張山山，王仁雷，晉銀佳，衡世權(quán)，朱 躍

（華電電力科學(xué)研究院有限公司，浙江杭州310030）

火電廠的水汽品質(zhì)直接影響熱力設(shè)備的腐蝕防護(hù)狀態(tài)和水平，進(jìn)而影響機(jī)組運(yùn)行安全、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性能〔1-2〕，而機(jī)組水汽品質(zhì)的直接決定因素是給水處理方式，目前給水處理方式根據(jù)腐蝕防護(hù)原理主要分為還原性全揮發(fā)處理方式〔AVT（R）〕〔3〕、弱氧化性全揮發(fā)處理方式〔AVT（O）〕〔3〕、加氧處理方式（OT）〔3〕及弱氧化性處理方式（WOT）〔4〕。其中弱氧化性處理方式是通過(guò)溶解氧和氨的精準(zhǔn)控制，重點(diǎn)對(duì)凝結(jié)水、給水系統(tǒng)實(shí)施局部氧化性防護(hù)，防止外加溶氧進(jìn)入蒸汽系統(tǒng)，規(guī)避溶氧對(duì)蒸汽系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)，控制省煤器入口溶氧為 5～7 μg/L、給水 pH 不低于 9.30，從而實(shí)現(xiàn)給水、疏水系統(tǒng)快速氧化性轉(zhuǎn)化和有效防護(hù)，提高機(jī)組的腐蝕防護(hù)水平。

1 WOT技術(shù)原理及要點(diǎn)

WOT給水處理方式是一種全面考慮水汽系統(tǒng)防護(hù)，階段優(yōu)化控制凝結(jié)水、省煤器溶氧和pH，采取系統(tǒng)優(yōu)化保障技術(shù)，實(shí)現(xiàn)給水、疏水系統(tǒng)快速氧化性轉(zhuǎn)化及有效防護(hù)的處理方式。WOT給水處理方式的主要特點(diǎn)：（1）取消聯(lián)氨，徹底關(guān)閉除氧器排汽；（2）采用WOT溶解氧精準(zhǔn)控制技術(shù)，通過(guò)凝結(jié)水泵入口負(fù)壓加氧和高壓給水微氧控制，控制省煤器入口溶氧為5～7 μg/L，實(shí)現(xiàn)給水系統(tǒng)氧化性轉(zhuǎn)化和防護(hù)，安全、快速實(shí)現(xiàn)WOT轉(zhuǎn)化。同時(shí)能有效控制溶解氧在水冷器和省煤器被完全消耗，保證下游高溫部分安全，避免加速過(guò)熱器、再熱器氧化皮生長(zhǎng)和剝落〔5-7〕；（3）調(diào)整給水加氨，優(yōu)化pH控制，實(shí)現(xiàn)精處理出口一點(diǎn)加氨的加藥方式，確認(rèn)給水pH的期望值控制方式和以電導(dǎo)率為核心參數(shù)的精準(zhǔn)監(jiān)控方法；（4）精處理混床采用氫型運(yùn)行，提高熱力系統(tǒng)汽水品質(zhì)。

2 WOT給水處理方式的應(yīng)用

2.1 機(jī)組概況

某電廠660 MW機(jī)組鍋爐系東方鍋爐廠生產(chǎn)的超臨界變壓直流爐，機(jī)組于2012年4月投產(chǎn)，設(shè)計(jì)給水處理采用還原性AVT（R）方式。

AVT（R）即采取“給水加氨+聯(lián)氨”方式，其基本原理是全系統(tǒng)除氧運(yùn)行，處于強(qiáng)還原性的條件，金屬表面形成了雙層Fe3O4氧化膜，由致密的Fe3O4內(nèi)伸層和多孔、疏松的Fe3O4外延層構(gòu)成。當(dāng)局部水流條件惡化時(shí)，外延層不耐水流的沖擊，水的氧化能力非常弱，不能將Fe2+氧化為Fe3+并隨后轉(zhuǎn)化為具有保護(hù)作用的α-Fe2O3氧化膜覆蓋層，因此，F(xiàn)e3O4氧化膜處于活化狀態(tài)，給水系統(tǒng)局部可能會(huì)發(fā)生流動(dòng)加速腐蝕（FAC）。

機(jī)組運(yùn)行期間，汽水系統(tǒng)鐵含量合格率較低，2014年8月—12月份期間省煤器入口鐵含量變化如圖1所示。其中鐵含量的測(cè)定采用《鍋爐用水和冷卻水分析方法 鐵的測(cè)定》（GB/T 14427—2017）中的石墨爐原子吸收法。

圖1 2014年AVT（R）工況下省煤器入口鐵含量

從圖1可以看出，給水采用AVT（R）方式穩(wěn)定后，監(jiān)測(cè)汽水鐵質(zhì)量濃度長(zhǎng)期維持在15～21 μg/L。2015年3月至5月，對(duì)機(jī)組大修檢查，發(fā)現(xiàn)水冷壁、省煤器、汽輪機(jī)葉片存在高沉積問(wèn)題，已經(jīng)達(dá)到化學(xué)清洗標(biāo)準(zhǔn)〔8〕。為降低沉積率，提高機(jī)組運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性，在對(duì)機(jī)組進(jìn)行化學(xué)清洗并取得優(yōu)良效果后，于2015年7月將機(jī)組給水處理方式由AVT（R）改為WOT。

2.2 WOT給水方式工況控制

2.2.1 溶解氧的精準(zhǔn)控制

凝結(jié)水負(fù)壓加氧控制。凝結(jié)水入口溶解氧調(diào)整至 70～100 μg/L， 控制省煤器入口溶解氧＜10 μg/L，加速凝結(jié)水系統(tǒng)和低加系統(tǒng)的快速轉(zhuǎn)化。當(dāng)凝結(jié)水系統(tǒng)和低加系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化完成后，連續(xù)低流量和低濃度加入，控制除氧器入口溶氧為30～50 μg/L。

高壓給水微氧精準(zhǔn)控制。通過(guò)溶氧雙向調(diào)節(jié)能力的高壓給水微氧精準(zhǔn)控制裝置〔9〕對(duì)高壓給水微氧實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制，當(dāng)省煤器入口溶解氧為5～7 μg/L時(shí)，標(biāo)志著除氧器和高加系統(tǒng)轉(zhuǎn)化完成，此時(shí)嚴(yán)格控制省煤器入口溶氧含量（5～7 μg/L），使溶氧在水冷器和省煤器被完全消耗，防止溶氧進(jìn)入下游系統(tǒng)。

2.2.2 加氨量控制

對(duì)于AVT（R），因除氧器排汽，為彌補(bǔ)除氧器下游加氨量的損失，加氨點(diǎn)設(shè)置為兩點(diǎn)，即精處理出口和除氧器出口。而對(duì)于WOT，因除氧器出口排汽門被關(guān)死，此處基本不存在氨量的損失。因此，除氧器出口的加氨點(diǎn)可取消，在精處理出口一次性按要求將氨量加足，全面實(shí)現(xiàn)水汽系統(tǒng)pH和加氨的優(yōu)化控制。

2.2.3 給水pH控制

WOT 轉(zhuǎn)化前期，維持給水較高的 pH（9.4～9.5），以降低鐵的腐蝕速率，鐵含量穩(wěn)定一段時(shí)間后，分階段逐漸降低給水pH，以延長(zhǎng)精處理的運(yùn)行周期。由于無(wú)溶氧進(jìn)入蒸汽和疏水系統(tǒng)，要保證疏水系統(tǒng)較好的防護(hù)效果，在維持給水較高的pH和延長(zhǎng)精處理運(yùn)行周期中尋找平衡點(diǎn)，維持給水高pH的代價(jià)就是給水中氨濃度加大，造成精處理制水周期縮短和出水水質(zhì)下降。因此，WOT轉(zhuǎn)化完成后，維持pH不低于9.30。

3 WOT的效果評(píng)價(jià)

AVT（R）工況下和WOT工況下，對(duì)給水鐵含量、鍋爐受熱面結(jié)垢情況、汽輪機(jī)葉片積鹽情況和高溫過(guò)熱器管樣內(nèi)壁氧化皮進(jìn)行對(duì)比分析，從而對(duì)WOT給水處理方式的運(yùn)行效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3.1 給水鐵含量情況

省煤器入口含鐵量是機(jī)組運(yùn)行時(shí)最重要最可靠的評(píng)價(jià)給水處理效果的參數(shù)。2015年WOT方式轉(zhuǎn)化穩(wěn)定后，機(jī)組省煤器入口鐵含量變化如圖2所示。

圖2 2015年WOT工況下省煤器入口鐵含量

由圖2可見(jiàn)，WOT方式轉(zhuǎn)化穩(wěn)定后給水含鐵量基本趨于穩(wěn)定，絕大部分時(shí)間段滿足《火力發(fā)電機(jī)組及蒸汽動(dòng)力設(shè)備水汽質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 12145—2016）中小于 3 μg/L 的規(guī)定〔10〕，平均值為 2.6 μg/L，且鐵質(zhì)量濃度小于3 μg/L的比例占了85.90%。對(duì)比圖1可以看出，WOT工況下，給水鐵含量顯著降低，說(shuō)明WOT取得了較好的防護(hù)效果。

3.2 鍋爐受熱面結(jié)垢情況

AVT（R）工況下，水冷壁管內(nèi)壁沉積物呈灰黑色，是典型的Fe3O4垢，沉積速率較高；省煤器管內(nèi)壁沉積物分層現(xiàn)象明顯，沉積速率較高。WOT工況下，水冷壁管內(nèi)壁沉積物呈淺棕紅色，省煤器管內(nèi)壁沉積物呈紅綜色，沉積速率均明顯降低。AVT（R）和WOT給水處理方式下，2次大修期間檢測(cè)的水冷壁和省煤器的結(jié)垢速率見(jiàn)表1。

表1 水冷壁和省煤器的結(jié)垢速率

從表1可以看出，AVT（R）工況下，水冷壁和省煤器的結(jié)垢速率較高，結(jié)垢速率評(píng)價(jià)為三類。實(shí)施WOT方式后，水冷壁和省煤器的結(jié)垢速率顯著降低，結(jié)垢速率評(píng)價(jià)為一類。

3.3 汽輪機(jī)葉片積鹽情況

對(duì)比了在AVT（R）和WOT工況下汽輪機(jī)葉片的積鹽情況。數(shù)據(jù)表明，AVT（R）工況下，汽輪機(jī)葉片積鹽較嚴(yán)重，汽輪機(jī)葉片沉積速率約 10.14 mg/（cm2·a）；WOT工況下，汽輪機(jī)葉片基本無(wú)積鹽現(xiàn)象，汽輪機(jī)葉片沉積速率約 0.96 mg/（cm2·a），沉積速率明顯降低，說(shuō)明WOT給水處理方式可明顯降低熱力系統(tǒng)積鹽速率。

3.4 過(guò)熱器氧化皮情況

AVT（R）和WOT工況下，分別割取高溫過(guò)熱器管進(jìn)行內(nèi)壁氧化皮分析?？梢钥闯?，AVT（R）工況下，高溫過(guò)熱器管樣內(nèi)壁氧化皮出現(xiàn)剝落現(xiàn)象，殘余未剝落的氧化皮呈銀灰色，剝落后新裸露基底呈黑灰色，其SEM照片呈現(xiàn)出氧化皮發(fā)生剝落，結(jié)構(gòu)疏松，呈網(wǎng)狀高孔隙、分層現(xiàn)象；而WOT工況下，高溫過(guò)熱器管樣內(nèi)壁氧化皮呈黑灰色，其結(jié)構(gòu)完整致密，未發(fā)生任何剝落，是典型的尖晶石緊密結(jié)晶。由此可見(jiàn)，WOT給水處理方式可明顯降低氧化皮生長(zhǎng)及剝落，具有良好的腐蝕防護(hù)性能。

4 結(jié)論

（1）660 MW超臨界直流爐采用WOT給水方式，省煤器入口含鐵量明顯降低，大部分時(shí)段鐵質(zhì)量濃度滿足《火力發(fā)電機(jī)組及蒸汽動(dòng)力設(shè)備水汽質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 12145—2016）中小于 3 μg/L 的規(guī)定；鍋爐受熱面結(jié)垢和汽輪機(jī)葉片積鹽速率明顯降低；過(guò)熱器氧化皮結(jié)構(gòu)完整致密，是典型的尖晶石緊密結(jié)晶，未發(fā)生任何剝落，具有良好的腐蝕防護(hù)性能。

（2）WOT通過(guò)在凝結(jié)水負(fù)壓加氧和高壓給水微氧控制，實(shí)現(xiàn)了凝結(jié)水和給水溶氧量的精準(zhǔn)控制，避免溶氧進(jìn)入高溫蒸汽側(cè)，嚴(yán)格控制省煤器入口溶氧為5～7 μg/L、給水pH不低于9.30，從而實(shí)現(xiàn)給水、疏水系統(tǒng)快速氧化性轉(zhuǎn)化和有效防護(hù)，顯著提高了機(jī)組的腐蝕防護(hù)水平和安全運(yùn)行水平。

（3）WOT取消了聯(lián)氨的使用，提高了相關(guān)受熱器的傳熱效率，延長(zhǎng)了酸洗周期，產(chǎn)生直接和間接經(jīng)濟(jì)效益，關(guān)閉全部除氧器排汽，降低了水耗和煤耗，具有良好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。