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）

0 前言

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。

1 加氧系統(tǒng)改造前、后概述

1.1 加氧改造前概述

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。

1.2 加氧改造后概述

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

2 加氧準(zhǔn)備工作

2.1 在線化學(xué)儀表檢驗(yàn)校準(zhǔn)

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。

2.2 試驗(yàn)分析準(zhǔn)備工作

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

2.3 水汽品質(zhì)查定

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。

3 加氧轉(zhuǎn)化試驗(yàn)

3.1 低壓給水系統(tǒng)加氧轉(zhuǎn)化

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。

3.2 高壓給水系統(tǒng)加氧轉(zhuǎn)化

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。

3.3 高加疏水系統(tǒng)加氧轉(zhuǎn)化

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。

3.4 加氧轉(zhuǎn)化過程中水汽陰離子測定

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

3.5 加氧轉(zhuǎn)化過程混床陰、陽離子測定

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。

3.6 加氧轉(zhuǎn)化過程中水汽鐵含量測定

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

3.7 pH優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)

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

4 加氧處理效果

4.1 抑制流動(dòng)加速腐蝕

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

4.2 延長精處理運(yùn)行周期

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)。

4.3 實(shí)現(xiàn)全面保護(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)。

5 加氧處理經(jīng)濟(jì)效益分析

5.1 直接經(jīng)濟(jì)效益

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

5.2 間接經(jīng)濟(jì)效益

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。

6 結(jié)語

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。