660MW超超臨界鍋爐長周期給水加氧試驗研究

洪文超

摘 要：安徽華電蕪湖發電有限公司兩臺660MW超超臨界燃煤機組原采用只加氨的全揮發處理AVT（O），鍋爐受熱面的沉積速率較快，省煤器和水冷壁垢量較大，水汽系統含鐵量較高。本試驗通過分析氧化膜保護機理，鍋爐給水加氧實施，加氧參數優化試驗，試驗前后數據比較，成功得出了有效抑制水冷壁流動加速腐蝕（FAC）并保證高溫過熱管道不發生大量氧化皮剝落的OT處理方法和參數控制范圍，大大提高了機組安全性。

關鍵詞：給水；加氧；腐蝕

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.23.133

當代經濟快速發展，電力需求飛速增長。火電機組向著高參數、大容量、更清潔的先進發電技術不斷前進。然而在機組能耗更低、容量更大發展過程中也逐漸出現了一些新問題，尤以水冷壁流動加速腐蝕（FAC）和奧氏體鋼氧化皮大量脫落導致超溫爆管對機組長周期安全運行影響最大。

本文旨在通過對安徽華電蕪湖發電有限公司加氧工作開展、參數確定、效果評價等研究，探索出精確加氧處理技術，保證鍋爐運行安全。

1 加氧處理原理

給水加氧處理（OT）是在高品質水（氫電導<0.15?S /cm）中加入氧化劑（氣態O2或H2O2），并同時加入氨調節給水PH值。氧將金屬表面氧化成一層穩定、完整的Fe3O4內伸層，但是Fe3O4晶粒較大有微孔，部分Fe2+不可避免的擴散出來，被持續供給的氧逐漸氧化生成Fe2O3的水合物FeOOH或是Fe2O3沉積在Fe3O4層的微孔或者顆粒的空隙中，從而在Fe3O4保護層表面再覆上一層新“保護膜”。這層保護膜很難溶于純水中，而且Fe2O3是光滑圓潤致密的晶體，能極大的減小流體阻力。當Fe3O4區有裂紋時還可實現自發愈合。

2 加氧處理情況

公司鍋爐型號為HG-2060/26.15-YM2，2008年投產。投產后FAC現象明顯，為保證機組長期安全運行，2012年4月啟動了OT處理，并同步進行了一系列試驗。

（1）PH值優化試驗。通過對給水加氨量的調節來調節給水PH值，監測系統水汽品質特別是給水、凝結水、主蒸汽鐵含量（μg/L）的變化。從測量結果看，給水PH值的提高系統鐵含量均呈下降趨勢，抑制水汽系統的腐蝕效果明顯。但是提高PH值會增加氨水耗量，同時也會導致凝結水精處理樹脂加速失效，增加樹脂再生成本，綜合考慮，最終確定給水PH值控制在9.25-9.3。

（2）加氧量優化試驗。高限值：將給水溶氧控制均值提高到50μg/L觀察運行，跟蹤測量給水氫電導、主蒸汽含氧量、主蒸汽含CrO42-質量濃度，取多點均值得出下表數據。

按照ASME POWER 2011年誕生的“環境破壞說”理論核心內容：OT可能導致蒸汽中氧含量顯著升高，破壞金屬氧化皮所處的環境。金屬氧化皮中夾雜的氧化鉻與高溫含氧蒸汽反應生成氣態羥基氧化物，雙層氧化皮界面由于鉻蒸發散逸形成空穴。空穴逐漸增加，導致雙層氧化皮界面結合強度逐步降低，最終發生災難性的氧化皮剝落事故。

公司受熱面材質允許的CrO42-最大質量濃度Super 304 H、TP347H分別為為110、75μg/L，從上表看主蒸汽含氧量40μg/L時已經超出了允許值，公司取與之對應的給水溶氧53μg/L作為加氧量的高限值，為使更少的氧進入蒸汽側，取10～30μg/L作為正常運行值。

低限值：2013年底，國內多臺機組相繼發生高溫爆管，割管檢查發現爐管內有大量氧化皮堆積，懷疑加氧過量。鑒于此，公司將給水溶氧均值下調至10μg/L運行了觀察，5天后給水氫電導開始逐漸升高，一個半月后高加正常疏水閥在相同工況下開度偏大，分析為給水系統氧化膜遭到破壞釋放出部分Fe2+造成氫電導升高，解列高加，檢查疏水閥籠，發現有堵塞物，檢測其成分為四氧化三鐵，進一步證明氧化膜遭到破壞。隨后立即提高加氧量重新鈍化，約10天左右恢復正常狀態。

3 加氧效果評價

（1）鍋爐差壓。OT前額定負荷下鍋爐總壓差在3.5～4.5MPa，高加壓差基本大于1MPa，本體壓差2.4～3.2MPa（設計值為2.1MPa），幾個壓差均有隨著運行時間推移越來越大的趨勢。OT后各壓差均逐步下降至略高于設計壓差值后保持穩定。壓差下降，給水泵轉速降低，能耗減小。

（2）汽水系統含鐵量。OT處理前給水、高加疏水鐵含量均值分別為7.3μg/L、4.5μg/L。OT后給水、高低加疏水、主蒸汽鐵含量均≤1.5μg/L，給水鐵含量降幅最大，說明水汽系統的腐蝕情況大大減輕。

（3）水冷壁結垢速率及節流孔堵塞。OT處理前測定水冷壁結垢速率基本達到《火力發電廠水汽化學監督導則》（DL/T1115-2009）所確定的三類水平，節流孔結垢有的堵塞過半，通流能力減小，水冷壁頻繁超溫。OT處理后，利用大修機會割管檢查，水冷壁結垢速率下降至一類標準，可以極大延長鍋爐酸洗周期，節流孔處干凈光滑，無明顯沉積物。

隨著OT技術的發展和成熟，公司從最開始的凝水加氧逐步轉為給水和凝水分別加氧，凝水加氧設置在精處理出口管道，瓶裝氧氣經減壓后直接加進管道，凝水段多余氧通過除氧器排氣門除氧到0。給水加氧設置在除氧器出口管道上，引進西安熱工院研發的給水自動加氧機，將高純氧飽和溶解于除鹽水中后加入給水系統，加氧機根據給水流量大小自動調節加入系統的含氧除鹽水量，基本實現氧完全消耗于給水系統中，不進入蒸汽，既有效抑制了FAC的發生，又避免了過多氧進入蒸汽側導致氧化皮大量剝落的情況。效果顯著，公司已經實現了鍋爐連續五年“四管”零泄漏，為同行業提供了較好的參考作用。

參考文獻：

[1]黃強.超臨界鍋爐蒸汽側氧化皮生成的原因分析及對策探究[J].科技創新與應用，2013（15）：1.

[2]徐洪.給水加氧處理引起蒸汽通道氧化皮剝落機理[J].動力工程學報，2011，31（09）：110-113.