張小霓，吳文龍，李長鳴，謝 慧

（河南電力試驗研究院，鄭州市，450052）

0 引言

隨著國民經濟的發(fā)展及用電量的劇增，我國火電機組裝機容量在近幾年迅速增加，僅河南省近幾年投運的600MW超臨界直流爐機組就有16臺。

DL/T 1115—2009《火力發(fā)電廠機組大修化學檢查導則》中明確指出：機組檢修時對其進行化學檢查可以評價機組運行期間所采用的給水處理方式是否合理，監(jiān)控是否有效；評價機組在停、備用期間所采用的各種保護方式是否合適，并根據存在問題提出改進措施[1]。根據導則[1]要求，對河南8臺采用還原性全揮發(fā)（all-volatile treatment，AVT）處理方式的600MW超臨界直流爐機組首次檢修進行化學檢查，發(fā)現了一些共性問題，可歸納為：水冷壁、省煤器結垢速率高；汽輪機葉片積鹽速率高；汽輪機低壓缸葉片銹蝕。

1 結垢、積鹽檢查及分析

1.1 省煤器、水冷壁結垢速率高

對河南省8臺600MW超臨界直流爐機組的水冷壁、省煤器管進行割管檢查和分析，其垢量和結垢速率如表1所示。

表1 水冷壁、省煤器垢量和結垢速率Tab.1 The scale and scaling rates on water-cooled wall and coal economizer

從表1可以看出，機組水冷壁和省煤器垢量高，結垢速率快，水冷壁和省煤器結垢評價為三類的機組占75%。DL/T 794—2001《火力發(fā)電廠鍋爐化學清洗導則》中規(guī)定直流爐水冷壁垢量達到200～300 g/m2時應進行化學清洗[2]。根據水冷壁結垢速率計算，大部分機組運行2～3年水冷壁垢量即達到化學清洗垢量的下限，個別機組運行不到2年即達到下限，遠遠達不到導則[2]中規(guī)定的運行5～10年進行化學清洗的年限。

另外，對其垢成分進行了分析，其中Fe（以Fe2O3計）占90%以上（質量百分比）。

1.2 汽輪機葉片積鹽速率高

對汽輪機葉片上沉積物較多部位取樣稱重，計算其沉積物量和沉積速率，結果如表2所示。

表2 汽輪機葉片沉積物量和沉積速率Tab.2 Salt deposition and rate on steam turbine blades

由表2可以看出，高壓缸葉片上沉積物量較多，積鹽速率較快，均評價為二類或三類。

1.3 原因分析

雖然機組在運行期間的汽水品質嚴格執(zhí)行標準GB 12145《火力發(fā)電機組及蒸汽動力設備水汽質量》[3]，但從表1、表2可以看出，600MW超臨界直流爐機組其水冷壁、省煤器結垢速率高，汽輪機葉片積鹽速率高是檢查中發(fā)現的共性問題，分析原因如下。

（1）新建機組在基建階段雖然經歷了酸洗、吹管，但自整套啟動到商業(yè)化運行期間的水汽品質的某些指標仍達不到標準要求；機組參數越高，蒸汽攜帶離子能力越強，對水汽品質要求越高。直流爐不能排污，導致水冷壁、省煤器結垢，汽輪機積鹽。

（2）目前河南600MW機組采用傳統(tǒng)的AVT給水處理方式，在處于弱還原性的條件下，金屬表面形成了雙層Fe3O4氧化膜，其由致密的Fe3O4內伸層和多孔、疏松的Fe3O4外延層構成。當局部水流條件惡化時，由于外延層不耐水流的沖擊，而且水的氧化能力非常弱，不能將Fe2+氧化為Fe3+并隨后轉化為具有保護作用的α-Fe2O3氧化膜覆蓋層，所以Fe3O4氧化膜處于活化狀態(tài)，給水系統(tǒng)的局部可能會發(fā)生流動加速腐蝕[4-6]。600MW機組采用AVT處理，其腐蝕防護效果不能達到最佳，給水含鐵量偏高，腐蝕產物沉積在省煤器、水冷壁上，由蒸汽攜帶沉積在汽輪機葉片上。嚴重時，造成水冷壁節(jié)流孔板堵塞，流通面積減小，管內工質流通不暢，引起水冷壁超溫甚至爆管[7]。

2 汽輪機葉片積鹽成分檢查及分析

2.1 汽輪機積鹽特性分析

依據SD 202—1986《火力發(fā)電廠垢和腐蝕產物分析方法》[8]，使用美國熱電的IRIS型等離子體發(fā)射光譜儀對汽輪機高、中、低壓缸汽輪機葉片上沉積物進行成分分析，發(fā)現的規(guī)律如下。

（1）高壓缸葉片沉積物中有較大比例的Fe、P、Cu、Al元素，如表3所示。

表3 汽輪機高壓缸葉片沉積物成分Tab.3 Salt composition on blades of high pressure cylinder

（2）中壓缸葉片沉積物以Fe、Si、Na元素為主，部分沉積物含有少量的Cu、Al元素。

（3）低壓缸葉片沉積物以Si、Fe、Na元素為主，部分沉積物含有較多氯化物、碳酸氫鹽和碳酸鹽。

（4）汽輪機葉片沉積物成分復雜，Fe元素普遍存在于各級葉片。

2.2 汽輪機積鹽特性原因分析

目前河南省600MW機組均為無磷處理，檢查中發(fā)現在高壓缸葉片上P、Cu、Al元素普遍存在，分析其原因可能為：

（1）葉片上沉積物中的磷酸鹽可能來源于機組基建時化學清洗的堿洗殘留物，在機組啟動時沒有完全沖洗干凈，由蒸汽攜帶沉積在汽輪機葉片上。

（2）600MW機組熱力設備的給水管道材質中有銅合金的成分，葉片上沉積的少量銅從銅合金中析出，由蒸汽攜帶沉積在葉片上。

（3）葉片上沉積的鋁可能來源于基建階段的塵土。汽輪機葉片沉積物中的鐵、鈉、硅元素及氯化物與給水處理方式、精處理運行狀況、汽水品質等方面有關。蒸汽攜帶離子進入汽輪機做功后，蒸汽的溫度、壓力下降，蒸汽攜帶離子能力降低，鹽類析出沉積；低壓缸葉片上堿性物質碳酸鹽、碳酸氫鹽與機組停機后低壓缸濕度大、吸收空氣中CO2有關。

3 汽輪機銹蝕問題及分析

3.1 低壓缸葉片、圍帶銹蝕

檢查中發(fā)現，低壓缸揭缸后，除e電廠低壓缸葉片沒有銹蝕外，其余電廠低壓缸均發(fā)生不同程度的銹蝕，其中a電廠1號機組低壓缸腐蝕情況如圖1所示。

3.2 低壓缸葉片銹蝕原因分析

以河南b電廠為例，對沉積物較多的2～4級葉片取沉積物樣本，對其進行離子色譜儀、等離子發(fā)射光譜儀分析，其中Fe（以Fe2O3計）占88.66%，氯化物占0.88%，Na占1.07%。

從銹蝕集中的低壓缸2～4級葉片上取腐蝕產物，對其進行能譜分析，結果詳見表4。

表4 低壓缸2～4級葉片銹蝕產物能譜測定結果Tab.4 The spectrometric testing result of rusting deposition on the low pressure cylinder blades

由分析結果可以看出，沉積物中的氯化鈉是2～4級葉片停機之后氧電化學腐蝕的主要腐蝕性介質，在腐蝕產物中約占2%，是比較明顯的。

汽輪機低壓葉片銹蝕發(fā)生在停機之后，機理是停機后發(fā)生于部分明顯積鹽葉片的電化學氧腐蝕。主要腐蝕性成分可能來自低壓葉片上的氯化物積鹽和空氣中的二氧化碳。這些腐蝕性成分均為吸濕性較強的鹽分，易吸收來自運行機組的較高濕度形成表面水膜，并在其中被富集形成較高的局部濃度，對部件表面保護性氧化膜局部破壞，活化形成小陽極；通過正常氧化層的表面水膜，空氣中的氧氣可快速擴散，形成腐蝕電池大陰極，產生快速氧電化學腐蝕；隨后還會對電化學腐蝕產物繼續(xù)進行后續(xù)氧化，水解產生的HCl可作為催化劑繼續(xù)參與氧化電化學反應，相應的電極反應見下。

3.3 建議

針對以上分析，建議如下：

（1）機組檢修時加強停備用保護；

（2）盡量保持汽輪機的真空度；

（3）停機后應趁熱快速干燥，如有揭缸計劃應盡快清理葉片表面，可以防止或減輕停機后低壓缸葉片的銹蝕。

加強運行期間水汽品質的監(jiān)督、控制，提高蒸汽品質是解決低壓缸葉片腐蝕的最根本途徑。

4 給水處理方式探討及建議

目前600MW超臨界直流爐機組幾乎都設計有加氧處理裝置，但目前大部分超臨界機組仍然沿用傳統(tǒng)的AVT給水處理方式。超臨界直流爐機組采用AVT處理方式不能對系統(tǒng)進行最佳腐蝕防護，從而導致給水含鐵量偏高，局部可能會發(fā)生流動加速腐蝕，沉積率較高；超臨界機組水冷壁管徑變小，單管的流通面積變小，水冷壁結垢，影響傳熱，增加流動阻力，直接導致給水泵壓力增加、能耗增大；汽輪機葉片上積鹽導致汽輪機效率降低。因此，超臨界直流爐采用AVT給水處理方式并不是最適合的，使用氧化性給水處理是發(fā)展的必然趨勢。

氧化性處理（oxygenated treatment，OT）是加入氧氣（或其他氧化劑）使沉積層表面轉化成為穩(wěn)定的Fe2O3，同時堵塞了Fe3O4膜層微孔，使防護層更加致密；但其對給水品質和精處理運行水平要求苛刻，如不能滿足，則存在嚴重的溶氧電化學腐蝕風險，此外還需加氧裝置（包括監(jiān)測控制系統(tǒng)）、溶氧監(jiān)測儀器和若干取樣點改造投入。給水弱氧化（weak oxygenated treatment，WOT）是近年來最新開發(fā)的一種氧化性給水處理方式，它取消了還原劑，控制了給水溶氧，同樣實現了氧化性處理，使循環(huán)系統(tǒng)獲得以有效腐蝕防護，但不必具備OT所需的苛刻水質條件。與此同時，精準控制的溶氧在省煤器內消耗殆盡，防止了溶氧進入爐內的腐蝕風險。采用WOT處理方式不必新增加氧系統(tǒng)和溶氧監(jiān)測設備投資，簡便易行；同時因取消了可疑致癌物還原劑聯氨，停運了有關配藥、加藥設備和操作，節(jié)省了大量藥品費用、設備運行維護和人員費用。目前，WOT處理在降低水冷壁、省煤器結垢速率和汽輪機積鹽速率方面已經取得了令人滿意的效果[9]。河南已有十余臺機組采用弱氧化處理作為給水處理方式，水冷壁、省煤器的結垢速率和汽輪機積鹽速率均大大降低[10-14]，直流爐對水汽品質的要求更高，更適合采用弱氧化給水處理方式。

5 結論

通過對河南省8臺采用AVT給水處理方式的600MW機組的化學檢查，發(fā)現以下共性問題：水冷壁和省煤器結垢速率快；汽輪機高壓缸上積鹽速率快；低壓缸有銹蝕現象發(fā)生。從目前的檢查情況看，采用AVT給水處理方式，腐蝕防護效果不能達到最佳，弱氧化處理是更適合超臨界直流爐的給水處理方式。選擇合適的給水處理方式，加強運行期間水汽品質的監(jiān)督與控制、提高蒸汽品質是解決結垢、積鹽、腐蝕的根本途徑。

[1]DL/T 1115—2009火力發(fā)電廠機組大修化學檢查導則[S].北京：中國電力出版社，2010.

[2]DL/T 794—2001火力發(fā)電廠鍋爐化學清洗導則[S].北京：中國電力出版社，2001.

[3]GB 12145—2008火力發(fā)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.

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[7]張世元，邵天佑.超（超）臨界直流鍋爐磁性氧化鐵沉積分析及對策[J].科技信息，2009（10）：88.

[8]SD 202—1986火力發(fā)電廠垢和腐蝕產物分析方法[S].

[9]李長鳴，吳文龍，何俊峰，等.給水弱氧化處理方式WOT的研究和應用[C]//電廠化學2009學術年會暨中國電廠化學網2009高峰論壇會議論文集，2009：41-46.

[10]郝黨強，李長鳴，邱武斌，等.200MW火電機組給水氧化處理的應用實踐[J].中國電力，2004，37（2）：32-34.

[11]李長鳴.鶴壁同力發(fā)電有限公司1號機組給水爐水優(yōu)化割管檢查分析[R].鄭州：河南電力試驗研究院，2009.

[12]李長鳴.許昌龍崗發(fā)電有限責任公司1號、2號機組給水爐水優(yōu)化處理總結[R].鄭州：河南電力試驗研究院，2005.

[13]李長鳴.許昌龍崗發(fā)電有限責任公司2號機組小修鍋爐割管檢查分析報告[R].鄭州：河南電力試驗研究院，2005.

[14]郝黨強.大唐首陽山發(fā)電有限責任公司1、2號機組給水爐水優(yōu)化處理總結[R].鄭州：河南電力試驗研究院，2003.

[15]謝 慧.大唐安陽發(fā)電有限責任公司9號機組大修化學檢查報告[R].鄭州：河南電力試驗研究院，2004.