氨水堿化烘干法在停爐保養(yǎng)中的應用效果

楊春艷，趙曉丹

(1.廣州珠江天然氣發(fā)電有限公司運行部，廣東 廣州 511458； 2.上海電力大學環(huán)境與化學工程學院，上海 201306)

廣州珠江天然氣電廠為兩臺9F級燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組，爐型為三壓再熱臥式無補燃自然循環(huán)余熱鍋爐，燃料采用深圳大鵬液化天然氣(LNG)。停(備)用熱力設備防銹蝕原理是在金屬設備表面形成一層具有良好防腐作用的保護膜(保護劑膜或金屬氧化膜)，從而降低熱力設備在停爐期間的腐蝕速率。如若不采取保護措施或保護措施不當，外界空氣進入后，整個熱力系統(tǒng)金屬表面會遭到溶解氧的腐蝕，其腐蝕速率將遠遠大于運行期間的腐蝕速率[1]。因此，采用何種停爐保養(yǎng)方式減緩腐蝕，提高機組停運期間的安全性，延長設備使用壽命是必須考慮的重要技術問題[2]。廣州珠江天然氣電廠作為調峰機組，從2007年投產(chǎn)以來，大小修及臨停期間的保養(yǎng)，先后采用過氨—聯(lián)胺—氮氣法、純十八胺法、高溫成膜胺法等。這幾種停爐保養(yǎng)方式，操作復雜、人力物力消耗大，投資成本高，而且含碳有機保護劑加進水汽系統(tǒng)中，在開機過程中氫電導率嚴重超標，從而增加了水汽系統(tǒng)的腐蝕風險[3]。因此，改進停爐保養(yǎng)方式對機組安全經(jīng)濟運行具有重要意義。

1 停爐保養(yǎng)方式的選擇

根據(jù)停爐保養(yǎng)導則，主要應從機組參數(shù)、類型、給水處理方式及停用的時間長短來考慮選擇合適的保養(yǎng)方式，可操作性和經(jīng)濟性也是重要的參考因素[4]。

廣州珠江天然氣電廠投產(chǎn)以來采用過的停爐保護劑特點如表1所示。從表1可以看出，氨水堿化烘干法具有以下優(yōu)點：適用范圍廣，有無檢修工作均可操作；與機組運行所采用的給水處理工藝兼容，無需增加加藥設備；操作簡單；無含碳有機保護劑，對機組停運和重新啟動水質無影響；縮短了機組啟動時沖洗時間，節(jié)約了啟動用除鹽水量；對化學在線儀表無影響，減少了在線儀表維護費用；保養(yǎng)成本低。

表1 停爐保護劑的特點[5-8]

廣州珠江天然氣電廠給水系統(tǒng)為無銅系統(tǒng)，根據(jù)DL/T 956—2017《火力發(fā)電廠停(備)用熱力設備防銹蝕導則》，可采用氨水堿化烘干法停爐保養(yǎng)。

氨水堿化烘干法的原理就是將水汽pH值提到9.6～10.5，熱爐余熱烘干。鐵-水體系電位-pH值平衡圖如圖1所示。由圖1可知，隨著溶液電位的升高，高價的離子以及高價氧化物將顯得更加穩(wěn)定，當pH值逐漸上升，能夠穩(wěn)定存在的物質類型也從金屬的簡單陽離子轉變?yōu)榉请x子態(tài)化合物，當pH值接近10.0時，鐵在堿性溶液中形成Fe3O4，而Fe3O4是一種致密的磁性氧化物，它覆蓋在管壁上形成了鐵的保護膜。因此氨水堿化烘干法就是通過加大凝結水、給水的加氨量，使凝結水、給水和爐水的pH值達到9.6～10.5。由于氨在汽液兩相中有較高的分配比，氨將大量揮發(fā)進蒸汽中，蒸汽的pH值將接近10.0。氨水堿化后整個汽水系統(tǒng)都將形成一層鐵氧化物的保護膜，從而降低熱力設備在停爐期間的腐蝕速度。

圖1 鐵—水體系電位-pH值平衡圖

2 停爐保養(yǎng)的實施

氨—聯(lián)胺—氮氣法、純十八胺法、高溫成膜胺法和氨水堿化烘干法4種停爐保養(yǎng)方式操作要點如表2所示。氨水堿化烘干法操作最簡便，氨—聯(lián)胺—氮氣法次之，純十八胺法(加藥裝置見圖2)、高溫成膜胺法(加藥裝置見圖3)操作繁瑣，技術要求高，特別是高溫成膜胺法，加藥至凝汽器汽側負壓區(qū)，需專人操作和看護。

圖2 純十八胺法加藥裝置

圖3 高溫成膜胺法加藥裝置

表2 停爐保養(yǎng)方式操作要點

3 停爐保養(yǎng)效果對比分析

廣州珠江天然氣電廠實施4種停爐保養(yǎng)方法的時間周期見表3。

表3 4種停爐保養(yǎng)方法實施周期

3.1 機組啟動過程鐵含量的變化

不同停爐保養(yǎng)方法機組啟動過程鐵含量的變化如圖4所示。從圖4可以看出，氨—聯(lián)氨—氮氣法鐵含量最高；純十八胺法和高溫成膜胺法鐵含量偏高且因金屬表面形成保護膜不均勻，導致各部位鐵含量不同。氨水堿化烘干法鐵含量低且各部位保養(yǎng)均勻，保養(yǎng)效果最好。

圖4 不同停爐保養(yǎng)方法機組啟動過程鐵含量的變化

3.2 機組啟動過程氫電導率的變化

純十八胺法和高溫成膜胺法，要求停機加藥過程和啟動沖洗初期不能投入在線儀表。不同停爐保養(yǎng)方法機組啟動過程氫電導率的變化見圖5。在運行初期，純十八胺法和高溫成膜胺法的氫電導率無數(shù)據(jù)，投運在線儀表后，氫電導率明顯高于氨—聯(lián)氨—氮氣法和氨水堿化烘干法；氨—聯(lián)氨—氮氣法和氨水堿化烘干法的氫電導率快速降至正常運行水平(當日)，而純十八胺法和高溫成膜胺法的氫電導率需要約8 d才能降至正常運行水平。

圖5 不同停爐保養(yǎng)方法機組啟動過程氫電導率的變化

4 經(jīng)濟性對比分析

4種停爐保養(yǎng)方法經(jīng)濟性對比分析見表4。從表4可以看出，氨水堿化烘干法操作簡單，投資成本低。純十八胺法和高溫成膜胺法，保護劑中的含碳有機物是汽輪機沖轉后氫電導率長時間超標的主要原因。以含碳有機物為主要成分的保護劑在高溫高壓蒸汽中會分解出低分子有機酸，可能會造成汽輪機運行腐蝕。

表4 4種停爐保養(yǎng)方法經(jīng)濟性對比分析

5 結語

廣州珠江天然氣電廠采用氨水堿化烘干法停爐保養(yǎng)，經(jīng)過3年(2019—2021年)的實踐，證明這種方法是可行的，并且操作簡單、投資成本低。機組檢修后啟動開機，水質氫電導率快速合格；鐵含量處于較低水平，給水鐵含量不高于21 μg/L，機組汽水鐵含量不高于33 μg/L，遠小于啟動標準75 μg/L要求，達到了良好的停爐保養(yǎng)效果。

由于燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組大多為調峰機組，特別是我國天然氣供應緊張，設備停用時間多，停爐保養(yǎng)工作對于燃機電廠來說尤為重要。燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)的水汽系統(tǒng)有自身的特點，通過比較、分析、研究，摸索出一套適合本廠機組的停用保養(yǎng)方法——氨水堿化烘干法(適用于無銅機組)，可保證機組的安全經(jīng)濟運行。