范勇晟
(江西大唐國際撫州發(fā)電有限責(zé)任公司,江西 撫州 344128)
超超臨界機(jī)組具有高參數(shù)、大容量、雜質(zhì)沉積速率快等特點(diǎn)。因此,對水汽品質(zhì)和水化學(xué)工況的要求很高。給水采用只加氨的AVT(O)全揮發(fā)性處理工藝,由于熱力設(shè)備及管道金屬表面形成的Fe3O4氧化膜疏松、溶解度高、保護(hù)性差,尤其在水流發(fā)生急劇變化位置,流動(dòng)加速腐蝕嚴(yán)重的地方金屬表面幾乎沒有氧化膜,不能滿足保護(hù)金屬基體的要求。
加氧處理(OT)是在純水的條件下,微量濃度的氧能使碳鋼表面形成一層比磁性Fe3O4保護(hù)性更好的Fe2O3+Fe3O4保護(hù)膜,該保護(hù)膜更致密、穩(wěn)定,有效抑制流動(dòng)加速腐蝕,降低給水的鐵含量及鍋爐受熱面結(jié)垢速率。
為了抑制給水系統(tǒng)、高加疏水系統(tǒng)的流動(dòng)加速腐蝕,延長精處理運(yùn)行周期,降低鍋爐沉積速率,延長鍋爐酸洗周期等,提高機(jī)組運(yùn)行的安全性、經(jīng)濟(jì)性,大唐撫州電廠決定對2 號機(jī)組(1 000 MW)實(shí)施加氧處理。
加氧改造前機(jī)組采用的加氧處理工藝為傳統(tǒng)高氧處理工藝,一般控制給水溶解氧濃度為50 μg/L~150 μg/L,使過熱蒸汽有一定濃度的溶解氧。通過汽輪機(jī)抽汽,將氧帶入高加汽側(cè)(使高加疏水溶解氧濃度大于10 μg/L),從而防止給水系統(tǒng)、高加疏水系統(tǒng)流動(dòng)加速腐蝕。采用傳統(tǒng)加氧處理工藝,由于蒸汽中的氧濃度較高,對于某些奧氏體不銹鋼材料,氧化處理生成的三氧化二鐵氧化皮與奧氏體鋼的熱膨脹系數(shù)差別大,容易促進(jìn)氧化皮脫落。運(yùn)行脫落的氧化皮沖蝕汽輪機(jī),降低汽機(jī)效率,對于П型爐,脫落的氧化皮堵塞過熱器管,使過熱器管得不到足夠的蒸汽冷卻,導(dǎo)致過熱爆管,造成機(jī)組非停事故,嚴(yán)重影響機(jī)組運(yùn)行安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。
加氧改造前機(jī)組采用的加氧設(shè)備只能滿足實(shí)施傳統(tǒng)加氧處理工藝的要求,影響機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。加氧設(shè)備對給水加氧控制精度、設(shè)備自動(dòng)控制水平等均沒有明確要求,加氧設(shè)備沒有自動(dòng)控制系統(tǒng),無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加氧控制。給水氧濃度控制精度差,波動(dòng)大,多余氧進(jìn)入蒸汽系統(tǒng),這是促進(jìn)過熱器、再熱器氧化皮剝落的一個(gè)重要原因。
鑒于傳統(tǒng)加氧工藝及設(shè)備存在的問題,經(jīng)過廣泛調(diào)研和技術(shù)論證,大唐撫州電廠最終決定采用西安熱工院研發(fā)的全保護(hù)加氧工藝及自動(dòng)加氧裝置。
全保護(hù)加氧工藝,通過向凝結(jié)水、給水、高加疏水同時(shí)加氧,能夠兼顧所有水系統(tǒng)流動(dòng)加速腐蝕的防治,取得全面的加氧處理效果。同時(shí),全保護(hù)加氧給水實(shí)施低氧處理,控制省煤器入口給水氧含量為10 μg/L~20 μg/L。低濃度氧經(jīng)過省煤器、水冷壁大面積管段消耗殆盡,加氧前后蒸汽溶解氧含量基本無變化,不存在促進(jìn)蒸汽系統(tǒng)氧化皮集中脫落的風(fēng)險(xiǎn)。
全保護(hù)自動(dòng)加氧裝置可實(shí)現(xiàn)加氧自動(dòng)調(diào)節(jié),在負(fù)荷波動(dòng)較大的情況下,加氧控制精度可達(dá)±3 μg/L。加氧介質(zhì)為空氣,不使用高壓氧氣瓶,減少高壓氧氣瓶在使用、更換、搬運(yùn)及儲存過程中的安全隱患,全保護(hù)自動(dòng)加氧裝置能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)供氣,隨機(jī)組負(fù)荷波動(dòng)而自動(dòng)改變加氧量,實(shí)現(xiàn)真正意義上的加氧無人值守。全保護(hù)自動(dòng)加氧裝置外觀如圖1所示。
圖1 全保護(hù)自動(dòng)加氧裝置外觀圖
加氧試驗(yàn)開始前,依據(jù)文獻(xiàn)[1],采用移動(dòng)式在線化學(xué)儀表檢驗(yàn)裝置對2 號機(jī)組水汽系統(tǒng)在線化學(xué)儀表測量準(zhǔn)確性進(jìn)行檢驗(yàn),對誤差超標(biāo)的儀表進(jìn)行誤差來源查定和消除,保證各儀表測量準(zhǔn)確,以滿足水質(zhì)監(jiān)測要求。
加氧試驗(yàn)過程中,試驗(yàn)分析主要包括鐵及陰離子的測定,采用的分析方法及儀器見表1。
表1 分析方法及儀器
2020年4月11—13日,在給水AVT(O)處理方式下,進(jìn)行水汽品質(zhì)查定。查定項(xiàng)目包括給水電導(dǎo)率、水汽氫電導(dǎo)率、溶解氧、陰離子含量以及鐵含量等。
2.3.1 給水電導(dǎo)率
2 號機(jī)組除氧器入口和省煤器入口給水電導(dǎo)率測定結(jié)果見表2。測定結(jié)果表明,除氧器入口給水電導(dǎo)率在 5.59~6.08 μS/cm,對應(yīng) pH 為 9.32~9.35;省煤器入口給水電導(dǎo)率在5.79~6.14 μS/cm,對應(yīng)pH 為9.33~9.36。
表2 給水電導(dǎo)率和pH測定結(jié)果
2.3.2 水汽氫電導(dǎo)率
2號機(jī)組各水樣氫電導(dǎo)率測定結(jié)果見表3。測定結(jié)果表明:凝結(jié)水氫電導(dǎo)率在0.104~0.109μS/cm,除氧器入口氫電導(dǎo)率在0.061~0.063μS/cm,給水氫電導(dǎo)率在0.064~0.065 μS/cm,主蒸汽氫電導(dǎo)率在0.065~0.070μS/cm,高加疏水氫電導(dǎo)率在0.065~0.072μS/cm。
表3 氫電導(dǎo)率測定結(jié)果
2.3.3 溶解氧
2 號機(jī)組各水樣溶解氧測定結(jié)果見表4。測定結(jié)果表明,AVT(O)處理工況下,2號機(jī)組凝結(jié)水溶解氧平均值為14.7 μg/L,除氧器入口溶解氧平均值為12.8 μg/L,除氧器出口溶解氧平均值為6.4 μg/L,給水溶解氧平均值為8.7 μg/L,主蒸汽溶解氧平均值為2.3 μg/L,高加疏水溶解氧平均值為2.6 μg/L。2 號機(jī)組除氧器對空排氣門微開后,除氧器出口給水氧含量降低。
表4 溶解氧測定結(jié)果
2.3.4 陰離子含量
采用離子色譜儀對2 號機(jī)組水樣陰離子含量進(jìn)行測定,結(jié)果見表5。測定結(jié)果表明:2號機(jī)組水汽系統(tǒng)中雜質(zhì)含量較低,水汽品質(zhì)良好。
表5 2號機(jī)組水樣陰離子含量查定結(jié)果
2.3.5 鐵含量
2 號機(jī)組各水樣鐵含量測定結(jié)果見表6。測定結(jié)果表明,AVT(O)工況下,2 號機(jī)組給水、主蒸汽鐵含量均滿足文獻(xiàn)[5]規(guī)定的小于3 μg/L 的期望值要求,高加疏水鐵含量相對較高。
表6 鐵含量測定結(jié)果
2.3.6 小結(jié)
綜上所述,2 號機(jī)組水汽品質(zhì)能夠滿足文獻(xiàn)[5-6]對加氧處理水汽品質(zhì)的要求。
2020 年 4 月 15 日 9:30 開始向 2 號機(jī)組精處理出口母管加氧,控制加氧量在50~150 μg/L。10:00除氧器入口氧含量達(dá)到20.9 μg/L 并且有持續(xù)上升趨勢,表明低壓給水系統(tǒng)加氧轉(zhuǎn)化完成,10:15 開始控制除氧器入口氧含量在10~150 μg/L,轉(zhuǎn)入加氧運(yùn)行。
2020 年 4 月 15 日 10:00 開始向 2 號機(jī)組除氧器出口加氧,控制加氧量在 50~100 μg/L。2020 年 4 月16 日 9:00 省煤器入口氧含量達(dá)到 10.9 μg/L 并且有持續(xù)上升趨勢,表明高壓給水系統(tǒng)加氧轉(zhuǎn)化完成,9:30開始控制省煤器入口給水氧含量在10~30 μg/L,轉(zhuǎn)入加氧運(yùn)行。
2020 年 4 月 15 日 10:30 開始向 2 號機(jī)組高加疏水加氧,控制加氧量50~150 μg/L。4月16日14:00高加疏水氧含量達(dá)到21.8 μg/L,并且有持續(xù)上升趨勢,表明高加疏水系統(tǒng)加氧轉(zhuǎn)化完成,14:30 開始控制高加疏水氧含量在10~150 μg/L,轉(zhuǎn)入加氧運(yùn)行。
加氧轉(zhuǎn)化過程中,采用離子色譜儀對2 號機(jī)組水汽陰離子含量進(jìn)行測定,結(jié)果見表7。測定結(jié)果表明,2 號機(jī)組加氧轉(zhuǎn)化期間水汽系統(tǒng)各取樣點(diǎn)陰離子含量較低,水汽品質(zhì)良好。
表7 加氧過程中水汽陰離子測定結(jié)果
加氧轉(zhuǎn)化過程中,通過離子色譜儀對2 號機(jī)組精處理混床出水水質(zhì)進(jìn)行測定,結(jié)果見表8。
表8 加氧過程中混床出水水質(zhì)測定結(jié)果
測定結(jié)果表明,2 號機(jī)組加氧轉(zhuǎn)化過程中精處理混床出水水質(zhì)正常?;齑渤鏊入x子、鈉離子滿足文獻(xiàn)[5]要求的<1.0 μg/L。
加氧轉(zhuǎn)化過程中,2 號機(jī)組水汽鐵含量測定結(jié)果如表9 所示。測定結(jié)果表明,加氧處理后除氧器入口、給水及高加疏水鐵含量降低,表明給水及高加疏水系統(tǒng)鈍化膜已形成且效果較好,能夠有效抑制給水及高加疏水系統(tǒng)的流動(dòng)加速腐蝕。
表9 加氧過程中水汽鐵含量測定結(jié)果
加氧轉(zhuǎn)化后,給水及高加疏水系統(tǒng)的Fe2O3+Fe3O4雙層氧化膜主要依靠水中溶解氧維持,因此可以降低給水pH 值。通過pH 優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)最終將給水pH 值控制在 8.9~9.1,目標(biāo)值 9.0,pH 優(yōu)化后水汽鐵含量測定結(jié)果見表10。
試驗(yàn)結(jié)果表明,加氧處理后,給水pH 值控制在8.9~9.1,可以維持對流動(dòng)加速腐蝕良好的抑制效果。
表10 pH優(yōu)化調(diào)整后水汽鐵含量測定結(jié)果
加氧處理(OT)通過向弱堿性水中加入氧氣,促使金屬表面生成致密的保護(hù)性氧化膜。加氧轉(zhuǎn)換平衡后,在較低pH值條件下,給水及高加疏水鐵含量可穩(wěn)定在較低水平,這是全保護(hù)加氧處理最具代表性的特點(diǎn),有利于抑制給水系統(tǒng)和高加疏水系統(tǒng)的流動(dòng)加速腐蝕以及降低鍋爐受熱面的結(jié)垢速率等。2號機(jī)組OT 處理工況下,控制給水pH 值在8.9~9.1,除氧器入口、給水、主蒸汽、高加疏水鐵含量平均值均在1 μg/L以下。2 號機(jī)組不同化學(xué)水工況下水汽系統(tǒng)鐵含量對比如圖2所示。
圖2 2號機(jī)組不同化學(xué)水工況下水汽鐵含量對比結(jié)果
加氧轉(zhuǎn)化后,給水及高加疏水系統(tǒng)的Fe2O3+Fe3O4雙層氧化膜主要依靠水中溶解氧維持,因此,可將水汽系統(tǒng)的pH值適當(dāng)降低。與AVT(O)工況相比,加氧處理后給水pH值由加氧前平均9.35降低至加氧后平均9.0,對應(yīng)的氨含量平均值由原來847 μg/L降低至266 μg/L,氨的加入量減少了約69%,理論上凝結(jié)水精處理混床周期制水量增加至原來的3.2 倍。同時(shí),混床再生次數(shù)減少,再生用酸堿及自用沖洗水量、再生廢水排放量也會(huì)隨之減少,有利于環(huán)境保護(hù)。
全保護(hù)加氧處理工況下,向給水系統(tǒng)中加入較低濃度溶解氧,滿足給水系統(tǒng)防腐鈍化要求,控制蒸汽基本無氧,有效規(guī)避蒸汽中較高濃度氧可能促進(jìn)氧化皮剝落風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí),通過向高加疏水單獨(dú)加氧,解決高加疏水系統(tǒng)防腐問題,從而實(shí)現(xiàn)水汽系統(tǒng)熱力設(shè)備的全面保護(hù)。
與AVT(O)工況相比,實(shí)施加氧處理后,一臺機(jī)組1 年節(jié)約的氨水、再生用酸、堿、除鹽水及化學(xué)清洗費(fèi)用約為102.88 萬元人民幣,具體核算結(jié)果見表11。如果算上再生時(shí)的電費(fèi)、壓縮空氣費(fèi)用、人力成本以及再生廢液處理成本等,節(jié)約的費(fèi)用將更多,由此可見,實(shí)施加氧處理后,其產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益非常顯著。
表11 單臺機(jī)組加氧處理的直接經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算
實(shí)施全保護(hù)加氧處理后可取得以下間接經(jīng)濟(jì)效益:1)降低了給水系統(tǒng)鍋爐壓差上升速率,降低了給水泵能耗,提高發(fā)電效率;2)有效減少鍋爐受熱面結(jié)垢速率,提高鍋爐效率;3)避免了高加疏水調(diào)門堵塞導(dǎo)致高加退出運(yùn)行而引起的機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性降低;4)減小了汽輪機(jī)葉片結(jié)垢速率及沖蝕,減緩了汽輪機(jī)效率降低,提高了機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性;5)避免了過熱器、再熱器爆管導(dǎo)致的非計(jì)劃停機(jī),減少了檢修費(fèi)用。
1)全保護(hù)加氧可以有效抑制給水系統(tǒng)及高加疏水系統(tǒng)的流動(dòng)加速腐蝕,OT 處理工況下,控制給水pH值在8.9~9.1,除氧器入口、給水、主蒸汽、高加疏水鐵含量平均值均在1 μg/L以下。
2)全保護(hù)加氧給水實(shí)施精確低氧處理,使給水系統(tǒng)滿足防腐鈍化要求,同時(shí)控制蒸汽基本無氧,能有效規(guī)避蒸汽較高濃度氧可能促進(jìn)氧化皮剝落的風(fēng)險(xiǎn)。
3)全保護(hù)加氧可以大幅延長精處理混床氫型運(yùn)行周期,取得顯著的直接經(jīng)濟(jì)效益。