧控制柜、加氧管道和閥門等，如圖1所示。由高壓氧氣瓶提供純度大于99%的氧氣經減壓閥、針形流量調節閥加入系統，系統中選用精密的逆止閥防止發生給水倒流。加氧控制方式采用手動調節控制。

圖1　給水加氧系統

2.2熱力系統加氧點設置

熱力系統加氧點包括4個點：凝結水精處理出口母管1個點，除氧器出口下水管3個點，即電動給水泵前置泵入口、汽動給水泵A、B前置泵入口各1個。當某臺給水泵停止運行時應立即關閉相應的就地加氧閥門，給水泵運行時則打開。

2.3加氧運行操作

在機組啟動冷態和熱態清洗時，精處理出口只加氨，將除氧器入口加氨電導率控制在5～8 μS/cm，以維持給水pH值在9.30～9.60。機組啟動時，除氧器啟動排氣門打開，高加汽側連續排氣門打開。機組帶負荷超過400 MW，汽動給水泵投入穩定運行后，精處理出口給水氫電導率小于0.10 μS/cm，省煤器入口給水氫電導率小于0.15 μS/cm時，手動向精處理出口和除氧器出口開始加氧，待省煤器入口給水氧質量濃度大于50 μg/L后，微調手動調節閥，調整加氧量至20～60 μg/L，維持除氧器入口給水氧質量濃度在30～100 μg/L。加氧后4 h內，調整除氧器排氣門至微開，關閉高加汽側連續排氣門。如果關閉高汽側連續排氣門影響到加熱器的換熱效率時，根據機組的運行情況定期開啟連續排氣門 （高加汽側連續排氣門可7天或15天開啟1次）。當凝結水氫電導率大于0.20 μS/cm時（如：凝汽器發生漏泄、回收的疏水質量劣化時等），應查找原因并采取相應措施進行處理。如果精處理出口的氫電導率大于0.10 μS/cm，省煤器入口給水的氫電導率大于0.15 μS/cm時，立即停止凝結水、給水加氧，提高精處理出口加氨量，控制除氧器入口電導率在5.5～8.5 μS/cm，提高給水的pH值至9.3～9.6，打開除氧器連續排氣電動門，同時打開高壓加熱器向除氧器連續排氣一、二次門，精處理出口和省煤器入口給水的氫電導率合格后，再恢復加氧處理工況。

3　給水加氧處理效果評價及存在問題

機組采用給水加氧處理技術改造后，2014-01-13開始進行給水加氧處理，2015年2月小修進行化學監督檢查發現，蒸汽品質和給水品質都有明顯的提高。

3.1水質和蒸汽品質指標

給水處理采用加氧方式后，由于熱力系統形成的雙層氧化保護膜使金屬表面處于完全鈍化狀態，有效抑制了流動加速腐蝕 （flow acceralated corrosion，FAC）［4］，從表1、表2中對比可以看出，給水系統鐵的濃度明顯降低。從機組加氧運行1年中水汽報表來看，省煤器入口給水鐵含量一直維持很低水平，滿足GB/T 12145期望值小于3.0 μg/L要求，與國內同類加氧機組接近，說明給水系統流動加速腐蝕已經得到抑制，設備運行中腐蝕不是省煤器結垢量偏高的主要原因。

2015年2月小修對省煤器63排入口原始管割管檢查根據爐管表面狀態，如圖2所示。

表2　機組2014年1月加氧運行以來的水汽指標統計

圖2　省煤器63排入口原始管洗垢前后對比

根據圖2進行分析，可以判斷省煤器結垢量偏高主要由停用腐蝕造成。另外隨著水汽系統的循環，加熱器疏水系統的氧濃度得到上升，水相金屬表面生成氧化保護膜，使疏水系統也得到保護。用水汽系統鐵的原子吸收分光光度法查定試驗結果表明，加氧處理機組水汽系統取樣點含鐵量遠小于AVT方式處理的含量，比標準降低了80%。

3.2精處理的運行周期及系統加藥量

凝結水精處理系統的制水量明顯增加，精處理的再生次數明顯減少，再生酸堿用量及水耗節約效果顯著。由于給水加氧技術（OT）工況下pH值維持在8.0～9.59，較全揮發處理AVT工況的9.2～9.6明顯降低，精處理出口的加氨量由約1 000 μg/L降低至300 μg/L，氨水消耗量大大減少。精處理混床再生周期由每周1次延長為半個月1次。

3.3鍋爐的結垢率

機組2013年12月鍋爐酸洗后投運，2014-01-13開始實施給水加氧處理，至2015年2月小修對省煤器、水冷壁割管檢查，如圖3所示。

圖3　水冷壁原始管第11根管向火側洗垢前后對比

經過分析，其中省煤器（原始管）結垢量92 g/m2，省煤器（監視管）結垢量91 g/m2；水冷壁（原始管）結垢量向火側116 g/m2；水冷壁（監視管）結垢量向火側93 g/m2。以監視管作為評判標準，按本周期機組運行14個月計算，則省煤器結垢速率78.9 g/（m2·a），水冷壁結垢速率79.8 g/（m2·a），根據DL/T 1115—2009評價標準，結垢速率由原來的二類基本可達到一類水平。但相比其他同類機組，鍋爐受熱面尤其是省煤器結垢量還稍有偏高一些。

3.4汽輪機沉積率

汽輪機高壓缸葉片局部最高積鹽量5.12 mg/cm2，沉積率 3.60 mg/（cm2·a），加氧前為最高積鹽量45 mg/cm2，沉積率 54 mg/（cm2·a），根據 DL/T 1115—2009評價標準，積鹽量平均由三類升為二類，每年約減少系統鐵沉積132 kg，腐蝕評價為一類。

汽輪機高壓缸第9級動葉片沉積物以易溶的羥磷酸鋁鈉Na4［Al（PO4）2（OH）］為主、銅鐵礦CuFeO2、黑銅礦CuO次之，還有少量磷酸鈣Ca2（PO4）2、鉻銅礦CuCrO2；2013年9月機組大修高壓缸6、7、8、9級沉積物也是以磷、鈉、鐵、銅、鋁的化合物為主要成分。磷的含量較高主要為基建期間爐前系統堿洗帶入磷酸鹽，1個大修周期后其含量仍然較高。鈉及鐵主要為系統帶入，符合高壓級鹽類沉積規律。雖然本機組為無銅系統，但一些低壓管道等管材仍含有一定量的銅，被帶入汽輪機葉片沉積下來。新設備出廠涂刷的防腐材料中含鋁，會給系統帶來鋁。

3.5停運保護保養及啟動沖洗措施

2013-11-15鍋爐酸洗完成后，至2013-11-26鍋爐上水沖洗，2013-12-07才正式并網發電，期間停備用時間較長，且鍋爐經歷幾次反復啟、停操作。鍋爐酸洗后已經失去氧化膜的保護作用，因此這期間鍋爐會產生明顯銹蝕。從冷熱態沖洗時間長，沖洗水鐵含量長時間不達標也說明了省煤器停用期間銹蝕較嚴重。

干法停爐保養優先推薦采用加氨提高pH值和熱爐放水的保護方法。停運前2 h提高給水pH值至9.6～10.0；在鍋爐壓力為1.0～2.4 MPa（在鍋爐允許溫度下降速率范圍內，盡量提高放水壓力）完成帶壓放水，放水干凈后關閉鍋爐側所有疏水及放空門。停爐后可考慮利用凝汽器抽真空設備，通過高低旁，使爐本體建立真空，將爐本體內的殘余濕蒸汽抽干，一般爐本體建立真空后需維持6 h左右。在實施過程中，停爐后過熱器、再熱器立式管段存在積水現象，應采取抽真空控制措施。

加強機組啟動沖洗。應嚴格按規程進行冷、熱態分段沖洗，嚴格遵循前段不污染后段的原則；凝泵向除氧器上水時，即投運精處理設備，并加氨調整pH 至9.4～9.6，嚴格遵守點火給水標準和并網蒸汽標準。疏水回收要按照給水水質標準控制。

機組大修時，相關系統要清理徹底，包括凝汽器汽側、除氧器、高低加及各聯箱、水室等進行徹底清理工作，減少雜質的溶解含量。

3.6加氧量控制

百萬千瓦級機組AGC模式運行時負荷波動頻率高，負荷波動時氧量也隨之波動，手動加氧很難維持平衡的溶氧值。且氣體的可壓縮比較大，氧氣在管道中被壓縮或者被放空，即使在負荷穩定、加氧流量穩定時也會產生振蕩。加氧量低時，閥門和流量計可調幅度約1%，手調難以精確控制。按照30 μg/L的目標值控制時，按給水流量3000t/h計算，加氧流量為38mL/min，在降低加氧量且機組低負荷時，加氧流量會小于10mL/min，是流量計量程（0～1000mL/min）的1%，不僅無法觀察判斷流量，手調精度也很難達到，運行人員憑經驗調整加氧量，容易出現調整不當的情況。

統計2014-02-10至2015-02-09給水溶氧超標數據，其中超過給水溶氧標準上限60 μg/L有14 164次，超過期望值40 μg/L有46 706次。調研了其他同類電廠，采用自動加氧裝置可以使給水溶氧保持非常穩定的數值，消除氧量波動和超標現象并方便運行控制，工作量大大減少［5］。

現有加氧點在精處理出口和汽動前置給水泵進口兩點，其中給水加氧點從加氧裝置出口一根母管分別接兩臺氣動泵和1臺電動泵的進口，由于背壓、管道布置造成的阻力不同等原因，建議將加氧的管路改為一對一，即每臺汽泵進口的加氧單獨從加氧裝置接口。

3.7高溫氧化

過熱器和再熱器管材情況一樣，外三圈是HR3C，內圈的入口段彎頭以上部分是TP347HFG，焊口以下是SP304H。按高溫過熱器磁通量1 500 Wb（約堵管1/3），高溫再熱器磁通量5 500 Wb為割管條件，本次割管高溫過熱器516支，高溫再熱器235支。高溫過熱器割管如圖4所示，高溫再熱器割管圖5所示，存在氧化皮脫落情況，經分析與給水加氧不當有一定關系。

金屬的高溫氧化程度主要取決于金屬材料和其是否長期處于氧化增速的溫度區域，不同材料的抗高溫氧化的性能有很大的差異。加氧運行的時間不長，對加氧后蒸汽中的氫氣量變化現象沒有關注。建議安裝在線水中氫表，監測屏式過熱器出口氫氣值，末級過熱器出口氫氣值，監測過熱器和再熱器的高溫氧化情況。

圖4　高溫過熱器31-2管內壁氧化層（放大500倍）

圖5　高溫再熱器24-4管內壁氧化層（放大200倍）

4　結語

機組采用加氧處理后，通過化驗發現水汽系統各采樣點的含鐵量降至標準值的80%，流動加速腐蝕得到抑制，鍋爐結垢速率由二類降到一類水平，汽輪機沉積率由三類降到二類，精處理混床再生周期由每周1次延長為半個月1次，pH值降低到原來水平以下，出水水質得到明顯改善。

［1］田文華.電力系統化學與環保試驗［M］.北京：中國電力出版社，2008.

［2］徐洪.超臨界火電機組的金屬腐蝕特點和沉積規律［J］.動力工程，2009，29（3）：210-217.

［3］艾志虎，劉定平.超臨界鍋爐給水加氧的關鍵問題［J］.發電技術，2011，44（3）：52-55.

［4］李克剛.超臨界直流鍋爐給水加氧處理技術探討［J］.電力技術，2009，44（3）：52-55.

［5］黃校春，徐洪，趙春民.超超臨界機組實施給水加氧可行性［J］.中國電力，2011，44（12）：51-54.

Application of Feedwater Oxygenation Treatment Technology for Ultra Supercritical Once-Through Boiler

QIU Yuangang，DING Cuilan
（Huadian Laizhou Power Generation Co.，Ltd.，Yantai 261441，China）

The design of feedwater oxygenation treatment is the all volatile treatment（AVT）for 1 000 MW ultra supercritical once-through boiler.After the unit operating，the thermal system is severely eroded because of the high dissolution rate of iron corrosion products and the flow accelerated corrosion.Aiming at the problem，feedwater treatment is transformed，steam quality and water quality are improved obviously using the feedwater oxygenation treatment technology.

ultra supercritical pressure once-through boiler；all volatile treatment；feedwater oxygenation treatment technology；effect evaluation

TK223.5

B

1007-9904（2016）01-0062-05

2015-10-28

邱元剛（1970），男，工程師，從事電力安全生產安全管理監督工作；

丁翠蘭（1967），女，高級工程師，從事電力生產安全管理與化學監督工作。