寧巨勇，劉海玲，邵俊彪

(中電神頭發(fā)電有限責(zé)任公司，山西 朔州 036011)

0 引言

中電神頭發(fā)電有限責(zé)任公司（以下簡稱“公司”） 2×600 MW超臨界機(jī)組采用一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、間接空冷、雙背壓抽凝式DKY4-4ND33G型汽輪機(jī)，變壓直流、一次再熱、平衡通風(fēng)、緊身封閉布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、前后墻對沖燃燒方式、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型鍋爐。1號、2號機(jī)組分別于2013年6月18日3:00和9月21日13:45完成168 h試運(yùn)行。168 h試運(yùn)行后實(shí)行給水揮發(fā)性處理AVT（all volatile treatment），2017年6月停止加聯(lián)氨，給水進(jìn)行氧化性全揮發(fā)處理 AVT（O）（all volatile treatment oxidation）。鍋爐給水加氧處理是目前解決超（超）臨界鍋爐受熱面結(jié)垢和汽輪機(jī)通流部件沉積、腐蝕的先進(jìn)處理工藝，也是大型火力發(fā)電機(jī)組實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的有效措施之一[1-2]。根據(jù)國內(nèi)外有關(guān)電廠的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，給水采用加氧處理可以解決直流鍋爐給水含鐵量較高、水冷壁管結(jié)垢速率偏大、鍋爐壓差上升過快以及水冷壁節(jié)流孔氧化鐵堵塞等問題[3-4]。

給水全保護(hù)加氧技術(shù)是指在除氧器出口、凝結(jié)水精處理出口和高加疏水入口3點(diǎn)低濃度加氧，蒸汽側(cè)零溶解氧，形成并動(dòng)態(tài)修復(fù)氧化膜（Fe2O3）以實(shí)現(xiàn)對給水管道的鈍化保護(hù)作用[5]。增加的高加疏水加氧可以有效防止給水管段流動(dòng)加速腐蝕FAC（flow accelerated corrosion） 問題，對防止氧化皮產(chǎn)生具有較好的保護(hù)作用[6]。

1 機(jī)組給水處理運(yùn)行現(xiàn)狀及存在的問題

168 h試運(yùn)行后實(shí)行給水AVT，2017年6月停止加聯(lián)氨，給水進(jìn)行氧化性AVT，2017年凝結(jié)水精處理運(yùn)行周期、制水量、再生使用的酸堿量、氨水使用量、再生用除鹽水量如表1所示。

表1 凝結(jié)水精處理運(yùn)行情況統(tǒng)計(jì)表

2 機(jī)組給水處理改進(jìn)措施

2.1 機(jī)組給水加氧系統(tǒng)改造

2.1.1 對機(jī)組現(xiàn)給水處理加藥系統(tǒng)進(jìn)行改造

機(jī)組初期設(shè)計(jì)時(shí)給水加氨、加氧系統(tǒng)如圖1所示，2018年1月開始對機(jī)組加氧裝置進(jìn)行改造安裝（舊的拆除），改造后設(shè)備參數(shù)及系統(tǒng)如圖2所示。

2.1.2 給水加氧的目的

圖1 機(jī)組現(xiàn)給水處理加氨、加氧系統(tǒng)圖

圖2 機(jī)組加氧裝置改造后設(shè)備參數(shù)及系統(tǒng)圖

由于覆蓋在金屬表面的金屬氧化物、氫氧化物或者不溶性鹽類的保護(hù)作用使得金屬的溶解受到阻滯，因而金屬的腐蝕速度降得很低，這一區(qū)域被稱為鈍化區(qū)[7]。金屬在這一區(qū)域是否腐蝕，不單純決定于金屬生成的固體化合物的熱力學(xué)穩(wěn)定性，還與這些化合物是否能在金屬表面上生成黏附性好、無孔隙、連續(xù)的膜有關(guān)。若能生成這樣的膜，則可防止金屬本身與溶液間的接觸，保護(hù)金屬不被腐蝕；若生成的膜是多孔性的，則保護(hù)作用就可能不完全。鈍化不意味著完全不發(fā)生腐蝕[8]。

熱力系統(tǒng)水中的氧具有雙重作用，它既是陰極去極化劑，又是陽極鈍化劑。當(dāng)氧起陰極去極化劑作用時(shí)，氧含量增加，鐵的腐蝕速度上升[9]；當(dāng)氧起鈍化劑作用時(shí)，氧的存在是降低腐蝕速度的，在水的純度達(dá)到一定要求后，一定濃度的氧能使碳鋼表面形成均勻致密的三氧化二鐵+磁性四氧化三鐵雙層結(jié)構(gòu)的保護(hù)膜，從而抑制給水、疏水系統(tǒng)碳鋼及低合金鋼設(shè)備因水的流動(dòng)而加速腐蝕[10]。

2.1.3 熱力系統(tǒng)加氧方式

熱力系統(tǒng)加氧點(diǎn)為3點(diǎn)：凝結(jié)水精處理出口母管1點(diǎn)（精處理出口后，凝水加藥點(diǎn)附近）；除氧器出口下水管1點(diǎn)（除氧器出口后，給水前置泵入口前，給水加藥點(diǎn)附近）；高加疏水側(cè)1點(diǎn)。

2.2 給水加氧系統(tǒng)的調(diào)試

2018年5月12日開始調(diào)試，情況如下。

2.2.1 機(jī)組給水氧化性全揮發(fā)處理AVT（O） 運(yùn)行工況下的水質(zhì)查定

2018年5月12日—14日，機(jī)組給水處理方式為AVT（O）方式，控制除氧器入口電導(dǎo)率設(shè)定值為5.0～6.5 μS/cm（微西門子），測定方法根據(jù)GB/T 6908—2008《鍋爐用水和冷卻水分析方法純水電導(dǎo)率的測定》進(jìn)行，即在此工況下進(jìn)行水汽品質(zhì)的全面查定以確定機(jī)組水汽品質(zhì)及其變化規(guī)律。重點(diǎn)查定項(xiàng)目包括水汽系統(tǒng)的氫電導(dǎo)率及腐蝕產(chǎn)物鐵含量。機(jī)組的水汽品質(zhì)查定結(jié)果如表2所示（D02BX為氧含量，其中BX是便攜的意思）。

表2 AVT(O)工況下機(jī)組水汽品質(zhì)查定結(jié)果

由表2可以看出，AVT（O）工況下，該機(jī)組的凝結(jié)水漏入空氣，導(dǎo)致凝結(jié)水的氧含量及氫電導(dǎo)率偏高，氧含量測定根據(jù)DL/T 954—2005《火力發(fā)電廠水、汽試驗(yàn)方法》進(jìn)行。測定后發(fā)現(xiàn)，氧含量大于GB/T 12145—2016規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值20 μg/L；凝結(jié)水氫電導(dǎo)率小于0.20 μS/cm，符合GB/T 12145—2016規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值；給水氫電導(dǎo)率小于0.08 μS/cm，符合GB/T 12145—2016規(guī)定的期望值；主蒸汽的氫電導(dǎo)率小于0.10 μS/cm，符合GB/T 12145—2016規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值。

表3是按照GB/T 14427—2008進(jìn)行鐵的質(zhì)量濃度測定的結(jié)果。由表3可以看出，機(jī)組給水鐵的質(zhì)量濃度平均值達(dá)到GB/T 12145—2016規(guī)定的期望值小于3 μg/L的要求。

2.2.2 給水加氧轉(zhuǎn)換調(diào)試結(jié)果及分析

2.2.2.1 熱力系統(tǒng)氧化膜的轉(zhuǎn)換過程

機(jī)組于2018年5月14日11:30給水開始加氧，5月14日14:50凝結(jié)水開始加氧，5月19日17:00高壓加熱器疏水開始加氧。5月21日8:00高加疏水開始有氧，5月21日9:30省煤器入口給水檢測到有氧，水汽系統(tǒng)鐵含量維持在較低水平，表明熱力系統(tǒng)金屬氧化膜基本完成加氧轉(zhuǎn)化。試驗(yàn)過程中水汽的氧含量變化如圖3所示。

表3 機(jī)組鐵的質(zhì)量濃度查定結(jié)果μg/L

圖3 機(jī)組加氧過程中凝水及給水氧的質(zhì)量濃度變化趨勢圖

2.2.2.2 加氧轉(zhuǎn)換過程水汽系統(tǒng)鐵含量的變化

機(jī)組加氧轉(zhuǎn)化過程中，水汽系統(tǒng)鐵含量的對比如圖4所示。試驗(yàn)結(jié)果顯示，加氧轉(zhuǎn)化完成后，給水鐵的質(zhì)量濃度平均值從1.7 μg/L降低至0.3 μg/L，高加疏水鐵的質(zhì)量濃度平均值從1.8 μg/L降低至0.3 μg/L。降低水汽pH值至8.75～9.11時(shí)，給水、高壓加熱器疏水鐵含量仍然維持在較低水平。這說明加氧轉(zhuǎn)化完成后，給水系統(tǒng)、高壓加熱器疏水系統(tǒng)已經(jīng)形成了良好的保護(hù)性金屬氧化膜。

圖4 機(jī)組不同給水處理方式下水汽系統(tǒng)鐵的質(zhì)量濃度平均值對比圖

2.2.2.3 加氧轉(zhuǎn)化過程加藥量的變化

OT處理方式下，給水系統(tǒng)金屬氧化膜保護(hù)性主要依靠水中溶解氧來維持，因此可以降低給水pH值。機(jī)組OT處理后，將給水pH值由AVT（O） 處理時(shí)的9.27～9.38（對應(yīng)電導(dǎo)率在 5.0～6.5 μS/cm 之間，目標(biāo)值 5.5 μS/cm） 調(diào)整至8.75～9.11（對應(yīng)電導(dǎo)率在 1.5～3.5 μS/cm 之間，目標(biāo)值 2.5 μS/cm）。電導(dǎo)率平均值在 5.5 μS/cm時(shí)，對應(yīng)的加氨量為738.9 μg/L；電導(dǎo)率平均值在2.5 μS/cm時(shí)，對應(yīng)的加氨量為238.1 μg/L。降低pH值后，加氨量減少了68%，加氨量減少，混床的運(yùn)行周期得到一定程度的延長，理論上混床氫型運(yùn)行周期可延長2倍以上，樹脂再生酸堿量、自用沖洗水量及廢液排放量相應(yīng)減少。機(jī)加氧轉(zhuǎn)化過程中除氧器入口、省煤器入口pH值變化趨勢及給水比電導(dǎo)如圖5、圖6所示。pH值是根據(jù)GB/T 6904—2008 pH的測定：玻璃電極法測定測量得到。

圖5 機(jī)組加氧轉(zhuǎn)化過程中除氧器入口、省煤器入口pH值變化趨勢

2.2.2.4 加氧轉(zhuǎn)化過程氫電導(dǎo)率變化

以2號機(jī)組為例，給水加氧轉(zhuǎn)化過程中，水汽系統(tǒng)各取樣點(diǎn)氫電導(dǎo)率變化情況如圖7所示。機(jī)組省煤器入口給水氫電導(dǎo)率和主蒸汽氫電導(dǎo)率分別上升至0.089 μS/cm和0.107 μS/cm，高加疏水氫電導(dǎo)率最高上升至0.145 μS/cm。當(dāng)加氧轉(zhuǎn)化完成后，機(jī)組水汽氫電導(dǎo)率很快下降至正常水平。由于凝汽器漏入空氣，機(jī)組凝結(jié)水的氫電導(dǎo)率一直比較高。

圖6 機(jī)組加氧轉(zhuǎn)化過程中除氧器入口、省煤器入口比電導(dǎo)變化趨勢

圖7 機(jī)組加氧轉(zhuǎn)化過程中水汽系統(tǒng)氫電導(dǎo)變化趨勢

3 效果及費(fèi)用對比

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合國內(nèi)外加氧機(jī)組實(shí)際運(yùn)行情況，可以預(yù)期如下。

a）加氧處理將有效降低鍋爐結(jié)垢速率，從而延長鍋爐化學(xué)清洗周期。

b）熱力系統(tǒng)形成的氧化膜保護(hù)性好，耐停機(jī)腐蝕，可使機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間縮短，減少啟動(dòng)沖洗水量。

c）減緩由于結(jié)垢造成的鍋爐換熱效率下降以及鍋爐壓差上升速率，從而提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

d）堿化劑氨，精處理再生藥劑氫氧化鈉、鹽酸等用量均減少，廢水排放量減少。

e）水汽品質(zhì)得到進(jìn)一步改善，有利于防止汽輪機(jī)通流部件的積鹽與腐蝕。

加氧前后效果及費(fèi)用對比如表4所示。

表4 加氧前后效益對比

4 改進(jìn)方案的實(shí)施效果

4.1 機(jī)組給水加氧運(yùn)行注意事項(xiàng)

a）機(jī)組在正常運(yùn)行工況下采用給水加氧處理方式運(yùn)行，依據(jù)130-1-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》省煤器入口給水溶解氧質(zhì)量濃度控制在10～30 μg/L 之間，目標(biāo)值 15 μg/L；除氧器入口溶解氧質(zhì)量濃度控制在40～80 μg/L之間，目標(biāo)值60 μg/L；高加疏水溶解氧質(zhì)量濃度控制在10～50 μg/L 之間，目標(biāo)值 30 μg/L。

b）機(jī)組在給水加氧處理工況下運(yùn)行時(shí)，給水pH值控制在8.75～9.11范圍，相應(yīng)電導(dǎo)率為1.5～3.5 μS/cm，目標(biāo)值 2.5 μS/cm。

c）精處理混床氫型方式運(yùn)行終點(diǎn)指標(biāo)為：直接電導(dǎo)率小于0.30 μS/cm，其他指標(biāo)不變。

d）除氧器入口和省煤器入口給水氧表是控制凝結(jié)水和給水加氧量的重要參數(shù)，應(yīng)保證其準(zhǔn)確性和連續(xù)投運(yùn)。每周至少對在線氧表校正1次，每年更換1次電極，如果有條件的話建議將現(xiàn)有在線氧表更換為SWAN氧表。

e）為保證機(jī)組的安全運(yùn)行以及實(shí)現(xiàn)加氧的自動(dòng)控制，增加主蒸汽及高加疏水的氧表。

f）監(jiān)測氫電導(dǎo)率時(shí)，應(yīng)注意及時(shí)更換失效陽樹脂。加氧自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，省煤器入口給水和精處理出口氫電導(dǎo)率（或除氧器入口氫電導(dǎo)率） 為加氧水質(zhì)控制信號，其陽樹脂不應(yīng)同時(shí)更換。

g）由于機(jī)組加氧處理后不能加聯(lián)氨，建議今后機(jī)組停機(jī)保養(yǎng)采用加氨法、充氮法、熱爐放水法、通干燥空氣或通壓縮干燥空氣法等方法進(jìn)行保養(yǎng)。

h） 2臺機(jī)組凝水及給水加氧點(diǎn)就地一次門皆為球閥，該閥門密封不嚴(yán)，影響自動(dòng)加氧的控制效果及機(jī)組的安全運(yùn)行，停機(jī)期間應(yīng)將所有一次門球閥更換為質(zhì)量較好的截止閥。

i）夏季在機(jī)組負(fù)荷較高時(shí)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)精處理系統(tǒng)由于凝結(jié)水溫度過高而退出運(yùn)行，在精處理退出運(yùn)行期間嚴(yán)格監(jiān)測給水氫電導(dǎo)率，當(dāng)給水氫電導(dǎo)率大于0.2 μS/cm且有繼續(xù)上升的趨勢時(shí)應(yīng)暫時(shí)停止加氧。

4.2 結(jié)論

經(jīng)過熱力系統(tǒng)加氧轉(zhuǎn)換，機(jī)組成功實(shí)施了鍋爐給水加氧處理工藝，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)：水汽品質(zhì)得到進(jìn)一步改善，水汽系統(tǒng)鐵的質(zhì)量濃度降低至1 μg/L以下，有利于防止汽輪機(jī)通流部件的積鹽與腐蝕；有效延長了精處理混床樹脂再生周期，節(jié)約各類藥品、水源，直接經(jīng)濟(jì)效益可達(dá)52 366元/月；可預(yù)見長效運(yùn)行后，縮短機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間，減少啟動(dòng)沖洗水量，增加鍋爐換熱效率等。給水加氧處理有利于熱力系統(tǒng)的防腐、防垢，在提高機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)性方面有著明顯的優(yōu)勢。