660MW超超臨界鍋爐長周期給水加氧試驗(yàn)研究

洪文超

摘 要：安徽華電蕪湖發(fā)電有限公司兩臺(tái)660MW超超臨界燃煤機(jī)組原采用只加氨的全揮發(fā)處理AVT（O），鍋爐受熱面的沉積速率較快，省煤器和水冷壁垢量較大，水汽系統(tǒng)含鐵量較高。本試驗(yàn)通過分析氧化膜保護(hù)機(jī)理，鍋爐給水加氧實(shí)施，加氧參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)，試驗(yàn)前后數(shù)據(jù)比較，成功得出了有效抑制水冷壁流動(dòng)加速腐蝕（FAC）并保證高溫過熱管道不發(fā)生大量氧化皮剝落的OT處理方法和參數(shù)控制范圍，大大提高了機(jī)組安全性。

關(guān)鍵詞：給水；加氧；腐蝕

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.23.133

當(dāng)代經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，電力需求飛速增長。火電機(jī)組向著高參數(shù)、大容量、更清潔的先進(jìn)發(fā)電技術(shù)不斷前進(jìn)。然而在機(jī)組能耗更低、容量更大發(fā)展過程中也逐漸出現(xiàn)了一些新問題，尤以水冷壁流動(dòng)加速腐蝕（FAC）和奧氏體鋼氧化皮大量脫落導(dǎo)致超溫爆管對(duì)機(jī)組長周期安全運(yùn)行影響最大。

本文旨在通過對(duì)安徽華電蕪湖發(fā)電有限公司加氧工作開展、參數(shù)確定、效果評(píng)價(jià)等研究，探索出精確加氧處理技術(shù)，保證鍋爐運(yùn)行安全。

1 加氧處理原理

給水加氧處理（OT）是在高品質(zhì)水（氫電導(dǎo)<0.15?S /cm）中加入氧化劑（氣態(tài)O2或H2O2），并同時(shí)加入氨調(diào)節(jié)給水PH值。氧將金屬表面氧化成一層穩(wěn)定、完整的Fe3O4內(nèi)伸層，但是Fe3O4晶粒較大有微孔，部分Fe2+不可避免的擴(kuò)散出來，被持續(xù)供給的氧逐漸氧化生成Fe2O3的水合物FeOOH或是Fe2O3沉積在Fe3O4層的微孔或者顆粒的空隙中，從而在Fe3O4保護(hù)層表面再覆上一層新“保護(hù)膜”。這層保護(hù)膜很難溶于純水中，而且Fe2O3是光滑圓潤致密的晶體，能極大的減小流體阻力。當(dāng)Fe3O4區(qū)有裂紋時(shí)還可實(shí)現(xiàn)自發(fā)愈合。

2 加氧處理情況

公司鍋爐型號(hào)為HG-2060/26.15-YM2，2008年投產(chǎn)。投產(chǎn)后FAC現(xiàn)象明顯，為保證機(jī)組長期安全運(yùn)行，2012年4月啟動(dòng)了OT處理，并同步進(jìn)行了一系列試驗(yàn)。

（1）PH值優(yōu)化試驗(yàn)。通過對(duì)給水加氨量的調(diào)節(jié)來調(diào)節(jié)給水PH值，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)水汽品質(zhì)特別是給水、凝結(jié)水、主蒸汽鐵含量（μg/L）的變化。從測(cè)量結(jié)果看，給水PH值的提高系統(tǒng)鐵含量均呈下降趨勢(shì)，抑制水汽系統(tǒng)的腐蝕效果明顯。但是提高PH值會(huì)增加氨水耗量，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致凝結(jié)水精處理樹脂加速失效，增加樹脂再生成本，綜合考慮，最終確定給水PH值控制在9.25-9.3。

（2）加氧量優(yōu)化試驗(yàn)。高限值：將給水溶氧控制均值提高到50μg/L觀察運(yùn)行，跟蹤測(cè)量給水氫電導(dǎo)、主蒸汽含氧量、主蒸汽含CrO42-質(zhì)量濃度，取多點(diǎn)均值得出下表數(shù)據(jù)。

按照ASME POWER 2011年誕生的“環(huán)境破壞說”理論核心內(nèi)容：OT可能導(dǎo)致蒸汽中氧含量顯著升高，破壞金屬氧化皮所處的環(huán)境。金屬氧化皮中夾雜的氧化鉻與高溫含氧蒸汽反應(yīng)生成氣態(tài)羥基氧化物，雙層氧化皮界面由于鉻蒸發(fā)散逸形成空穴?？昭ㄖ饾u增加，導(dǎo)致雙層氧化皮界面結(jié)合強(qiáng)度逐步降低，最終發(fā)生災(zāi)難性的氧化皮剝落事故。

公司受熱面材質(zhì)允許的CrO42-最大質(zhì)量濃度Super 304 H、TP347H分別為為110、75μg/L，從上表看主蒸汽含氧量40μg/L時(shí)已經(jīng)超出了允許值，公司取與之對(duì)應(yīng)的給水溶氧53μg/L作為加氧量的高限值，為使更少的氧進(jìn)入蒸汽側(cè)，取10～30μg/L作為正常運(yùn)行值。

低限值：2013年底，國內(nèi)多臺(tái)機(jī)組相繼發(fā)生高溫爆管，割管檢查發(fā)現(xiàn)爐管內(nèi)有大量氧化皮堆積，懷疑加氧過量。鑒于此，公司將給水溶氧均值下調(diào)至10μg/L運(yùn)行了觀察，5天后給水氫電導(dǎo)開始逐漸升高，一個(gè)半月后高加正常疏水閥在相同工況下開度偏大，分析為給水系統(tǒng)氧化膜遭到破壞釋放出部分Fe2+造成氫電導(dǎo)升高，解列高加，檢查疏水閥籠，發(fā)現(xiàn)有堵塞物，檢測(cè)其成分為四氧化三鐵，進(jìn)一步證明氧化膜遭到破壞。隨后立即提高加氧量重新鈍化，約10天左右恢復(fù)正常狀態(tài)。

3 加氧效果評(píng)價(jià)

（1）鍋爐差壓。OT前額定負(fù)荷下鍋爐總壓差在3.5～4.5MPa，高加壓差基本大于1MPa，本體壓差2.4～3.2MPa（設(shè)計(jì)值為2.1MPa），幾個(gè)壓差均有隨著運(yùn)行時(shí)間推移越來越大的趨勢(shì)。OT后各壓差均逐步下降至略高于設(shè)計(jì)壓差值后保持穩(wěn)定。壓差下降，給水泵轉(zhuǎn)速降低，能耗減小。

（2）汽水系統(tǒng)含鐵量。OT處理前給水、高加疏水鐵含量均值分別為7.3μg/L、4.5μg/L。OT后給水、高低加疏水、主蒸汽鐵含量均≤1.5μg/L，給水鐵含量降幅最大，說明水汽系統(tǒng)的腐蝕情況大大減輕。

（3）水冷壁結(jié)垢速率及節(jié)流孔堵塞。OT處理前測(cè)定水冷壁結(jié)垢速率基本達(dá)到《火力發(fā)電廠水汽化學(xué)監(jiān)督導(dǎo)則》（DL/T1115-2009）所確定的三類水平，節(jié)流孔結(jié)垢有的堵塞過半，通流能力減小，水冷壁頻繁超溫。OT處理后，利用大修機(jī)會(huì)割管檢查，水冷壁結(jié)垢速率下降至一類標(biāo)準(zhǔn)，可以極大延長鍋爐酸洗周期，節(jié)流孔處干凈光滑，無明顯沉積物。

隨著OT技術(shù)的發(fā)展和成熟，公司從最開始的凝水加氧逐步轉(zhuǎn)為給水和凝水分別加氧，凝水加氧設(shè)置在精處理出口管道，瓶裝氧氣經(jīng)減壓后直接加進(jìn)管道，凝水段多余氧通過除氧器排氣門除氧到0。給水加氧設(shè)置在除氧器出口管道上，引進(jìn)西安熱工院研發(fā)的給水自動(dòng)加氧機(jī)，將高純氧飽和溶解于除鹽水中后加入給水系統(tǒng)，加氧機(jī)根據(jù)給水流量大小自動(dòng)調(diào)節(jié)加入系統(tǒng)的含氧除鹽水量，基本實(shí)現(xiàn)氧完全消耗于給水系統(tǒng)中，不進(jìn)入蒸汽，既有效抑制了FAC的發(fā)生，又避免了過多氧進(jìn)入蒸汽側(cè)導(dǎo)致氧化皮大量剝落的情況。效果顯著，公司已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了鍋爐連續(xù)五年“四管”零泄漏，為同行業(yè)提供了較好的參考作用。

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