氨水堿化烘干法在停爐保養(yǎng)中的應(yīng)用效果

楊春艷，趙曉丹

(1.廣州珠江天然氣發(fā)電有限公司運(yùn)行部，廣東 廣州 511458； 2.上海電力大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，上海 201306)

廣州珠江天然氣電廠為兩臺9F級燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組，爐型為三壓再熱臥式無補(bǔ)燃自然循環(huán)余熱鍋爐，燃料采用深圳大鵬液化天然氣(LNG)。停(備)用熱力設(shè)備防銹蝕原理是在金屬設(shè)備表面形成一層具有良好防腐作用的保護(hù)膜(保護(hù)劑膜或金屬氧化膜)，從而降低熱力設(shè)備在停爐期間的腐蝕速率。如若不采取保護(hù)措施或保護(hù)措施不當(dāng)，外界空氣進(jìn)入后，整個熱力系統(tǒng)金屬表面會遭到溶解氧的腐蝕，其腐蝕速率將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于運(yùn)行期間的腐蝕速率[1]。因此，采用何種停爐保養(yǎng)方式減緩腐蝕，提高機(jī)組停運(yùn)期間的安全性，延長設(shè)備使用壽命是必須考慮的重要技術(shù)問題[2]。廣州珠江天然氣電廠作為調(diào)峰機(jī)組，從2007年投產(chǎn)以來，大小修及臨停期間的保養(yǎng)，先后采用過氨—聯(lián)胺—氮?dú)夥ā⒓兪税贩ā⒏邷爻赡ぐ贩ǖ取＿@幾種停爐保養(yǎng)方式，操作復(fù)雜、人力物力消耗大，投資成本高，而且含碳有機(jī)保護(hù)劑加進(jìn)水汽系統(tǒng)中，在開機(jī)過程中氫電導(dǎo)率嚴(yán)重超標(biāo)，從而增加了水汽系統(tǒng)的腐蝕風(fēng)險[3]。因此，改進(jìn)停爐保養(yǎng)方式對機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要意義。

1 停爐保養(yǎng)方式的選擇

根據(jù)停爐保養(yǎng)導(dǎo)則，主要應(yīng)從機(jī)組參數(shù)、類型、給水處理方式及停用的時間長短來考慮選擇合適的保養(yǎng)方式，可操作性和經(jīng)濟(jì)性也是重要的參考因素[4]。

廣州珠江天然氣電廠投產(chǎn)以來采用過的停爐保護(hù)劑特點(diǎn)如表1所示。從表1可以看出，氨水堿化烘干法具有以下優(yōu)點(diǎn)：適用范圍廣，有無檢修工作均可操作；與機(jī)組運(yùn)行所采用的給水處理工藝兼容，無需增加加藥設(shè)備；操作簡單；無含碳有機(jī)保護(hù)劑，對機(jī)組停運(yùn)和重新啟動水質(zhì)無影響；縮短了機(jī)組啟動時沖洗時間，節(jié)約了啟動用除鹽水量；對化學(xué)在線儀表無影響，減少了在線儀表維護(hù)費(fèi)用；保養(yǎng)成本低。

表1 停爐保護(hù)劑的特點(diǎn)[5-8]

廣州珠江天然氣電廠給水系統(tǒng)為無銅系統(tǒng)，根據(jù)DL/T 956—2017《火力發(fā)電廠停(備)用熱力設(shè)備防銹蝕導(dǎo)則》，可采用氨水堿化烘干法停爐保養(yǎng)。

氨水堿化烘干法的原理就是將水汽pH值提到9.6～10.5，熱爐余熱烘干。鐵-水體系電位-pH值平衡圖如圖1所示。由圖1可知，隨著溶液電位的升高，高價的離子以及高價氧化物將顯得更加穩(wěn)定，當(dāng)pH值逐漸上升，能夠穩(wěn)定存在的物質(zhì)類型也從金屬的簡單陽離子轉(zhuǎn)變?yōu)榉请x子態(tài)化合物，當(dāng)pH值接近10.0時，鐵在堿性溶液中形成Fe3O4，而Fe3O4是一種致密的磁性氧化物，它覆蓋在管壁上形成了鐵的保護(hù)膜。因此氨水堿化烘干法就是通過加大凝結(jié)水、給水的加氨量，使凝結(jié)水、給水和爐水的pH值達(dá)到9.6～10.5。由于氨在汽液兩相中有較高的分配比，氨將大量揮發(fā)進(jìn)蒸汽中，蒸汽的pH值將接近10.0。氨水堿化后整個汽水系統(tǒng)都將形成一層鐵氧化物的保護(hù)膜，從而降低熱力設(shè)備在停爐期間的腐蝕速度。

圖1 鐵—水體系電位-pH值平衡圖

2 停爐保養(yǎng)的實(shí)施

氨—聯(lián)胺—氮?dú)夥ā⒓兪税贩ā⒏邷爻赡ぐ贩ê桶彼畨A化烘干法4種停爐保養(yǎng)方式操作要點(diǎn)如表2所示。氨水堿化烘干法操作最簡便，氨—聯(lián)胺—氮?dú)夥ù沃兪税贩?加藥裝置見圖2)、高溫成膜胺法(加藥裝置見圖3)操作繁瑣，技術(shù)要求高，特別是高溫成膜胺法，加藥至凝汽器汽側(cè)負(fù)壓區(qū)，需專人操作和看護(hù)。

圖2 純十八胺法加藥裝置

圖3 高溫成膜胺法加藥裝置

表2 停爐保養(yǎng)方式操作要點(diǎn)

3 停爐保養(yǎng)效果對比分析

廣州珠江天然氣電廠實(shí)施4種停爐保養(yǎng)方法的時間周期見表3。

表3 4種停爐保養(yǎng)方法實(shí)施周期

3.1 機(jī)組啟動過程鐵含量的變化

不同停爐保養(yǎng)方法機(jī)組啟動過程鐵含量的變化如圖4所示。從圖4可以看出，氨—聯(lián)氨—氮?dú)夥ㄨF含量最高；純十八胺法和高溫成膜胺法鐵含量偏高且因金屬表面形成保護(hù)膜不均勻，導(dǎo)致各部位鐵含量不同。氨水堿化烘干法鐵含量低且各部位保養(yǎng)均勻，保養(yǎng)效果最好。

圖4 不同停爐保養(yǎng)方法機(jī)組啟動過程鐵含量的變化

3.2 機(jī)組啟動過程氫電導(dǎo)率的變化

純十八胺法和高溫成膜胺法，要求停機(jī)加藥過程和啟動沖洗初期不能投入在線儀表。不同停爐保養(yǎng)方法機(jī)組啟動過程氫電導(dǎo)率的變化見圖5。在運(yùn)行初期，純十八胺法和高溫成膜胺法的氫電導(dǎo)率無數(shù)據(jù)，投運(yùn)在線儀表后，氫電導(dǎo)率明顯高于氨—聯(lián)氨—氮?dú)夥ê桶彼畨A化烘干法；氨—聯(lián)氨—氮?dú)夥ê桶彼畨A化烘干法的氫電導(dǎo)率快速降至正常運(yùn)行水平(當(dāng)日)，而純十八胺法和高溫成膜胺法的氫電導(dǎo)率需要約8 d才能降至正常運(yùn)行水平。

圖5 不同停爐保養(yǎng)方法機(jī)組啟動過程氫電導(dǎo)率的變化

4 經(jīng)濟(jì)性對比分析

4種停爐保養(yǎng)方法經(jīng)濟(jì)性對比分析見表4。從表4可以看出，氨水堿化烘干法操作簡單，投資成本低。純十八胺法和高溫成膜胺法，保護(hù)劑中的含碳有機(jī)物是汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)后氫電導(dǎo)率長時間超標(biāo)的主要原因。以含碳有機(jī)物為主要成分的保護(hù)劑在高溫高壓蒸汽中會分解出低分子有機(jī)酸，可能會造成汽輪機(jī)運(yùn)行腐蝕。

表4 4種停爐保養(yǎng)方法經(jīng)濟(jì)性對比分析

5 結(jié)語

廣州珠江天然氣電廠采用氨水堿化烘干法停爐保養(yǎng)，經(jīng)過3年(2019—2021年)的實(shí)踐，證明這種方法是可行的，并且操作簡單、投資成本低。機(jī)組檢修后啟動開機(jī)，水質(zhì)氫電導(dǎo)率快速合格；鐵含量處于較低水平，給水鐵含量不高于21 μg/L，機(jī)組汽水鐵含量不高于33 μg/L，遠(yuǎn)小于啟動標(biāo)準(zhǔn)75 μg/L要求，達(dá)到了良好的停爐保養(yǎng)效果。

由于燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組大多為調(diào)峰機(jī)組，特別是我國天然氣供應(yīng)緊張，設(shè)備停用時間多，停爐保養(yǎng)工作對于燃機(jī)電廠來說尤為重要。燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)的水汽系統(tǒng)有自身的特點(diǎn)，通過比較、分析、研究，摸索出一套適合本廠機(jī)組的停用保養(yǎng)方法——氨水堿化烘干法(適用于無銅機(jī)組)，可保證機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。