超臨界機組給水弱氧化性處理技術(shù)應(yīng)用探討

王喜林，李愛麗，任海波

(國家電投河南電力有限公司開封發(fā)電分公司，河南 開封 475002)

0 概述

某電廠1，2號機組為630 MW超臨界直流爐機組，給水原設(shè)計采用加氧處理(oxygenated treatment，OT)方式，實際運行采用還原性全揮發(fā)處理(all volatile treatment creduction，AVT(R))方式，凝結(jié)水精處理采用氨化運行，給水pH值控制在 8.0—9.0。

自2009年機組投產(chǎn)運行以來，汽水系統(tǒng)的鐵含量偏高，過熱器氧化皮脫落嚴重。機組首次大修時檢查發(fā)現(xiàn)，鍋爐受熱面沉積率高達2—3級，接近酸洗垢量標(biāo)準(zhǔn)上限，汽輪機也存在明顯積鹽現(xiàn)象。為根本解決機組腐蝕防護問題，經(jīng)大量調(diào)研及反復(fù)對比各種給水處理方式利弊，該電廠最終決定與河南電力試驗研究院合作，對機組實施給水弱氧化性處理。

1 給水弱氧化性處理介紹

1.1 給水弱氧化性處理定義

弱氧化性處理(weak oxidizing treatment，WOT)是系統(tǒng)局部加氧的新一代給水處理方式，體現(xiàn)了對氧化性全揮發(fā)處理(all volatile treatment coxidation，AVT(O))的豐富、改善和發(fā)展，是一種綜合應(yīng)用OT和AVT(O)的基本原理和優(yōu)勢，全面考慮水汽系統(tǒng)防護，階段優(yōu)化控制凝結(jié)水、省煤器溶氧和pH，安全實現(xiàn)給水系統(tǒng)快速氧化性轉(zhuǎn)化和有效防護的氧化性處理方式。

WOT具有給水溶氧雙向調(diào)節(jié)和優(yōu)化控制能力，在凝結(jié)水不同溶氧水平條件下均可實現(xiàn)對給水、疏水系統(tǒng)的最佳防護，有效減少受熱面沉積率，以提高和精準(zhǔn)控制給水加氨量的方式，保護疏水系統(tǒng)。

1.2 WOT與傳統(tǒng)給水處理方式的防腐效果對比

1.2.1 與給水還原性全揮發(fā)處理對比

AVT(R)是第1代給水處理方式，通過全系統(tǒng)加入過量還原劑即聯(lián)氨除氧，進行還原性處理。相較于AVT(R)，WOT可使凝結(jié)水、給水、疏水系統(tǒng)腐蝕情況根本改善；給水含鐵量大幅下降；主要受熱面沉積速率大幅下降；機組傳熱效率明顯提高；酸洗周期成倍延長，經(jīng)濟效益大幅提升。

1.2.2 與給水氧化性全揮發(fā)處理對比

AVT(O)是取消了還原劑的加入，用系統(tǒng)漏入空氣中的低含量氧氣對給水系統(tǒng)進行處理的氧化性給水處理方式。相較于AVT(O)，WOT有外加溶氧來源，轉(zhuǎn)化效率大幅提高；同時主動控制溶氧來源，按轉(zhuǎn)化進度分階段按需調(diào)節(jié)氧量，實現(xiàn)系統(tǒng)局部有效氧化和安全控制要求。另外，WOT的主要經(jīng)濟效益與AVT(O)相當(dāng)，但在原來不具備AVT(O)實施條件或?qū)嵤┖笮瘦^低的機組上都能普遍適用。

1.2.3 與給水加氧處理對比

OT是第2代給水處理方式，通過全系統(tǒng)加入溶氧進行氧化性處理，包括進入蒸汽溶氧至少數(shù)十μg/L。WOT不向水冷壁及蒸汽系統(tǒng)引入溶氧，相比OT全系統(tǒng)加氧，不增加促進過(再)熱器氧化皮生長、剝落的外加溶氧因素，減小爆管導(dǎo)致的非計劃停機風(fēng)險，安全性更高，在超(超)臨界機組應(yīng)用上優(yōu)勢更加凸顯；而凝結(jié)水、給水防護水平兩者相當(dāng)，主要經(jīng)濟效益相當(dāng)。

2 給水弱氧化性處理的實施過程

給水弱氧化性處理分以下3個階段。

(1) 準(zhǔn)備階段。主要包括ORP(氧化還原電位)表的安裝，在線化學(xué)儀表的校驗和還原性處理工況鐵的分析測定等工作。

(2) 轉(zhuǎn)化階段。指加入純氧加快系統(tǒng)內(nèi)表面Fe3O4向Fe2O3的轉(zhuǎn)化，使系統(tǒng)腐蝕防護達到最佳穩(wěn)定狀態(tài)。

(3) 穩(wěn)定運行階段。指轉(zhuǎn)化完成后，按AVT（O）標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)控除氧器出口和省煤器出口，將凝結(jié)水加氧量和溶氧調(diào)至最低水平(計劃在10—20 μg/L)，長期穩(wěn)定連續(xù)運行。

2.1 準(zhǔn)備階段工作

2.1.1 水汽(主要是省煤器給水)含鐵量測定

優(yōu)化后，水汽含鐵量將降至最新國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值(5 μg/L)甚至期望值(3 μg/L)以下?，F(xiàn)行鄰菲啰啉分光光度法和基于此方法的儀器，其下限為5 μg/L，均不再適用。因此，優(yōu)化測定按河南電力試驗研究院提供的GB/T 14427改進方法(取樣500 mL自動濃縮，將現(xiàn)行方法測定下限提高10倍)進行。

2.1.2 ORP 表的安裝運行

為避免進一步增加水樣需求量，將電極杯用軟硅膠管串接于省煤器pH表水樣水路，接通電源，ORP表計正常運行，控制標(biāo)準(zhǔn)為±50 mV。

2.1.3 氧表校驗維護

氧表校驗最關(guān)鍵，如氧表不能滿足溶氧準(zhǔn)確檢測要求，則不具備轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)化階段的安全條件，校驗包括零點誤差、整機引用誤差、取樣系統(tǒng)嚴密性(空氣內(nèi)漏)。

2.1.4 除氧器入口電導(dǎo)率表運行校驗和加氨監(jiān)控

除氧器入口電導(dǎo)率是準(zhǔn)確監(jiān)控給水加氨的重要參數(shù)?；瘜W(xué)運行巡檢負責(zé)記錄除氧器入口表水樣溫度和電導(dǎo)率，并一起輸入相關(guān)計算公式，計算pH值和加氨量，用于監(jiān)控。

2.1.5 氨和聯(lián)氨加藥調(diào)整準(zhǔn)備

進入轉(zhuǎn)化階段后，將取消聯(lián)氨并改為精處理出口一點加氨，加氨量進行期望值控制。

2.1.6 確認凝汽器和凝泵軸封嚴密性

這將關(guān)系到機組運行經(jīng)濟性和凝結(jié)水水質(zhì)，以及氧化性處理控制的準(zhǔn)確性、可靠性，建議按美國電科院最新凝結(jié)水空氣內(nèi)漏溶氧標(biāo)準(zhǔn)(≤10 μg/L)嚴格要求。

凝泵軸封等處的泄漏是空氣內(nèi)漏溶氧超標(biāo)的最常見和最主要原因，由汽機專業(yè)繼續(xù)做好相應(yīng)的密封水、密封蒸汽調(diào)整，處理達標(biāo)。

2.1.7 確認除氧器各排氣門、安全閥等嚴密性

這將關(guān)系到弱氧化性處理溶氧控制的準(zhǔn)確性、可靠性，需確認1，2號連續(xù)排氣門，1，2號安全閥以及溢流放水管的嚴密性。

2.1.8 加氧系統(tǒng)準(zhǔn)備

對所需的氧氣籠、加氧控制箱、連接管，進行嚴密性檢查并安裝，安裝完畢后接入凝泵入口母管加氧管上。加氧系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 加氧系統(tǒng)示意

2.1.9 轉(zhuǎn)化階段汽水運行規(guī)范

轉(zhuǎn)化階段汽水運行規(guī)范如表1所示。

2.2 轉(zhuǎn)化階段工作

2.2.1 取消還原劑

停加聯(lián)氨，并在聯(lián)氨加藥系統(tǒng)至機組的法蘭上加堵板可靠隔離。

2.2.2 確認關(guān)死各除氧器排氣門

徹底關(guān)死除氧器1，2號連續(xù)排氣門，并現(xiàn)場“目視+點溫計檢查”確認?，F(xiàn)場檢查除氧器1，2號安全閥嚴密性；現(xiàn)場檢查確認除氧器溢流(或緊急)放水管嚴密性。

2.2.3 凝結(jié)水補氧

根據(jù)凝結(jié)水、給水溶氧水平，監(jiān)測除氧器和省煤器入口溶氧，經(jīng)加氧裝置對凝結(jié)水補氧(10—100 μg/L，視上述2處給水溶氧水平和氫導(dǎo)上升程度調(diào)整)，加快給水系統(tǒng)氧化性轉(zhuǎn)化。

表1 轉(zhuǎn)化階段汽水運行規(guī)范

化學(xué)運行巡檢、記錄加氧裝置運行數(shù)據(jù)(氣瓶壓力、加氧壓力、加氧流量等)，及時補充氣瓶、更換空瓶，轉(zhuǎn)化后期調(diào)整加氧量至穩(wěn)定運行范圍(10—20 μg/L)。

2.2.4 加氨調(diào)整

關(guān)死除氧器排氣后，停止除氧器出口加氨，改為精處理一點加氨。調(diào)整后的加氨量通過對除氧器入口SC進行期望值控制(轉(zhuǎn)化階段pH值為9.45，對應(yīng)的電導(dǎo)率 (25 ℃)約為 7.7 μS/cm)。同時，記錄各班加氨量，雙重監(jiān)控加氨量。

2.2.5 精處理氫型運行確保水質(zhì)

按氫型運行要求監(jiān)控精處理各混床，重點判據(jù)參數(shù)為混床出口鈉和電導(dǎo)率。

2.2.6 ORP表的運行監(jiān)督和維護

化學(xué)運行采集或定時抄表、記錄ORP數(shù)據(jù)。ORP示數(shù)和表計如顯示異常，通知熱工化學(xué)儀表，及時檢查消缺。

2.2.7 給水鐵的運行監(jiān)督

在轉(zhuǎn)化中應(yīng)加強給水鐵含量測定?；瘜W(xué)運行按要求配合化驗室取樣，防止水樣中腐蝕產(chǎn)物顆粒富集引入嚴重誤差；并按要求加強取樣管沖洗，保證水樣代表性。

2.3 穩(wěn)定(正常)運行階段工作

穩(wěn)定運行階段工作基本與轉(zhuǎn)化階段相同。主要區(qū)別在于，因給水系統(tǒng)轉(zhuǎn)化已經(jīng)完成，凝結(jié)水溶氧水平已降至較低的穩(wěn)定范圍10—20 μg/L。

在機組啟停階段，應(yīng)注意對加氧工作及時調(diào)整。在停機前，必須首先停止加氧裝置停止加氧，然后才進行停爐保養(yǎng)工作；在機組啟動時，應(yīng)在機組正常、在線表計投運正常后，才能投入加氧裝置恢復(fù)加氧。正常運行階段汽水規(guī)范如表2所示。

3 效果評價

1號機組于2010年9月至2011年1月完成弱氧化性處理轉(zhuǎn)化；2號機組于2011年3月至2011年8月完成弱氧化性處理轉(zhuǎn)化。進入穩(wěn)定運行階段后，給水含鐵量明顯降低。圖2給出處理后的1號機的含鐵量變化情況。

在給水弱氧化處理同時，凝結(jié)水精處理高速混床樹脂由氨型轉(zhuǎn)化為氫型運行，高速混床出水導(dǎo)電度由CC變?yōu)镾C監(jiān)測。開始時1號機高混運行2天SC就超標(biāo)，現(xiàn)在可運行8天或以上SC才超標(biāo)，說明水質(zhì)變好。

2017年5月至7月，2號機組進行了第2次大修，對鍋爐受熱面結(jié)垢及汽輪機葉片積鹽進行了檢查，結(jié)果分別如表3，4所示。

表2 正常運行階段汽水規(guī)范

圖2 1號機實施WOT后給水含鐵量

表3 水冷壁、省煤器的結(jié)垢檢查

表4 汽輪機葉片積鹽量和沉積速率

對比2次檢查測定數(shù)據(jù)，可分析如下：

(1) 相比原AVT(R)運行方式的高沉積率，實施WOT后沉積率大幅下降至1級范圍以下，獲得優(yōu)秀的腐蝕防護效果；

(2) 應(yīng)繼續(xù)WOT優(yōu)化運行，繼續(xù)保持凝結(jié)水、給水系統(tǒng)弱氧化條件和更充分的轉(zhuǎn)化，可望繼續(xù)獲得同樣優(yōu)秀的腐蝕防護效果，甚至有望使沉積率繼續(xù)降低。

4 結(jié)論

機組實施WOT后，腐蝕防護狀態(tài)根本改善。經(jīng)運行監(jiān)測，給水含鐵量明顯減少。2017年2號機組大修期間割管檢查確認，鍋爐受熱面沉積速率和汽輪機積鹽速率明顯降低。2號機組自2013年5月運行至今“四管”無爆漏，酸洗周期成倍延長，機組安全經(jīng)濟運行效益可觀。因此，給水弱氧化處理技術(shù)值得在超(超)臨界機組推廣應(yīng)用。