超臨界機(jī)組鍋爐給水加氧技術(shù)的應(yīng)用與研究

王洪一

(粵江發(fā)電公司，廣東 韶關(guān) 512132)

0 引言

為了控制給水pH值，機(jī)組加氨量大，粵江發(fā)電公司#2機(jī)組目前使用的給水處理方式為弱氧化性全揮發(fā)處理(AVT(O))，凝結(jié)水精處理混床運(yùn)行周期短，混床需要頻繁再生，不但影響精處理系統(tǒng)的正常運(yùn)行，增加機(jī)組運(yùn)行成本和人力成本，也增加廢水排放負(fù)擔(dān)，與國家節(jié)能減排的政策相悖。根據(jù)《火電廠汽水化學(xué)導(dǎo)則第4部分：鍋爐給水處理》DL/T 805.4-2016第4.1條“給水處理方式選擇原則”第e款 “新機(jī)組待運(yùn)行穩(wěn)定，水質(zhì)滿足加氧要求后，應(yīng)盡早考慮實(shí)施給水加氧處理(OT)”。

與傳統(tǒng)的給水AVT處理技術(shù)相比，OT技術(shù)有諸多優(yōu)點(diǎn)，通過在鍋爐高純度的給水中添加適量的氧來減緩氧化皮的生成、脫落，抑制系統(tǒng)腐蝕。然而，給水OT技術(shù)如果操作不當(dāng)或運(yùn)行條件不符合要求時(shí)，會加劇系統(tǒng)腐蝕速度。因此，本文通過對超臨界機(jī)組對給水加氧的要求、控制指標(biāo)、運(yùn)行條件等方面進(jìn)行分析，為其他電廠從給水AVT(0)技術(shù)向給水OT技術(shù)轉(zhuǎn)換提供技術(shù)支持。

1 超臨界機(jī)組加氧的基本原理和目的

研究表明，氧只有在高純水中才能使金屬表面形成保護(hù)膜，從而抑制金屬腐蝕，而在水質(zhì)不良的情況下反而會加劇金屬的腐蝕速度。由此研究成果，可得出機(jī)組OT技術(shù)的基本原理，即在純水(氫電導(dǎo)率<0.15 μs/cm)的條件下，在其中添加一定濃度的氧能使金屬表面形成比磁性四氧化三鐵更致密、保護(hù)性更好的三氧化二鐵+四氧化三鐵“保護(hù)膜”，以降低給水中的鐵含量，減緩熱力系統(tǒng)腐蝕以及鍋爐的結(jié)垢速率。

根據(jù)國內(nèi)外有關(guān)電廠的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，給水采用加氧處理可以解決直流鍋爐給水含鐵量高、水冷壁管結(jié)垢速率大、鍋爐壓差上升快、水冷壁節(jié)流孔以及高加疏水調(diào)節(jié)閥氧化鐵堵塞等問題。由此可見，給水加氧處理的目的解決超(超)臨界鍋爐受熱面結(jié)垢和汽輪機(jī)通流部件沉積、腐蝕等，是大型火力發(fā)電機(jī)組實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的有效措施之一。

2 傳統(tǒng)給水AVT(O)與給水OT的對比

2.1 處理方式對比

在傳統(tǒng)的給水AVT處理方式中，為了降低給水含氧量，通過加入氨來提高水汽系統(tǒng)的pH值，并加入聯(lián)氨清除給水中的氧，使水汽系統(tǒng)處于還原性條件。采用聯(lián)氨除氧法，不僅會加速金屬腐蝕，加快氧化鐵的沉積速度，同時(shí)還會產(chǎn)生毒性，因此大部分電廠停止加聯(lián)氨，通過適當(dāng)提高給水pH值(9.3～9.5)，并保持給水溶解氧含量在10～20 μg/L，來降低給水含鐵量。但是，這樣的處理方式會增加機(jī)組運(yùn)行成本和人力成本，也增加廢水排放負(fù)擔(dān)，不符合當(dāng)前環(huán)保發(fā)展理念。

在給水OT方式中，是在一定的給水中添加適量的氧，使碳鋼表面形成“三氧化二鐵+磁性四氧化三鐵”雙層結(jié)構(gòu)性質(zhì)的保護(hù)膜，給水含鐵量高、熱力系統(tǒng)腐蝕、鍋爐壓差上升快、氧化鐵堵塞等問題。此處理方式能有效提升鍋爐效率，同時(shí)還延長了凝結(jié)水精處理混床的運(yùn)行周期。

2.2 運(yùn)行效果對比

為了研究給水加氧技術(shù)對于主蒸汽的影響，粵江發(fā)電公司還進(jìn)行了AVT(O)與給水OT工藝運(yùn)行效果對比試驗(yàn)。分別監(jiān)測給水采用AVT(O)及OT工藝時(shí)，機(jī)組再熱蒸汽溶解氧含量。試驗(yàn)過程如圖1所示，自上而下3條曲線分別為機(jī)組負(fù)荷(曲線1)、給水含氧量(曲線2)、再熱蒸汽含氧量(曲線3)。

從圖1可以看出：①在加氧及非加氧期間，再熱蒸汽的溶解氧(曲線3)都非常穩(wěn)定，且曲線中存在的兩個(gè)峰均出現(xiàn)在不加氧的情況下，初步判斷為儀表取樣的波動(dòng)性造成，加氧后未出現(xiàn)過再熱蒸汽含氧量波動(dòng)的情況，一直持續(xù)保持在1 μg/L以下。②給水加氧期間，給水氧含量(曲線2) 會受負(fù)荷下降的影響出現(xiàn)超限的情況(出現(xiàn)峰)，但是給水含氧量的波動(dòng)對再熱蒸汽氧含量(曲線3)沒有任何影響。

注：曲線1為機(jī)組負(fù)荷，曲線2為給水含氧量，曲線3為再熱蒸汽含氧量。

3 給水加氧系統(tǒng)

2020年10月，粵江發(fā)電公司#2機(jī)組完成給水加氧系統(tǒng)改造。自此粵江發(fā)電公司給水處理方式改變?yōu)榧影钡腁VT(O)和給水OT交替運(yùn)行。

3.1 加氧點(diǎn)設(shè)置

機(jī)組采用全保護(hù)加氧方式，保護(hù)所有水汽系統(tǒng)，加氧介質(zhì)為壓縮空氣，給水加氧系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 給水加氧系統(tǒng)示意圖

加氧點(diǎn)主要有3點(diǎn)，分別為凝結(jié)水加氧點(diǎn)位于凝結(jié)水精處理出口母管、給水加氧點(diǎn)位于除氧器下降管、高加疏水加氧點(diǎn)位于1號高加進(jìn)氣母管上(加氧點(diǎn)位置見圖2)?？刂平o水溶解氧濃度在10～20 μg/L，保持過熱蒸汽中氧濃度接近于零，同時(shí)向高壓加熱器汽側(cè)單獨(dú)加氧，使高加疏水氧濃度大于10 μg/L，使給水系統(tǒng)和高加疏水系統(tǒng)得到有效保護(hù)的同時(shí)，規(guī)避蒸汽高濃度氧潛在的導(dǎo)致過熱器、再熱器氧化皮集中脫落的風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 加氧設(shè)備

本次給水加氧系統(tǒng)改造中，采用的是全保護(hù)自動(dòng)加氧裝置，其中包括自動(dòng)供氣系統(tǒng)，加氧電控柜，凝結(jié)水、給水、高加疏水加氧氣控柜以及就地安全柜4部分。

4 給水加氧技術(shù)水質(zhì)控制指標(biāo)

通過投運(yùn)加氧系統(tǒng)，控制省煤器入口給水含氧量：10～20 μg/L，精度為±5 μg/L，給水pH值：8.50～9.00，期望控制值在8.80～9.00 ；控制除氧器入口給水含氧量：30～80 μg/L，精度為±20 μg/L；控制高加疏水含氧量：10～100 μg/L，精度為±20 μg/L。水汽系統(tǒng)鐵含量小于3 μg/L，有效抑制給水系統(tǒng)、高加疏水系統(tǒng)腐蝕，同時(shí)凝結(jié)水精處理混床出口氫電導(dǎo)率小于0.15 μs/cm。在正常運(yùn)行時(shí)，當(dāng)給水和除氧器入口的氫電導(dǎo)率超過標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，須適當(dāng)降低加氧量，以確保精處理出水水質(zhì)滿足加氧要求。

5 超臨界機(jī)組給水加氧過程控制

在超臨界機(jī)組給水加氧過程中，需要注意這幾個(gè)要點(diǎn)：加氧操作必須具有合理性和嚴(yán)謹(jǐn)性；必須嚴(yán)格控制水質(zhì)指標(biāo)和運(yùn)行條件；確保機(jī)組符合條件后方可加氧。

5.1 AVT(O)工況至OT工況的轉(zhuǎn)換

當(dāng)加氧系統(tǒng)投入運(yùn)行，機(jī)組水汽系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)正常，處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)；凝結(jié)水精處理除鹽裝置運(yùn)行正常，給水和除氧器入口氫電導(dǎo)率均小于0.15 μs/cm；加氨系統(tǒng)正常運(yùn)行；加氧系統(tǒng)設(shè)備正常備用；割管檢測鍋爐水冷壁管內(nèi)的結(jié)垢量小于200 g/m2時(shí)，即可開始由傳統(tǒng)給水AVT(O)工況向給水OT工況轉(zhuǎn)換。

保持系統(tǒng)水質(zhì)合格一段時(shí)間之后，方可實(shí)施給水加氧，由AVT(O)工況轉(zhuǎn)換至OT工況約4 h左右。

1)機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，對機(jī)組分別進(jìn)行冷態(tài)和熱態(tài)清洗，將鐵離子控制在500 μg/L以內(nèi)，再投運(yùn)精處理設(shè)備。設(shè)備投運(yùn)后，在精處理出口加入氨，使給水pH值維持在9.4～9.6，并打開高加汽側(cè)向除氧器排汽門。

2)機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行一周后，待水質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)均控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，方可進(jìn)行加氧。需要注意的是，開始加氧時(shí)采用手動(dòng)加氧，當(dāng)給水氧含量大于50 μg/L時(shí)，采用自動(dòng)加氧。

3)加氧運(yùn)行4 h后，減少精處理出口氨的加入量，維持給水pH值在8.8～9.0，將除氧器關(guān)閉，以微開狀態(tài)啟動(dòng)排汽門，同時(shí)還應(yīng)在加氧后4 h內(nèi)關(guān)閉高加汽側(cè)連續(xù)排汽一、二次門。

5.2 機(jī)組停機(jī)停止加氧過程控制

機(jī)組停機(jī)可分為正常停機(jī)和事故跳閘停機(jī)，在不同情況下，停止加氧的處理過程是不一樣的。正常停機(jī)時(shí)，打開高加汽側(cè)向除氧器排汽門和高加汽側(cè)連續(xù)排汽一、二次門，將除氧器入口氫電導(dǎo)率設(shè)定為7.0 μs/cm，增加精處理出口氨的投入量，快速提高給水pH值，使其維持在9.4～9.6，一般是提前4 h停止給水加氧。事故跳閘停機(jī)時(shí)，采取相關(guān)措施，快速將給水pH值提高至9.4～9.6，在事故發(fā)生時(shí)立即停止給水加氧。

5.3 水質(zhì)惡化處理過程控制

在給水加氧過程中，如果精處理出口氫電導(dǎo)率超過標(biāo)準(zhǔn)值0.15 μs/cm，或給水的氫電導(dǎo)率大于0.3 μs/cm，必須停止給水加氧。此時(shí)，通過增加精處理出口氨的投入量，將給水pH值提高至9.4～9.6，轉(zhuǎn)換成AVT(O)工況運(yùn)行。待各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)控制合格后，方可恢復(fù)OT工況。

6 結(jié)論和應(yīng)用效果

通過加氧轉(zhuǎn)化試驗(yàn)，成功實(shí)現(xiàn)了#2機(jī)組化學(xué)水工況由AVT(O)向OT的轉(zhuǎn)化。加氧處理后，在給水pH值8.9～9.1條件下，給水及高加疏水鐵含量均小于1.0 μg/L，表明給水系統(tǒng)及高加疏水系統(tǒng)已形成良好的保護(hù)膜，有效抑制了給水系統(tǒng)及高加疏水系統(tǒng)的流動(dòng)加速腐蝕，有利于減緩鍋爐受熱面的結(jié)垢速率，延長了鍋爐化學(xué)清洗周期等。

加氧處理后，給水的氨含量平均值由原來的989 μg/L降低至266 μg/L，氨的加入量減少了約73.1%，樹脂再生用水量、再生酸堿用量以及廢液排放量大大減少，有利于環(huán)境保護(hù)。與AVT(O)工況相比，實(shí)施加氧處理后，#2機(jī)組1年產(chǎn)生的直接經(jīng)濟(jì)效益約57.06萬元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。