胡孟文，樓華棟，馮禮奎

（1.華電浙江龍游熱電有限公司，浙江 龍游 324400；2.國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014；3.杭州意能電力技術(shù)有限公司，杭州 310012）

0 引言

浙江省燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組因天然氣氣源不足等原因，利用小時(shí)數(shù)普遍偏低，機(jī)組停備用時(shí)間較長(zhǎng)。機(jī)組停備用期間，因?yàn)橥t保護(hù)措施不到位或保護(hù)效果不好，往往會(huì)造成水汽系統(tǒng)嚴(yán)重的停運(yùn)腐蝕，一方面使設(shè)備受損，另一方面機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)需要大量除鹽水進(jìn)行沖洗和排污才能使水汽品質(zhì)合格[1]，對(duì)機(jī)組的安全性、經(jīng)濟(jì)性造成較大影響。

目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于熱力系統(tǒng)設(shè)備停用保養(yǎng)的方法有多種，DL/T 956—2017《火力發(fā)電廠停（備）用熱力設(shè)備防銹蝕導(dǎo)則》中列舉的保護(hù)方法有近20種，按照保護(hù)原理可分為3類：第一類是阻止空氣進(jìn)入熱力設(shè)備水汽系統(tǒng)內(nèi)部，這類方法包括充氮閥、保持蒸汽壓力法、真空法等；第二類是降低熱力設(shè)備水汽系統(tǒng)內(nèi)濕度，這類方法有烘干法、干燥劑法等；第三類是化學(xué)處理方法，包括加緩蝕劑，除去水中的溶解氧，使金屬表面生成保護(hù)膜，如聯(lián)氨-氨液法、成膜胺法、氣相緩蝕劑法等[2，12]。

干風(fēng)聯(lián)合保養(yǎng)技術(shù)在燃機(jī)機(jī)組中的應(yīng)用還處于起步階段，國(guó)內(nèi)尚無(wú)成熟案例可鑒。該研究在燃機(jī)機(jī)組停運(yùn)保護(hù)能力、干風(fēng)停爐保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、干風(fēng)工藝控制標(biāo)準(zhǔn)、系統(tǒng)運(yùn)行方式以及應(yīng)用效果與評(píng)價(jià)方面的研究成果具有原創(chuàng)性，對(duì)比目前燃機(jī)機(jī)組常用的保護(hù)方法，具有明顯優(yōu)勢(shì)，如表1所示。

浙江某發(fā)電廠建有2臺(tái)200 MW 9E級(jí)燃?xì)?蒸汽熱電聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，自投產(chǎn)以來(lái)一直作為電網(wǎng)調(diào)峰備用電源使用，機(jī)組停備用期間主要采用熱爐放水堿化烘干法進(jìn)行停備用保養(yǎng)，但檢查發(fā)現(xiàn)該保護(hù)措施不能滿足長(zhǎng)期停運(yùn)間期保護(hù)范圍的要求，防腐蝕效果較差。為更好地對(duì)停備用熱力設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，避免設(shè)備腐蝕受損和機(jī)組經(jīng)濟(jì)性下降，開(kāi)展了燃機(jī)機(jī)組干風(fēng)聯(lián)合保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用研究。

1 機(jī)組概況

2臺(tái)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組按照2+2+1配置，包括2臺(tái)PG9171E型燃?xì)廨啓C(jī)、2臺(tái)余熱鍋爐，1抽凝式蒸汽發(fā)電機(jī)組和1臺(tái)背壓式蒸汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組。余熱鍋爐為雙壓、雙鍋筒、一體化除氧器、無(wú)再熱、立式翅片管自然循環(huán)水管鍋爐。抽凝式蒸汽輪機(jī)為高壓、雙缸、無(wú)再熱、下排汽型式。機(jī)組于2015年12月投產(chǎn)，2015—2018年運(yùn)行小時(shí)數(shù)分別只有91.9 h，836.7 h，742.6 h及1 171.8 h。作為調(diào)峰備用機(jī)組，啟停次數(shù)多，總停運(yùn)時(shí)間長(zhǎng)，啟停機(jī)主要按照電網(wǎng)需求，停備用時(shí)間很難確定，最長(zhǎng)連續(xù)停運(yùn)時(shí)間超過(guò)3個(gè)月。2018年前對(duì)超過(guò)3天的停機(jī)均采用氨水堿化烘干法進(jìn)行停爐保養(yǎng)。

2 熱力系統(tǒng)停運(yùn)腐蝕情況

2.1 余熱烘干法保養(yǎng)效果檢查

氨水堿化烘干法操作按照《火力發(fā)電廠熱力設(shè)備停（備）用防銹蝕導(dǎo)則》執(zhí)行，高壓汽包放水壓力為1.7 MPa，低壓汽包放水壓力為0.7 MPa，除氧器放水，壓力為0.2 MPa，其中低壓汽包和除氧器基本是在停機(jī)后即開(kāi)始放水以提高余熱烘干效果。放水前，給水、爐水pH值均提升至10.0以上[2]。2017年對(duì)停運(yùn)2周的鍋爐及凝汽器進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)除高壓系統(tǒng)內(nèi)部干燥外，2臺(tái)鍋爐的低壓汽包、除氧器、凝汽器均存在不同程度的積水和銹蝕。圖1中（a），（b）所示分別為低壓汽包和凝汽器銹蝕情況?？梢?jiàn)，氨水堿化烘干法僅對(duì)鍋爐的高壓系統(tǒng)起到了保護(hù)，對(duì)于低壓系統(tǒng)、凝汽器等運(yùn)行參數(shù)低的系統(tǒng)，該保養(yǎng)方式并不能滿足停運(yùn)腐蝕防護(hù)需求。

表1 燃機(jī)機(jī)組幾種常用停爐保護(hù)方法的比較

圖1 氨水堿化烘干法保護(hù)下的停運(yùn)腐蝕

2.2 腐蝕掛片試驗(yàn)

為進(jìn)一步掌握停運(yùn)狀態(tài)的設(shè)備腐蝕速率數(shù)據(jù)，對(duì)實(shí)施氨水堿化烘干法保護(hù)的熱力系統(tǒng)進(jìn)行了腐蝕掛片試驗(yàn)，在機(jī)組冷卻后分別在除氧器、低壓鍋筒、高壓鍋筒和凝汽器內(nèi)懸掛20號(hào)碳鋼腐蝕指示片，試驗(yàn)一段時(shí)間后取出指示片觀察表面狀態(tài)，通過(guò)失重計(jì)算腐蝕速率。試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

3 干風(fēng)聯(lián)合保護(hù)技術(shù)應(yīng)用

3.1 干風(fēng)聯(lián)合保護(hù)技術(shù)

干風(fēng)聯(lián)合保護(hù)技術(shù)是將干風(fēng)干燥法與氣相緩蝕劑保護(hù)法相結(jié)合的一種綜合停爐保護(hù)技術(shù)，用除濕后的干風(fēng)以通風(fēng)方式控制熱力系統(tǒng)內(nèi)部環(huán)境相對(duì)濕度在50%以下，避免金屬表面形成水膜，從而減緩電化學(xué)腐蝕[4-6]，在機(jī)組高濕度階段，輔助使用氣相緩蝕劑加強(qiáng)水汽系統(tǒng)腐蝕控制[8-10]。干風(fēng)聯(lián)合保護(hù)技術(shù)適用范圍廣泛，能滿足任何可通風(fēng)熱力設(shè)備的停運(yùn)保護(hù)，適合聯(lián)合循環(huán)機(jī)組設(shè)備模塊多、結(jié)構(gòu)差異大的特點(diǎn)，且沒(méi)有保護(hù)時(shí)效限制，能夠適應(yīng)調(diào)峰備用機(jī)組對(duì)停備用保護(hù)時(shí)間的要求。

3.2 保養(yǎng)范圍及保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)干風(fēng)聯(lián)合保護(hù)技術(shù)適用范圍特點(diǎn)，確定保養(yǎng)范圍為余熱鍋爐機(jī)組全部水汽系統(tǒng)，包括余熱鍋爐本體所有蒸發(fā)器、省煤器、過(guò)熱器、除氧器，高低壓汽包，汽輪機(jī)本體，凝汽器，背壓機(jī)及排汽管道系統(tǒng)。

對(duì)上述保護(hù)范圍內(nèi)的水汽系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行通風(fēng)流程設(shè)計(jì)，如圖2所示。通風(fēng)干燥所需干風(fēng)由專用干風(fēng)保護(hù)裝置提供，干風(fēng)分4路進(jìn)入水汽系統(tǒng)，其中3路分別從除氧蒸發(fā)器、低壓蒸發(fā)器和高壓蒸發(fā)器下集箱定排定接入鍋爐，一路從背壓機(jī)排氣管道接入背壓機(jī)及其管道系統(tǒng)，構(gòu)成4個(gè)通風(fēng)通道。進(jìn)入除氧蒸發(fā)器的干風(fēng)經(jīng)過(guò)除氧水箱和給水加熱器后，從除氧頭排空閥和給水加熱器入口疏水閥排放；進(jìn)入低/高壓蒸發(fā)器的干風(fēng)，一路進(jìn)入低/高壓省煤器，從省煤器入口疏水閥排放，一路流經(jīng)低/高壓過(guò)熱器后，經(jīng)低/高壓蒸汽旁路閥進(jìn)入凝汽器，從凝汽器真空破壞閥和底部放水閥排放，實(shí)現(xiàn)水汽系統(tǒng)主設(shè)備全部覆蓋保護(hù)。

保護(hù)設(shè)備選用ZDB-1200型干風(fēng)停爐保護(hù)裝置，該裝置能提供相對(duì)濕度低于15%、風(fēng)量1 200 m3/h的干風(fēng)，同時(shí)具備氣相緩蝕劑加熱揮發(fā)功能，能使用無(wú)機(jī)銨、碳酸環(huán)己胺等氣相緩蝕劑。

3.3 干風(fēng)聯(lián)合保養(yǎng)實(shí)施

3.3.1 熱爐放水

停爐后先按照鍋爐熱爐放水操作進(jìn)行鍋爐放水，同時(shí)打開(kāi)蒸汽管道及汽輪機(jī)側(cè)疏水閥進(jìn)行疏放水，利用金屬余熱使水汽系統(tǒng)初步干燥。打開(kāi)鍋爐各設(shè)備過(guò)度集箱和干風(fēng)進(jìn)風(fēng)管道上疏水閥、放氣閥進(jìn)行疏水，防止管道積水阻斷通風(fēng)通道。

表2 堿化烘干保養(yǎng)方式下的掛片試驗(yàn)結(jié)果

圖2 鍋爐+凝汽器+背壓機(jī)干風(fēng)保護(hù)系統(tǒng)示意

3.3.2 干風(fēng)保護(hù)系統(tǒng)投運(yùn)條件

在啟動(dòng)干風(fēng)保護(hù)裝置進(jìn)行通風(fēng)前，應(yīng)先確認(rèn)滿足下述條件，保證設(shè)備和操作人員安全：

（1）鍋爐壓力降至0 MPa，爐膛溫度降至80℃以下。

（2）氣缸溫度降至100℃以下，汽輪機(jī)盤車已停，凝汽器真空破壞。

（3）通風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)所有設(shè)備管道疏水排盡，凝汽器熱井排空。

（4）通風(fēng)流程內(nèi)所有閥門狀態(tài)正確，不影響正常通風(fēng)。

3.3.3 干風(fēng)保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行方式

在滿足上述通風(fēng)條件后，啟動(dòng)干風(fēng)保護(hù)裝置，按設(shè)計(jì)通風(fēng)流程向熱力系統(tǒng)通入相對(duì)濕度小于15%的干風(fēng)。通風(fēng)過(guò)程中對(duì)不同通道的風(fēng)量進(jìn)行合理分配，重點(diǎn)保證除氧器和低壓系統(tǒng)通風(fēng)風(fēng)量。通風(fēng)過(guò)程中對(duì)低壓鍋筒和凝汽器排風(fēng)口相對(duì)濕度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，每次停爐后的首次通風(fēng)，干風(fēng)系統(tǒng)需持續(xù)運(yùn)行至排風(fēng)口相對(duì)濕度降至40%以下，然后進(jìn)入濕度維持階段，此階段根據(jù)在線濕度檢測(cè)數(shù)據(jù)隨時(shí)投入干風(fēng)系統(tǒng)，將系統(tǒng)內(nèi)環(huán)境濕度維持在50%以下。

首次通風(fēng)過(guò)程中可使用碳酸銨作為氣相緩蝕劑，碳酸銨置于干風(fēng)保護(hù)裝置專用藥劑倉(cāng)內(nèi)，通過(guò)提高干風(fēng)溫度對(duì)其進(jìn)行加熱，促使碳酸銨分解，產(chǎn)生的NH3隨干風(fēng)進(jìn)入熱力系統(tǒng)后快速溶于金屬表面水膜或設(shè)備積水中，起到堿化和抑制高濕度環(huán)境腐蝕的作用。經(jīng)氣相緩蝕劑揮發(fā)性試驗(yàn)，在保持干風(fēng)溫度均50℃，干風(fēng)風(fēng)量9 00 m3/h的條件下，碳酸銨分解后輸送風(fēng)中NH3濃度可達(dá)到500 mg/m3，用濕潤(rùn)pH試紙檢測(cè)排風(fēng)口pH值為10左右，滿足堿性氣相緩蝕劑保護(hù)技術(shù)要求[11]。

4 保養(yǎng)效果評(píng)價(jià)

4.1 保養(yǎng)效果評(píng)價(jià)

應(yīng)用干風(fēng)聯(lián)合保護(hù)方法后再次通過(guò)熱力系統(tǒng)腐蝕掛片試驗(yàn)對(duì)保護(hù)效果進(jìn)行檢驗(yàn)，掛片試驗(yàn)超過(guò)30天，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3，各位置腐蝕指示片中除凝汽器底部掛片腐蝕率較大達(dá)到0.014 5 g/m2·a外，其它指示片差重均在分析天平允許誤差范圍內(nèi)，腐蝕速率接近為0。與表2比較，采用干風(fēng)聯(lián)合保養(yǎng)技術(shù)后，除氧器平均腐蝕率下降89.4%，低壓汽包平均腐蝕率下降94.5%，高壓汽包平均腐蝕率下降61.4%，凝汽器平均腐蝕率下降94.6%，對(duì)比數(shù)據(jù)表明干風(fēng)聯(lián)合保護(hù)防腐蝕效果明顯。

表3 干風(fēng)聯(lián)合保護(hù)方式下的掛片試驗(yàn)結(jié)果

4.2 水汽品質(zhì)比較

自干風(fēng)聯(lián)合保護(hù)系統(tǒng)建成后，至2018年4月1號(hào)機(jī)組投運(yùn)3次，2號(hào)機(jī)組投運(yùn)7次。以2號(hào)機(jī)組為例，統(tǒng)計(jì)了機(jī)組在使用干風(fēng)聯(lián)合保護(hù)技術(shù)前7次冷態(tài)啟動(dòng)和使用后7次冷態(tài)啟動(dòng)過(guò)程凝結(jié)水、給水、蒸汽的鐵含量檢測(cè)數(shù)據(jù)。

圖3為2號(hào)機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)過(guò)程中汽機(jī)沖轉(zhuǎn)時(shí)的凝結(jié)水、給水、高壓過(guò)熱蒸汽的鐵含量，由于汽機(jī)沖轉(zhuǎn)后鍋爐蒸汽管道及汽輪機(jī)附著的腐蝕產(chǎn)物被帶入凝結(jié)水，凝結(jié)水中的鐵含量一定程度上可反映鍋爐和汽機(jī)在停備用期間的腐蝕情況。采用干風(fēng)聯(lián)合保養(yǎng)技術(shù)后，汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)時(shí)凝結(jié)水鐵離子含量相比投運(yùn)前總體上大幅下降，凝結(jié)水鐵離子含量平均值由134.8μg/L，下降至69.1μg/L，下降幅度48.7%；給水、蒸汽鐵離子含量也有一定程度下降，下降幅度為37.0%和38.1%。

圖3 2號(hào)鍋爐啟動(dòng)過(guò)程汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)后水汽中鐵離子含量變化

圖4為2號(hào)機(jī)組啟動(dòng)至滿負(fù)荷運(yùn)行8 h時(shí)凝結(jié)水、給水、高壓過(guò)熱蒸汽鐵含量數(shù)據(jù)的對(duì)比，此階段數(shù)據(jù)綜合反映未被水沖洗清除的停運(yùn)腐蝕產(chǎn)物對(duì)水汽品質(zhì)的影響。從圖4可以看出，在使用干風(fēng)聯(lián)合保護(hù)技術(shù)后，凝結(jié)水、給水、過(guò)熱蒸汽平均鐵離子含量下降也非常明顯，下降幅度分別達(dá)到87.6%，78.2%和89.4%。水質(zhì)比較同樣表明：干風(fēng)聯(lián)合保護(hù)技術(shù)對(duì)機(jī)組水汽系統(tǒng)停運(yùn)腐蝕防護(hù)效果良好。

圖4 運(yùn)行8 h后水汽中鐵離子含量變化

5 經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益

該發(fā)電廠在采用干風(fēng)聯(lián)合保護(hù)技術(shù)對(duì)停運(yùn)機(jī)組進(jìn)行防腐蝕保護(hù)后，至少在以下3個(gè)方面產(chǎn)生了經(jīng)濟(jì)效益：

（1）減緩設(shè)備腐蝕，減少設(shè)備折舊損失。由于機(jī)組停運(yùn)時(shí)間長(zhǎng)，之前采取的停爐保護(hù)措施效果不佳，停運(yùn)腐蝕將嚴(yán)重縮短設(shè)備使用壽命，增加設(shè)備折舊費(fèi)用。干風(fēng)聯(lián)合保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用使停爐保護(hù)效果大幅提升至接近零腐蝕水平，有效保障設(shè)備正常使用壽命，避免增加設(shè)備折舊費(fèi)用損失。

（2）減少機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)沖洗水量和鍋爐排污量。停爐保護(hù)效果的提升減少了機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)沖洗用水量和鍋爐運(yùn)行排污水量。機(jī)組用水量表明，采用干風(fēng)聯(lián)合保養(yǎng)后冷態(tài)啟動(dòng)沖洗用水平均減少約200 t/次，鍋爐運(yùn)行排污減少約8 t/h。按照冷態(tài)啟動(dòng)12次/年，年均運(yùn)行1 000 h計(jì)算，每噸排污水損失10 m3（已換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況，以下同）天然氣熱量計(jì)算，年節(jié)省除鹽水約10 400 t，天然氣約80 000 m3。

（3）降低鍋爐結(jié)垢速率，維持鍋爐熱效率，節(jié)省鍋爐清洗費(fèi)用。新的保護(hù)方法使機(jī)組因停運(yùn)腐蝕導(dǎo)致的腐蝕產(chǎn)物沉積大幅下降，減緩了鍋爐結(jié)垢速率和鍋爐熱效率下降速度，降低了腐蝕產(chǎn)物清除和鍋爐化學(xué)清洗費(fèi)用。

另外，實(shí)施干風(fēng)聯(lián)合保護(hù)后減少了機(jī)組廢水排放量、運(yùn)行加藥及化學(xué)清洗劑用量，具有良好的社會(huì)環(huán)境效益。

6 結(jié)語(yǔ)

干風(fēng)聯(lián)合保護(hù)技術(shù)適應(yīng)聯(lián)合環(huán)機(jī)組系統(tǒng)特點(diǎn)和運(yùn)行調(diào)度方式，能滿足機(jī)組長(zhǎng)期停運(yùn)期間大范圍停爐保護(hù)需求，適應(yīng)調(diào)峰備用機(jī)組停運(yùn)時(shí)間不確定的特點(diǎn)。在9E機(jī)組的應(yīng)用表明，干風(fēng)聯(lián)合保護(hù)法對(duì)余熱機(jī)組停運(yùn)腐蝕防護(hù)效果良好，同氨水堿化烘干法相比，機(jī)組啟動(dòng)及運(yùn)行期間水汽鐵含量均有大幅下降。

根據(jù)在某發(fā)電廠的實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，在燃機(jī)余熱機(jī)組使用干風(fēng)聯(lián)合保護(hù)工藝時(shí)，應(yīng)注意：

（1）保護(hù)操作時(shí)應(yīng)盡量提高低參數(shù)設(shè)備（如除氧器、低壓系統(tǒng)）熱爐放水參數(shù)以減少設(shè)備積水，為干風(fēng)干燥創(chuàng)造更有利條件。

（2）多個(gè)通風(fēng)通道同時(shí)通風(fēng)時(shí)，應(yīng)優(yōu)先保證低參數(shù)設(shè)備和易積水設(shè)備的通風(fēng)風(fēng)量以縮短干燥時(shí)間，提高保護(hù)效果。

（3）使用氣相緩蝕劑試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)選擇在高濕度和積水環(huán)境中有優(yōu)良緩蝕性能的速效型藥劑。