干風(fēng)聯(lián)合停爐保護(hù)技術(shù)在9E級聯(lián)合循環(huán)機組的應(yīng)用

胡孟文，樓華棟，馮禮奎

（1.華電浙江龍游熱電有限公司，浙江 龍游 324400；2.國網(wǎng)浙江省電力有限公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014；3.杭州意能電力技術(shù)有限公司，杭州 310012）

0 引言

浙江省燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組因天然氣氣源不足等原因，利用小時數(shù)普遍偏低，機組停備用時間較長。機組停備用期間，因為停爐保護(hù)措施不到位或保護(hù)效果不好，往往會造成水汽系統(tǒng)嚴(yán)重的停運腐蝕，一方面使設(shè)備受損，另一方面機組冷態(tài)啟動時需要大量除鹽水進(jìn)行沖洗和排污才能使水汽品質(zhì)合格[1]，對機組的安全性、經(jīng)濟性造成較大影響。

目前，國內(nèi)外關(guān)于熱力系統(tǒng)設(shè)備停用保養(yǎng)的方法有多種，DL/T 956—2017《火力發(fā)電廠停（備）用熱力設(shè)備防銹蝕導(dǎo)則》中列舉的保護(hù)方法有近20種，按照保護(hù)原理可分為3類：第一類是阻止空氣進(jìn)入熱力設(shè)備水汽系統(tǒng)內(nèi)部，這類方法包括充氮閥、保持蒸汽壓力法、真空法等；第二類是降低熱力設(shè)備水汽系統(tǒng)內(nèi)濕度，這類方法有烘干法、干燥劑法等；第三類是化學(xué)處理方法，包括加緩蝕劑，除去水中的溶解氧，使金屬表面生成保護(hù)膜，如聯(lián)氨-氨液法、成膜胺法、氣相緩蝕劑法等[2，12]。

干風(fēng)聯(lián)合保養(yǎng)技術(shù)在燃機機組中的應(yīng)用還處于起步階段，國內(nèi)尚無成熟案例可鑒。該研究在燃機機組停運保護(hù)能力、干風(fēng)停爐保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計、干風(fēng)工藝控制標(biāo)準(zhǔn)、系統(tǒng)運行方式以及應(yīng)用效果與評價方面的研究成果具有原創(chuàng)性，對比目前燃機機組常用的保護(hù)方法，具有明顯優(yōu)勢，如表1所示。

浙江某發(fā)電廠建有2臺200 MW 9E級燃?xì)?蒸汽熱電聯(lián)合循環(huán)機組，自投產(chǎn)以來一直作為電網(wǎng)調(diào)峰備用電源使用，機組停備用期間主要采用熱爐放水堿化烘干法進(jìn)行停備用保養(yǎng)，但檢查發(fā)現(xiàn)該保護(hù)措施不能滿足長期停運間期保護(hù)范圍的要求，防腐蝕效果較差。為更好地對停備用熱力設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，避免設(shè)備腐蝕受損和機組經(jīng)濟性下降，開展了燃機機組干風(fēng)聯(lián)合保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用研究。

1 機組概況

2臺聯(lián)合循環(huán)機組按照2+2+1配置，包括2臺PG9171E型燃?xì)廨啓C、2臺余熱鍋爐，1抽凝式蒸汽發(fā)電機組和1臺背壓式蒸汽輪機發(fā)電機組。余熱鍋爐為雙壓、雙鍋筒、一體化除氧器、無再熱、立式翅片管自然循環(huán)水管鍋爐。抽凝式蒸汽輪機為高壓、雙缸、無再熱、下排汽型式。機組于2015年12月投產(chǎn)，2015—2018年運行小時數(shù)分別只有91.9 h，836.7 h，742.6 h及1 171.8 h。作為調(diào)峰備用機組，啟停次數(shù)多，總停運時間長，啟停機主要按照電網(wǎng)需求，停備用時間很難確定，最長連續(xù)停運時間超過3個月。2018年前對超過3天的停機均采用氨水堿化烘干法進(jìn)行停爐保養(yǎng)。

2 熱力系統(tǒng)停運腐蝕情況

2.1 余熱烘干法保養(yǎng)效果檢查

氨水堿化烘干法操作按照《火力發(fā)電廠熱力設(shè)備停（備）用防銹蝕導(dǎo)則》執(zhí)行，高壓汽包放水壓力為1.7 MPa，低壓汽包放水壓力為0.7 MPa，除氧器放水，壓力為0.2 MPa，其中低壓汽包和除氧器基本是在停機后即開始放水以提高余熱烘干效果。放水前，給水、爐水pH值均提升至10.0以上[2]。2017年對停運2周的鍋爐及凝汽器進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)除高壓系統(tǒng)內(nèi)部干燥外，2臺鍋爐的低壓汽包、除氧器、凝汽器均存在不同程度的積水和銹蝕。圖1中（a），（b）所示分別為低壓汽包和凝汽器銹蝕情況?？梢姡彼畨A化烘干法僅對鍋爐的高壓系統(tǒng)起到了保護(hù)，對于低壓系統(tǒng)、凝汽器等運行參數(shù)低的系統(tǒng)，該保養(yǎng)方式并不能滿足停運腐蝕防護(hù)需求。

表1 燃機機組幾種常用停爐保護(hù)方法的比較

圖1 氨水堿化烘干法保護(hù)下的停運腐蝕

2.2 腐蝕掛片試驗

為進(jìn)一步掌握停運狀態(tài)的設(shè)備腐蝕速率數(shù)據(jù)，對實施氨水堿化烘干法保護(hù)的熱力系統(tǒng)進(jìn)行了腐蝕掛片試驗，在機組冷卻后分別在除氧器、低壓鍋筒、高壓鍋筒和凝汽器內(nèi)懸掛20號碳鋼腐蝕指示片，試驗一段時間后取出指示片觀察表面狀態(tài)，通過失重計算腐蝕速率。試驗結(jié)果如表2所示。

3 干風(fēng)聯(lián)合保護(hù)技術(shù)應(yīng)用

3.1 干風(fēng)聯(lián)合保護(hù)技術(shù)

干風(fēng)聯(lián)合保護(hù)技術(shù)是將干風(fēng)干燥法與氣相緩蝕劑保護(hù)法相結(jié)合的一種綜合停爐保護(hù)技術(shù)，用除濕后的干風(fēng)以通風(fēng)方式控制熱力系統(tǒng)內(nèi)部環(huán)境相對濕度在50%以下，避免金屬表面形成水膜，從而減緩電化學(xué)腐蝕[4-6]，在機組高濕度階段，輔助使用氣相緩蝕劑加強水汽系統(tǒng)腐蝕控制[8-10]。干風(fēng)聯(lián)合保護(hù)技術(shù)適用范圍廣泛，能滿足任何可通風(fēng)熱力設(shè)備的停運保護(hù)，適合聯(lián)合循環(huán)機組設(shè)備模塊多、結(jié)構(gòu)差異大的特點，且沒有保護(hù)時效限制，能夠適應(yīng)調(diào)峰備用機組對停備用保護(hù)時間的要求。

3.2 保養(yǎng)范圍及保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)干風(fēng)聯(lián)合保護(hù)技術(shù)適用范圍特點，確定保養(yǎng)范圍為余熱鍋爐機組全部水汽系統(tǒng)，包括余熱鍋爐本體所有蒸發(fā)器、省煤器、過熱器、除氧器，高低壓汽包，汽輪機本體，凝汽器，背壓機及排汽管道系統(tǒng)。

對上述保護(hù)范圍內(nèi)的水汽系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行通風(fēng)流程設(shè)計，如圖2所示。通風(fēng)干燥所需干風(fēng)由專用干風(fēng)保護(hù)裝置提供，干風(fēng)分4路進(jìn)入水汽系統(tǒng)，其中3路分別從除氧蒸發(fā)器、低壓蒸發(fā)器和高壓蒸發(fā)器下集箱定排定接入鍋爐，一路從背壓機排氣管道接入背壓機及其管道系統(tǒng)，構(gòu)成4個通風(fēng)通道。進(jìn)入除氧蒸發(fā)器的干風(fēng)經(jīng)過除氧水箱和給水加熱器后，從除氧頭排空閥和給水加熱器入口疏水閥排放；進(jìn)入低/高壓蒸發(fā)器的干風(fēng)，一路進(jìn)入低/高壓省煤器，從省煤器入口疏水閥排放，一路流經(jīng)低/高壓過熱器后，經(jīng)低/高壓蒸汽旁路閥進(jìn)入凝汽器，從凝汽器真空破壞閥和底部放水閥排放，實現(xiàn)水汽系統(tǒng)主設(shè)備全部覆蓋保護(hù)。

保護(hù)設(shè)備選用ZDB-1200型干風(fēng)停爐保護(hù)裝置，該裝置能提供相對濕度低于15%、風(fēng)量1 200 m3/h的干風(fēng)，同時具備氣相緩蝕劑加熱揮發(fā)功能，能使用無機銨、碳酸環(huán)己胺等氣相緩蝕劑。

3.3 干風(fēng)聯(lián)合保養(yǎng)實施

3.3.1 熱爐放水

停爐后先按照鍋爐熱爐放水操作進(jìn)行鍋爐放水，同時打開蒸汽管道及汽輪機側(cè)疏水閥進(jìn)行疏放水，利用金屬余熱使水汽系統(tǒng)初步干燥。打開鍋爐各設(shè)備過度集箱和干風(fēng)進(jìn)風(fēng)管道上疏水閥、放氣閥進(jìn)行疏水，防止管道積水阻斷通風(fēng)通道。

表2 堿化烘干保養(yǎng)方式下的掛片試驗結(jié)果

圖2 鍋爐+凝汽器+背壓機干風(fēng)保護(hù)系統(tǒng)示意

3.3.2 干風(fēng)保護(hù)系統(tǒng)投運條件

在啟動干風(fēng)保護(hù)裝置進(jìn)行通風(fēng)前，應(yīng)先確認(rèn)滿足下述條件，保證設(shè)備和操作人員安全：

（1）鍋爐壓力降至0 MPa，爐膛溫度降至80℃以下。

（2）氣缸溫度降至100℃以下，汽輪機盤車已停，凝汽器真空破壞。

（3）通風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)所有設(shè)備管道疏水排盡，凝汽器熱井排空。

（4）通風(fēng)流程內(nèi)所有閥門狀態(tài)正確，不影響正常通風(fēng)。

3.3.3 干風(fēng)保護(hù)系統(tǒng)運行方式

在滿足上述通風(fēng)條件后，啟動干風(fēng)保護(hù)裝置，按設(shè)計通風(fēng)流程向熱力系統(tǒng)通入相對濕度小于15%的干風(fēng)。通風(fēng)過程中對不同通道的風(fēng)量進(jìn)行合理分配，重點保證除氧器和低壓系統(tǒng)通風(fēng)風(fēng)量。通風(fēng)過程中對低壓鍋筒和凝汽器排風(fēng)口相對濕度進(jìn)行監(jiān)測，每次停爐后的首次通風(fēng)，干風(fēng)系統(tǒng)需持續(xù)運行至排風(fēng)口相對濕度降至40%以下，然后進(jìn)入濕度維持階段，此階段根據(jù)在線濕度檢測數(shù)據(jù)隨時投入干風(fēng)系統(tǒng)，將系統(tǒng)內(nèi)環(huán)境濕度維持在50%以下。

首次通風(fēng)過程中可使用碳酸銨作為氣相緩蝕劑，碳酸銨置于干風(fēng)保護(hù)裝置專用藥劑倉內(nèi)，通過提高干風(fēng)溫度對其進(jìn)行加熱，促使碳酸銨分解，產(chǎn)生的NH3隨干風(fēng)進(jìn)入熱力系統(tǒng)后快速溶于金屬表面水膜或設(shè)備積水中，起到堿化和抑制高濕度環(huán)境腐蝕的作用。經(jīng)氣相緩蝕劑揮發(fā)性試驗，在保持干風(fēng)溫度均50℃，干風(fēng)風(fēng)量9 00 m3/h的條件下，碳酸銨分解后輸送風(fēng)中NH3濃度可達(dá)到500 mg/m3，用濕潤pH試紙檢測排風(fēng)口pH值為10左右，滿足堿性氣相緩蝕劑保護(hù)技術(shù)要求[11]。

4 保養(yǎng)效果評價

4.1 保養(yǎng)效果評價

應(yīng)用干風(fēng)聯(lián)合保護(hù)方法后再次通過熱力系統(tǒng)腐蝕掛片試驗對保護(hù)效果進(jìn)行檢驗，掛片試驗超過30天，試驗結(jié)果見表3，各位置腐蝕指示片中除凝汽器底部掛片腐蝕率較大達(dá)到0.014 5 g/m2·a外，其它指示片差重均在分析天平允許誤差范圍內(nèi)，腐蝕速率接近為0。與表2比較，采用干風(fēng)聯(lián)合保養(yǎng)技術(shù)后，除氧器平均腐蝕率下降89.4%，低壓汽包平均腐蝕率下降94.5%，高壓汽包平均腐蝕率下降61.4%，凝汽器平均腐蝕率下降94.6%，對比數(shù)據(jù)表明干風(fēng)聯(lián)合保護(hù)防腐蝕效果明顯。

表3 干風(fēng)聯(lián)合保護(hù)方式下的掛片試驗結(jié)果

4.2 水汽品質(zhì)比較

自干風(fēng)聯(lián)合保護(hù)系統(tǒng)建成后，至2018年4月1號機組投運3次，2號機組投運7次。以2號機組為例，統(tǒng)計了機組在使用干風(fēng)聯(lián)合保護(hù)技術(shù)前7次冷態(tài)啟動和使用后7次冷態(tài)啟動過程凝結(jié)水、給水、蒸汽的鐵含量檢測數(shù)據(jù)。

圖3為2號機組冷態(tài)啟動過程中汽機沖轉(zhuǎn)時的凝結(jié)水、給水、高壓過熱蒸汽的鐵含量，由于汽機沖轉(zhuǎn)后鍋爐蒸汽管道及汽輪機附著的腐蝕產(chǎn)物被帶入凝結(jié)水，凝結(jié)水中的鐵含量一定程度上可反映鍋爐和汽機在停備用期間的腐蝕情況。采用干風(fēng)聯(lián)合保養(yǎng)技術(shù)后，汽輪機沖轉(zhuǎn)時凝結(jié)水鐵離子含量相比投運前總體上大幅下降，凝結(jié)水鐵離子含量平均值由134.8μg/L，下降至69.1μg/L，下降幅度48.7%；給水、蒸汽鐵離子含量也有一定程度下降，下降幅度為37.0%和38.1%。

圖3 2號鍋爐啟動過程汽輪機沖轉(zhuǎn)后水汽中鐵離子含量變化

圖4為2號機組啟動至滿負(fù)荷運行8 h時凝結(jié)水、給水、高壓過熱蒸汽鐵含量數(shù)據(jù)的對比，此階段數(shù)據(jù)綜合反映未被水沖洗清除的停運腐蝕產(chǎn)物對水汽品質(zhì)的影響。從圖4可以看出，在使用干風(fēng)聯(lián)合保護(hù)技術(shù)后，凝結(jié)水、給水、過熱蒸汽平均鐵離子含量下降也非常明顯，下降幅度分別達(dá)到87.6%，78.2%和89.4%。水質(zhì)比較同樣表明：干風(fēng)聯(lián)合保護(hù)技術(shù)對機組水汽系統(tǒng)停運腐蝕防護(hù)效果良好。

圖4 運行8 h后水汽中鐵離子含量變化

5 經(jīng)濟與社會效益

該發(fā)電廠在采用干風(fēng)聯(lián)合保護(hù)技術(shù)對停運機組進(jìn)行防腐蝕保護(hù)后，至少在以下3個方面產(chǎn)生了經(jīng)濟效益：

（1）減緩設(shè)備腐蝕，減少設(shè)備折舊損失。由于機組停運時間長，之前采取的停爐保護(hù)措施效果不佳，停運腐蝕將嚴(yán)重縮短設(shè)備使用壽命，增加設(shè)備折舊費用。干風(fēng)聯(lián)合保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用使停爐保護(hù)效果大幅提升至接近零腐蝕水平，有效保障設(shè)備正常使用壽命，避免增加設(shè)備折舊費用損失。

（2）減少機組冷態(tài)啟動沖洗水量和鍋爐排污量。停爐保護(hù)效果的提升減少了機組冷態(tài)啟動沖洗用水量和鍋爐運行排污水量。機組用水量表明，采用干風(fēng)聯(lián)合保養(yǎng)后冷態(tài)啟動沖洗用水平均減少約200 t/次，鍋爐運行排污減少約8 t/h。按照冷態(tài)啟動12次/年，年均運行1 000 h計算，每噸排污水損失10 m3（已換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況，以下同）天然氣熱量計算，年節(jié)省除鹽水約10 400 t，天然氣約80 000 m3。

（3）降低鍋爐結(jié)垢速率，維持鍋爐熱效率，節(jié)省鍋爐清洗費用。新的保護(hù)方法使機組因停運腐蝕導(dǎo)致的腐蝕產(chǎn)物沉積大幅下降，減緩了鍋爐結(jié)垢速率和鍋爐熱效率下降速度，降低了腐蝕產(chǎn)物清除和鍋爐化學(xué)清洗費用。

另外，實施干風(fēng)聯(lián)合保護(hù)后減少了機組廢水排放量、運行加藥及化學(xué)清洗劑用量，具有良好的社會環(huán)境效益。

6 結(jié)語

干風(fēng)聯(lián)合保護(hù)技術(shù)適應(yīng)聯(lián)合環(huán)機組系統(tǒng)特點和運行調(diào)度方式，能滿足機組長期停運期間大范圍停爐保護(hù)需求，適應(yīng)調(diào)峰備用機組停運時間不確定的特點。在9E機組的應(yīng)用表明，干風(fēng)聯(lián)合保護(hù)法對余熱機組停運腐蝕防護(hù)效果良好，同氨水堿化烘干法相比，機組啟動及運行期間水汽鐵含量均有大幅下降。

根據(jù)在某發(fā)電廠的實際應(yīng)用經(jīng)驗，在燃機余熱機組使用干風(fēng)聯(lián)合保護(hù)工藝時，應(yīng)注意：

（1）保護(hù)操作時應(yīng)盡量提高低參數(shù)設(shè)備（如除氧器、低壓系統(tǒng)）熱爐放水參數(shù)以減少設(shè)備積水，為干風(fēng)干燥創(chuàng)造更有利條件。

（2）多個通風(fēng)通道同時通風(fēng)時，應(yīng)優(yōu)先保證低參數(shù)設(shè)備和易積水設(shè)備的通風(fēng)風(fēng)量以縮短干燥時間，提高保護(hù)效果。

（3）使用氣相緩蝕劑試驗時，應(yīng)選擇在高濕度和積水環(huán)境中有優(yōu)良緩蝕性能的速效型藥劑。