全保護加氧處理技術(shù)在超超臨界機組中的實用分析

李虹銳，甘 瑋，崔國光，楊 鵬

（湖北能源集團鄂州發(fā)電有限公司，湖北 鄂州 436032）

0 引言

我國從1988年首次在望亭亞臨界燃油直流鍋爐機組上成功地進行了加氧的工業(yè)試驗，給水含鐵量減少，鍋爐結(jié)垢速率降低，鍋爐壓差減小，酸洗周期從原來的3年半延長至6年以上，取得了非常好的效果［1-7］。后來加氧處理又分別應(yīng)用在神二［8］、雙遼電廠［9］亞臨界燃煤直流鍋爐機組，紅海灣電廠［10］、三門峽電廠［11］、太倉電廠［12］、常熟電廠［13］、潮州電廠［14］等超臨界燃煤直流鍋爐機組，信陽電廠［15］、泰州電廠［16］、外高橋三電廠［17］等超超臨界直流鍋爐機組，在汽包爐上應(yīng)用的有北侖電廠［18］、定洲電廠［19］、蒙達電廠［20］等，取得了應(yīng)用給水加氧工況成果運行的結(jié)果。

湖北能源集團鄂州發(fā)電有限公司5號1 000 MW超超臨界機組于2019年4月30號通過168試運行，6號1 000 MW超超臨界機組于2019年6月14號通過168試運行。機組設(shè)計化學(xué)水工況為啟動時氧化性全揮發(fā)處理（AVT（O））和正常運行時加氧處理（OT）。為了提高機組運行的安全性、經(jīng)濟性，抑制給水系統(tǒng)、高加疏水系統(tǒng)的流動加速腐蝕［21］，延長精處理運行周期，降低鍋爐沉積速率，延長鍋爐酸洗周期等，遂于2020年底對5號、6號機組實施全保護加氧處理改造，通過向給水中加入低濃度溶解氧滿足給水系統(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蒸汽系統(tǒng)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)對水汽系統(tǒng)熱力設(shè)備的全面保護。本文將以5號機組為例介紹全保護加氧后的實際應(yīng)用情況［22-23］。

1 氧化性全揮發(fā)處理AVT（O）方式下的水汽品質(zhì)

2020年8月，在給水AVT（O）處理方式下，對5號機組進行水汽品質(zhì)查定［24］。查定項目包括水汽電導(dǎo)率、氫電導(dǎo)率、溶解氧、陰離子含量以及鐵含量等。

1.1 電導(dǎo)率

5號機組除氧器入口和省煤器入口電導(dǎo)率測定結(jié)果見表1。測定結(jié)果表明，除氧器入口給水電導(dǎo)率在4.11～4.32μS/cm，對應(yīng)pH值為9.18～9.21；省煤器入口電導(dǎo)率在.36～6.64μS/cm，對應(yīng)pH值為9.30～9.39。

表1 5號機組電導(dǎo)率和pH測定結(jié)果Table 1 Conductivity and pH measurement results of Unit 5

1.2 氫電導(dǎo)率

5號機組各水樣氫電導(dǎo)率測定結(jié)果見表2，測定結(jié)果表明：凝結(jié)水氫電導(dǎo)率在0.096～0.099μS/cm，除氧器入口氫電導(dǎo)率在0.065～0.068μS/cm，省煤器入口氫電導(dǎo)率在0.065～0.075μS/cm，主蒸汽氫電導(dǎo)率在0.077～0.082μS/cm，高加疏水氫電導(dǎo)率在0.062～0.067μS/cm。

表2 5號機組氫電導(dǎo)率測定結(jié)果Table 2 Hydrogen conductivity measurement results of Unit 5

1.3 溶解氧

5號機組各水樣溶解氧測定結(jié)果見表3。測定結(jié)果表明，AVT（O）處理工況下，凝結(jié)水溶解氧平均值為7.1μg/L，除氧器入口溶解氧平均值為1.0μg/L，除氧器出口溶解氧平均值為0.7μg/L，省煤器入口溶解氧平均值為0.6μg/L，高加疏水溶解氧平均值為0.6μg/L。

表3 5號機組溶解氧測定結(jié)果Table 3 Dissolved oxygen measurement results of Unit 5

1.4 陰離子含量

采用離子色譜儀對5號機組水樣陰離子含量進行測定［25］。

5號機組各水樣陰離子含量結(jié)果見表4。測定結(jié)果表明：5號機組水汽系統(tǒng)中雜質(zhì)含量較低，水汽品質(zhì)良好。

表4 5號機組水樣陰離子含量查定結(jié)果Table 4 Results of checking the anion content of the water samples of Unit 5

1.5 鐵含量

5號機組各水樣鐵含量測定結(jié)果見表5。測定結(jié)果表明，AVT（O）工況下，5號機組給水、主蒸汽鐵含量均滿足《GB/T 12145-2016火力發(fā)電機組及蒸汽動力設(shè)備水汽質(zhì)量》規(guī)定的小于5μg/kg的標(biāo)準(zhǔn)值要求。

表5 5號機組水樣鐵含量測定結(jié)果Table 5 Determination results of iron content in water samples of Unit 5

1.6 小結(jié)

綜上所述，5號機組水汽品質(zhì)能夠滿足《GB/T 12145-2016火力發(fā)電機組及蒸汽動力設(shè)備水汽質(zhì)量》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》對加氧處理水汽品質(zhì)的要求。

2 全保護加氧處理（OT）改造情況

2.1 熱力系統(tǒng)流程及加氧點布置

全保護加氧采用三點加氧方式，加氧位置分別在精處理出口、除氧器出口、一號高加汽側(cè)入口。5號機組熱力系統(tǒng)流程及加氧點布置示意圖見圖1。

圖1 5號機組熱力系統(tǒng)及加氧點布置示意圖Fig.1 Schematic diagram of the layout of the thermal system and oxygenation points of Unit 5

2.2 加氧控制

1）控制除氧器入口溶解氧在10～150μg/L，省煤器入口溶解氧在10～30μg/L，高加疏水溶解氧在10～150μg/L，主蒸汽溶解氧＜5μg/kg，省煤器入口pH值在8.9～9.1，相應(yīng)省煤器入口電導(dǎo)率在2.2～3.4μS/cm。

2）加氧處理后調(diào)整除氧器排氣門至微開狀態(tài)，使除氧器得到更有效保護，同時減少水汽及熱量損失；加氧處理后關(guān)閉高壓加熱器運行排氣門，避免疏水中加入的氧因排氣而損失以及疏水氨濃度因排氣而減少，有利于抑制高加疏水系統(tǒng)的流動加速腐蝕。

3）精處理混床以氫型方式運行，以混床出水直接電導(dǎo)率大于0.10μS/cm作為氫型運行終點。

4）根據(jù)《DL/T956-2017火力發(fā)電廠停（備）用熱力設(shè)備防銹蝕導(dǎo)則》規(guī)定，加氧處理的機組不宜使用成膜胺進行停用保護［26］。由于機組加氧處理后不能加聯(lián)氨，因此機組停機保養(yǎng)采用負壓余熱烘干法、充氮法等方法進行保養(yǎng)。

2.3 全保護加氧處理(OT)下的水汽品質(zhì)

2.3.1 加氧轉(zhuǎn)化后混床陰、陽離子測定

加氧轉(zhuǎn)化后，通過離子色譜儀對5號機組精處理混床出水陰、陽離子含量進行測定，結(jié)果見表6。

表6 5號機組加氧轉(zhuǎn)化后混床出水陰、陽離子測定結(jié)果Table 6 Determination results of anions and cations in the mixed bed effluent water after the oxygen conversion of Unit 5

測定結(jié)果表明，5號機組加氧轉(zhuǎn)化后精處理混床出水水質(zhì)正常，控制混床出水電導(dǎo)率＜0.10μS/cm，出水Cl-滿足GB/T 12145-2016要求＜1.0μg/L的期望值要求。

2.3.2 加氧轉(zhuǎn)化后水汽鐵含量測定

加氧轉(zhuǎn)化后，給水及高加疏水系統(tǒng)的Fe2O3+Fe3O4雙層氧化膜主要依靠水中溶解氧維持［27-28］，因此，將5號機組給水pH目標(biāo)值由加氧前的9.33左右降至9.0左右［29］，pH優(yōu)化后水汽鐵含量測定結(jié)果見表7。

表7 5號機組加氧轉(zhuǎn)化后水汽鐵含量測定結(jié)果Table 7 Results of determination of iron content in water,steam,and conversion of Unit 5 after oxygen conversion

試驗結(jié)果表明，加氧處理后，給水pH值控制在8.9～9.1，可以維持對流動加速腐蝕良好的抑制效果。與AVT（O）工況相比，加氧處理后給水pH值由加氧前平均9.33降低至加氧后平均9.0，對應(yīng)的氨含量平均值由原來802μg/L降低至266μg/L，氨的加入量減少了約66.8%。同時，混床再生次數(shù)減少，再生用酸堿及自用沖洗水量、再生廢水排放量也會隨之減少，有利于環(huán)境保護［30-31］。

3 全保護加氧處理（OT）效果

3.1 抑制流動加速腐蝕

全保護加氧處理（OT）通過向弱堿性水中加入氧氣，促使金屬表面生成致密的保護性氧化膜。加氧轉(zhuǎn)換后，在較低的pH值條件下，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)的流動加速腐蝕以及降低鍋爐受熱面的結(jié)垢速率等。OT工況條件下，控制給水pH值在8.9～9.1，除氧器入口、給水、高加疏水鐵含量平均值均在1μg/L以下。5號機組不同給水處理方式下水汽系統(tǒng)鐵含量對比如圖2所示。

圖2 5號機組不同給水處理方式下水汽鐵含量對比結(jié)果Fig.2 Comparison results of water,steam and iron content under different feedwater treatment methods for Unit 5

3.2 延長精處理運行周期

實施OT處理之后，主要是靠適量的溶解氧維持對給水及高加疏水系統(tǒng)的保護。因此，可將水汽系統(tǒng)的pH值適當(dāng)降低，根據(jù)pH優(yōu)化調(diào)整后系統(tǒng)的加氨量推算，精處理周期制水量將提高至原來的3.0倍，精處理混床運行周期大幅延長。

3.3 實現(xiàn)全面保護

全保護加氧處理工況下，向給水系統(tǒng)中加入較低濃度溶解氧，滿足給水系統(tǒng)防腐鈍化要求，控制蒸汽基本無氧，能夠有效規(guī)避蒸汽中較高濃度氧可能促進氧化皮剝落的風(fēng)險。同時，通過向高加疏水單獨加氧，解決高加疏水系統(tǒng)防腐問題，從而實現(xiàn)水汽系統(tǒng)熱力設(shè)備的全面保護。5號機組負荷與省煤器入口溶解氧變化曲線，如圖3所示。

圖3 5號機組省煤器入口溶解氧隨負荷變化曲線Fig.3 The change curve of dissolved oxygen at the inlet of the economizer of Unit 5 with load

3.4 小結(jié)

綜上所述，5號機組實施加氧處理后，可有效抑制給水及高加疏水系統(tǒng)的流動加速腐蝕，延長精處理混床氫型運行周期，實現(xiàn)水汽系統(tǒng)熱力設(shè)備的全面保護。

4 經(jīng)濟效益核算

與AVT（O）工況相比，實施加氧處理后，以5號機組為例1年節(jié)約的氨水、再生用酸、堿、除鹽水及化學(xué)清洗費用約為67.33萬元，具體核算結(jié)果見表8。如果算上再生時的電費、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)濟效益非常顯著。

表8 單臺機組加氧處理的直接經(jīng)濟效益Table 8 Direct economic benefits of single unit oxygen treatment

5 結(jié)語

1）通過對低壓給水、高壓給水及高加疏水系統(tǒng)加氧，成功實現(xiàn)5號機組化學(xué)水工況由氧化性全揮發(fā)處理（AVT（O））向加氧處理（OT）的轉(zhuǎn)化。

2）加氧轉(zhuǎn)化完成后，給水pH值在8.9～9.1，水汽系統(tǒng)中鐵含量維持在較低水平，其中除氧器入口、省煤器入口、高加疏水的鐵含量平均值均在1μg/L以下。而AVT（O）工況處理時，水汽系統(tǒng)各個取樣點鐵含量均大于1μg/L，最高達到3.4μg/L。因此，加氧處理體現(xiàn)出優(yōu)異的全面抑制流動加速腐蝕。

3）全保護加氧處理工況下，向給水系統(tǒng)中加入較低濃度溶解氧，滿足給水系統(tǒng)防腐鈍化要求，控制蒸汽基本無氧，能夠有效規(guī)避蒸汽中較高濃度氧可能促進氧化皮剝落的風(fēng)險。同時，通過向高加疏水單獨加氧，解決高加疏水系統(tǒng)防腐問題，從而實現(xiàn)水汽系統(tǒng)熱力設(shè)備的全面保護。

4）在凝結(jié)水精處理方面，給水pH值由加氧前9.33優(yōu)化調(diào)整至9.0，氨含量平均值由原來802μg/L降低至266μg/L，氨的加入量減少了約66.8%，氫型周期制水量將提高至原來的3.0倍。同時，混床再生次數(shù)減少，對于鹽酸再生陽樹脂方式下廢水中氯離子含量將大幅降低，對廢水處理回用如脫硫吸收塔內(nèi)氯離子含量高居不下有明顯的改善。

5）與AVT（O）工況相比，實施加氧處理后，5號機組1年節(jié)約的氨水、再生用酸、堿、除鹽水及化學(xué)清洗費用約為67.33萬元，如果算上再生時的電費、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，經(jīng)濟效益顯著。