鄒縣電廠＃7機(jī)組給水加氧處理應(yīng)用分析

崔紹波，孫偉，馬偉

（華電國(guó)際鄒縣發(fā)電廠，山東 鄒城 273522）

鄒縣電廠＃7機(jī)組給水加氧處理應(yīng)用分析

崔紹波，孫偉，馬偉

（華電國(guó)際鄒縣發(fā)電廠，山東 鄒城 273522）

以華電國(guó)際鄒縣發(fā)電廠＃7機(jī)組為例，對(duì)給水采用全揮發(fā)處理和加氧處理情況進(jìn)行跟蹤對(duì)比，通過(guò)水汽品質(zhì)、水冷壁沉積量及給水系統(tǒng)壓降等變化，說(shuō)明超超臨界直流爐機(jī)組給水加氧處理是更安全、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行方式。

1000MW機(jī)組；超超臨界機(jī)組；加氧處理；給水

0 引言

華電國(guó)際鄒縣發(fā)電廠（以下簡(jiǎn)稱鄒縣電廠）四期工程＃7，＃8機(jī)組為1000MW燃煤汽輪發(fā)電機(jī)組，分別于2006年12月和2007年7月投運(yùn)。鍋爐為超超臨界變壓直流爐，采用單爐膛、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、全懸吊結(jié)構(gòu)Π形布置。汽輪機(jī)為一次中間再熱、單軸四缸四排汽、沖動(dòng)凝汽式，中、低壓缸均雙流反向布置。給水系統(tǒng)配置2臺(tái)汽動(dòng)給水泵，1臺(tái)電動(dòng)給水泵備用。高壓加熱器為雙列三級(jí)式。

該工程為引進(jìn)技術(shù)國(guó)產(chǎn)化項(xiàng)目，給水處理方式設(shè)計(jì)為啟動(dòng)時(shí)還原性全揮發(fā)處理（AVT（R）），正常運(yùn)行時(shí)加氧處理（OT）。在投產(chǎn)初期，由于OT在國(guó)內(nèi)還屬起步階段，為慎重起見(jiàn)，機(jī)組正常運(yùn)行后沒(méi)有直接采用OT，而是沿用AVT（R）。隨著國(guó)內(nèi)超超臨界機(jī)組的發(fā)展，為對(duì)比OT的應(yīng)用效果，鄒縣電廠于2009年在＃7機(jī)組開(kāi)展了OT試驗(yàn)。

1 加氧處理理論基礎(chǔ)

1.1 AVT（R）方式下氧化膜的特點(diǎn)

根據(jù)氧化膜生成機(jī)制，電廠水汽循環(huán)系統(tǒng)的腐蝕又可分為電化學(xué)反應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)。水與碳鋼反應(yīng)生成氧化膜的機(jī)制依據(jù)溫度條件有所不同：從常溫到300℃范圍內(nèi)，水與碳鋼通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)生成氧化膜；在400℃以上，蒸汽與碳鋼通過(guò)化學(xué)反應(yīng)生成氧化膜。

由于在低溫條件下水作為氧化劑沒(méi)有能量使Fe2+氧化為Fe3+并最終轉(zhuǎn)化為具有保護(hù)作用的氧化膜覆蓋層，氧化膜處于活性狀態(tài)。Fe3O4的溶解度大約在150℃時(shí)最大，提高溶液的pH值有利于降低氫氧化亞鐵的溶解度。

在凝結(jié)水系統(tǒng)、低壓加熱器和第1級(jí)高壓加熱器入口的水溫和化學(xué)介質(zhì)條件下，當(dāng)局部水流動(dòng)條件惡化時(shí)，鐵的溶解會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)榍治g性腐蝕，即會(huì)發(fā)生流動(dòng)加速腐蝕（FAC）。

在300～400℃高溫區(qū)，水分子具有能量使Fe2+氧化為Fe3+，因此在省煤器的出口段到水冷壁的金屬表面形成了內(nèi)層薄而致密、外層也較為致密的Fe3O4氧化膜。此溫度區(qū)是化學(xué)反應(yīng)與電化學(xué)反應(yīng)混合區(qū)或過(guò)渡區(qū)，隨著溫度升高，氧化膜生成的反應(yīng)逐漸由電化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)為以化學(xué)反應(yīng)為主。

綜上所述，除高溫段外，中、低溫段的金屬氧化膜是不夠致密的，其Fe3O4的溶解度較高，即使熱力系統(tǒng)的水質(zhì)接近理論純度，或通過(guò)提高pH值盡量降低氫氧化亞鐵的溶解度，但因聯(lián)氨處理?xiàng)l件下形成的雙層Fe3O4氧化膜由致密的內(nèi)伸Fe3O4層和多孔、疏松的Fe3O4外延層構(gòu)成，疏松的Fe3O4外延層不耐水流沖擊，給水系統(tǒng)會(huì)發(fā)生局部流動(dòng)加速腐蝕。同時(shí)，給水系統(tǒng)氧化膜釋放出的微量鐵離子會(huì)造成給水含鐵量高，并使下游熱力設(shè)備發(fā)生氧化鐵污堵和沉積。

由于鐵氧化物不斷在熱負(fù)荷高的部位沉積，在水流作用下生成了表面粗糙的波紋狀垢層，該類垢層除降低鍋爐受熱面的傳熱效率外，還增加了流體阻力，造成鍋爐壓差不斷上升。

1.2 給水氧化處理的原理

在OT方式下，由于不斷向金屬表面均勻地供氧，將外層Fe3O4間隙及表面覆蓋上Fe2O3，使金屬表面形成了致密穩(wěn)定的雙層保護(hù)膜，改變了外層Fe3O4層空隙率高、溶解度高，不耐流動(dòng)加速腐蝕的性質(zhì)。這是因?yàn)?，在流?dòng)的高純水中添加適量氧可提高碳鋼的自然腐蝕電位數(shù)百毫伏，使金屬表面發(fā)生極化或使金屬的電位達(dá)到鈍化電位，在金屬表面生成致密而穩(wěn)定的保護(hù)性氧化膜。直流爐應(yīng)用OT技術(shù)，在金屬表面形成了致密光滑的氧化膜，不但很好地解決了爐前系統(tǒng)存在的水流加速腐蝕問(wèn)題，還消除了水冷壁管內(nèi)表面波紋狀氧化膜造成的鍋爐壓差上升的缺陷。兩種處理方式下氧化膜狀態(tài)如圖1所示。

圖1 兩種處理方式下氧化膜狀態(tài)

2 加氧處理?xiàng)l件

加氧處理必須在水質(zhì)很純的條件下進(jìn)行。直流爐OT時(shí)，只需考慮給水含氧量和給水含鐵量的關(guān)系，嚴(yán)格控制給水的電導(dǎo)率即可。DL／T 805.1—2002《火電廠汽水化學(xué)導(dǎo)則 第1部分：直流鍋爐給水加氧處理》規(guī)定條件：（1）給水氫電導(dǎo)率應(yīng)小于0.15μS／cm；（2）凝結(jié)水系統(tǒng)應(yīng)配置全流量精處理設(shè)備；（3）除凝汽器管外汽水循環(huán)系統(tǒng)各設(shè)備均應(yīng)為鋼制元件；（4）鍋爐水冷壁管結(jié)垢量達(dá)到200～300 g／m2時(shí)，宜先進(jìn)行化學(xué)清洗。

因此，為了解＃7機(jī)組運(yùn)行狀況，從2009年12月開(kāi)始進(jìn)行了10個(gè)月水汽品質(zhì)跟蹤試驗(yàn)分析，摸清了AVT（R）和弱氧化性處理（AVT（O））方式下水汽品質(zhì)變化的規(guī)律。通過(guò)對(duì)給水、凝結(jié)水、主蒸汽等氫電導(dǎo)率、陰離子以及高速混床出水指標(biāo)的分析，發(fā)現(xiàn)＃7機(jī)組具備了OT條件。水質(zhì)分析情況如下。

（1）水汽系統(tǒng)的給水、蒸汽氫電導(dǎo)率指標(biāo)良好，均小于0.15μS／cm；但也有少量雜質(zhì)，主要是氯離子與硫酸根離子。

（2）精處理混床處于氨型運(yùn)行，各臺(tái)混床出水氫電導(dǎo)率在0.08μS／cm以下。凝汽器嚴(yán)密性良好，基本無(wú)冷卻水滲漏；凝結(jié)水氫電導(dǎo)率正常運(yùn)行中小于0.15μS／cm；有少量有機(jī)酸及Cl-滲漏。

另外，2010年1月＃7機(jī)組小修時(shí)水冷壁向火側(cè)結(jié)垢量為147.70 g／m2，不需要進(jìn)行化學(xué)清洗。

3 加氧處理過(guò)程

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，＃7機(jī)組已具備了加氧處理?xiàng)l件，2010年10月組織實(shí)施了加氧處理操作。

（1）20日16：30開(kāi)始向凝結(jié)水側(cè)加氧，初始給水氧的質(zhì)量濃度為100μg／L左右。

（2）約2.5 h后除氧器入口監(jiān)測(cè)到氧，低壓給水系統(tǒng)很快被鈍化。

（3）21日10：05開(kāi)始向除氧器出口加氧，24 h后省煤器入口監(jiān)測(cè)到氧，高壓加熱器、給水系統(tǒng)氧化膜轉(zhuǎn)換完成。

（4）在省煤器入口監(jiān)測(cè)到氧（91μg／L）的同時(shí)，主蒸汽、高壓加熱器疏水也監(jiān)測(cè)到氧（15μg／L）。

（5）23日00：00主蒸汽氧的質(zhì)量濃度達(dá)到30 μg／L，此后一直比省煤器入口氧的質(zhì)量濃度低50 μg／L，1周后逐漸降至20μg／L左右。

（6）23日15：30關(guān)閉高壓加熱器至除氧器六路連續(xù)排汽門。主蒸汽與高壓加熱器疏水基本同時(shí)測(cè)到氧，且含量比較接近，說(shuō)明高壓加熱器疏水系統(tǒng)氧化膜基本不用轉(zhuǎn)換或轉(zhuǎn)換較快。

（7）給水pH值由9.2～9.4逐漸調(diào)小至8.6～9.0。給水氧的質(zhì)量濃度為40～60μg／L，每天消耗氧氣約1.5瓶。

4 加氧處理效果分析

加氧處理后對(duì)水汽系統(tǒng)鐵離子進(jìn)行了長(zhǎng)期跟蹤分析。發(fā)現(xiàn)給水、高壓加熱器疏水等鐵離子含量均比AVT（R）時(shí)降低，且波動(dòng)幅度也變小。

（1）給水鐵的質(zhì)量濃度由加氧前的10μg／L以上降低至5μg／L左右，銅的質(zhì)量濃度基本維持在2μg／L以下。

（2）主蒸汽鐵的質(zhì)量濃度也降低至5μg／L以下。另外，高壓加熱器疏水鐵的質(zhì)量濃度由加氧前的5～8μg／L降低至5μg／L以下，高壓加熱器疏水銅的質(zhì)量濃度基本維持在2μg／L以下。

（3）＃7，＃8機(jī)組水冷壁管向火側(cè)結(jié)垢量與沉積率變化。＃7機(jī)組首次割管是運(yùn)行14個(gè)月后，結(jié)垢量為132.86 g／m2，＃8機(jī)組首次割管是運(yùn)行22個(gè)月后，結(jié)垢量為122.53 g／m2，說(shuō)明＃7機(jī)組投產(chǎn)初期水冷壁管表面狀況不如＃8機(jī)組。但在后面割管檢查中發(fā)現(xiàn)，＃7機(jī)組結(jié)垢量和沉積速率明顯下降，而且＃8機(jī)組結(jié)垢量已經(jīng)達(dá)到了化學(xué)清洗標(biāo)準(zhǔn)。＃7，＃8機(jī)組水冷壁管向火側(cè)結(jié)垢量與沉積率比較見(jiàn)表1。

（4）＃7，＃8機(jī)組給水泵出口至啟動(dòng)分離器壓差比較。給水系統(tǒng)壓降可以說(shuō)明水冷壁管與省煤器管內(nèi)有阻力，由于直流鍋爐水冷壁管內(nèi)徑小，若管內(nèi)有雜質(zhì)沉積，壓降會(huì)明顯增加。2013年＃7，＃8機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，給水系統(tǒng)各點(diǎn)壓力、壓降平均值見(jiàn)表2。＃7機(jī)組給水泵出口壓力比＃8機(jī)組低0.731MPa，＃7機(jī)組省煤器至分離器壓降比＃8機(jī)組低0.726MPa，說(shuō)明＃7機(jī)組水冷壁系統(tǒng)沉積量少，且光滑致密。

表1＃7，＃8機(jī)組水冷壁管向火側(cè)結(jié)垢量與沉積率比較

（5）＃8機(jī)組鍋爐化學(xué)清洗后未加氧處理壓差變化。2014年初，＃8機(jī)組根據(jù)水冷壁結(jié)垢量情況，對(duì)鍋爐水冷壁、省煤器及高壓加熱器系統(tǒng)進(jìn)行了化學(xué)清洗。清洗后只采用了AVT（O）方式，運(yùn)行2個(gè)月滿負(fù)荷下給水系統(tǒng)壓差變化情況如圖2所示。省煤器至分離器壓降由0.950MPa升高至1.410MPa，上升速度比較快。因此，＃8機(jī)組應(yīng)盡快采用OT方式運(yùn)行。

圖1＃8機(jī)組鍋爐化學(xué)清洗AVT（O）方式壓差變化（2014年）

（6）＃7，＃8機(jī)組高壓加熱器疏水門阻塞情況。加氧處理后給水系統(tǒng)金屬表面的氧化膜細(xì)膩、緊密，大大減小了給水系統(tǒng)的流動(dòng)加速腐蝕，減少了給水系統(tǒng)鐵的質(zhì)量濃度。＃7機(jī)組高壓加熱器疏水門被氧化鐵粉末堵塞現(xiàn)象減緩，比＃8機(jī)組清理次數(shù)減少一半。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，相同類型機(jī)組在滿足采用OT處理?xiàng)l件時(shí)，采用該方式運(yùn)行，可降低給水系統(tǒng)流動(dòng)加速腐蝕，減少熱力系統(tǒng)受熱面內(nèi)管壁中鐵氧化物的沉積量，從而提高鍋爐受熱面的熱效率。

［1］DL／T 805.1—2002火電廠汽水化學(xué)導(dǎo)則第1部分：直流鍋爐給水加氧處理導(dǎo)則［S］.

［2］陳裕忠，黃萬(wàn)啟.1 000MW超超臨界機(jī)組給水加氧三年實(shí)踐效果分析與評(píng)價(jià)［C］／／中國(guó)電廠化學(xué)專業(yè)委員會(huì)2013年年會(huì)暨學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集.長(zhǎng)沙：中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)火電分會(huì)電廠化學(xué)專業(yè)委員，2013.

［3］李志剛，陳戎.火電廠鍋爐給水加氧處理技術(shù)的研究［J］.中國(guó)電力，2004，37（11）：47-52.

（本文責(zé)編：白銀雷）

TK 223.5

：B

：1674-1951（2015）04-0052-03

崔紹波（1975—），男，山東萊蕪人，高級(jí)工程師，從事火力發(fā)電廠化學(xué)技術(shù)監(jiān)督研究和管理等方面的工作（E-mail：9479225＠163.com）。

2014-09-18；

2015-01-19

孫偉（1966—），男，山東濟(jì)寧人，技師，從事火力發(fā)電廠化學(xué)運(yùn)行和技術(shù)監(jiān)督管理等方面的工作。

馬偉（1972—），男，山東濟(jì)寧人，技師，從事火力發(fā)電廠化學(xué)運(yùn)行和監(jiān)督等方面的工作。