樓新明，劉舟平，關(guān)玉芳

（浙能蘭溪發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 蘭溪 321100）

浙江浙能蘭溪發(fā)電廠4×600 MW超臨界機(jī)組鍋爐為北京巴威公司按美國B&W公司SWP系列鍋爐技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合工程燃用的設(shè)計(jì)、校核煤質(zhì)特性和自然條件設(shè)計(jì)的超臨界參數(shù)SWUP鍋爐。汽輪機(jī)為東方汽輪機(jī)廠制造的超臨界、一次中間再熱、沖動(dòng)式、單軸、三缸四排汽、凝汽式汽輪機(jī)。

機(jī)組爐內(nèi)加藥系統(tǒng)設(shè)置加氨、加聯(lián)胺和加氧裝置，加藥點(diǎn)設(shè)在精處理出口母管和給水泵進(jìn)口管，機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)鍋爐給水采用加氨、加氧聯(lián)合處理（OT），機(jī)組啟、停期間采用加氨和聯(lián)氨處理方式（AVT）。

凝結(jié)水精處理系統(tǒng)采用中壓水處理工藝，每臺(tái)機(jī)組設(shè)置2×50%管式前置過濾器和3×50%球形高速混床，機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，2臺(tái)前置過濾器并聯(lián)運(yùn)行、不設(shè)備用，2臺(tái)混床并聯(lián)運(yùn)行、1臺(tái)備用，可滿足每臺(tái)機(jī)組100%凝結(jié)水量處理要求。混床在樹脂分離度和再生度達(dá)到氨化運(yùn)行要求時(shí)，可按銨型方式運(yùn)行，配套再生系統(tǒng)為常壓三塔體外再生系統(tǒng)，2臺(tái)機(jī)組共用1套再生裝置，采用U．S FILTER的高塔法分離技術(shù)。

1 主要熱力設(shè)備技術(shù)規(guī)范

鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)為：最大連續(xù)蒸發(fā)量1 903 t/h，主汽壓力24.2 MPa，主汽溫度566℃，再熱蒸汽壓力4.17 MPa，再熱蒸汽溫度566℃，給水溫度286℃。三級(jí)高壓加熱器管材為碳鋼，四級(jí)低壓加熱器管材為不銹鋼，凝汽器管材為不銹鋼。

汽輪機(jī)主要設(shè)計(jì)參數(shù)為：主蒸汽壓力/溫度24.2 MPa/566℃，再熱蒸汽壓力/溫度3.976 MPa/566℃，主蒸汽流量1 705.2 t/h，最大蒸汽流量1 903.2 t/h。

2 存在問題

首臺(tái)機(jī)組于2006年4月投產(chǎn)，其余3臺(tái)機(jī)組每隔4個(gè)月投產(chǎn)1臺(tái)，各臺(tái)機(jī)組連續(xù)運(yùn)行1年后，相繼進(jìn)行了首次A修。分析省煤器、水冷壁結(jié)垢情況后發(fā)現(xiàn)，4臺(tái)機(jī)組均存在沉積速率高、結(jié)垢量大等問題，有的已達(dá)到化學(xué)清洗標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)垢量數(shù)據(jù)見表1。

表1 1-4號(hào)鍋爐受熱面垢沉積

此外，各機(jī)組均存在過熱器減溫水調(diào)節(jié)閥閥芯易堵、熱電偶有黑色沉積物等現(xiàn)象，清理減溫水調(diào)節(jié)閥閥芯，發(fā)現(xiàn)有黑色磁狀粉末沉積，經(jīng)分析主要成份為四氧化三鐵。

雖然凝混床氫型運(yùn)行出水水質(zhì)優(yōu)于氨化運(yùn)行出水水質(zhì)，但其周期制水量較小，只有7萬t左右，且該廠精處理混床再生控制得當(dāng)，凝汽器泄漏量較小，滿足實(shí)現(xiàn)氨化運(yùn)行、增大混床出水量的條件，所以只能采用氨化運(yùn)行。

3 原因分析

新建機(jī)組從開始化學(xué)清洗到投入商業(yè)運(yùn)行的過程較長，調(diào)試期間水質(zhì)往往達(dá)不到正常運(yùn)行水質(zhì)要求，而直流爐的鍋爐結(jié)構(gòu)影響其有效排污，導(dǎo)致基建階段的鍋爐水冷壁結(jié)垢速率遠(yuǎn)高于正常運(yùn)行期。新建鍋爐水冷壁管在首次處于高溫、高壓環(huán)境時(shí)，不可避免會(huì)產(chǎn)生一定量的氧化物，成為水冷壁結(jié)垢的來源之一。

傳統(tǒng)給水還原性全揮發(fā)處理即AVT（R）處理方式是盡可能降低給水的含氧量，通過加入氨來提高水汽系統(tǒng)的pH值，同時(shí)加入聯(lián)氨除去給水剩余的氧，使水汽系統(tǒng)處于還原性條件下。給水采用AVT（R）處理時(shí)，碳鋼表面形成磁性四氧化三鐵保護(hù)膜，該氧化膜在高溫水中有較高的溶解度，且不耐流動(dòng)加速腐蝕 （FAC），易造成碳鋼制高壓加熱器、給水管、省煤器以及疏水系統(tǒng)等的流動(dòng)加速腐蝕。給水、疏水的含鐵量一般較高，由此帶來鍋爐受熱面結(jié)垢速率偏高、鍋爐化學(xué)清洗周期縮短等問題。

提高水汽系統(tǒng)的pH值至9.5左右，能夠在一定程度上降低碳鋼的腐蝕和給水的含鐵量，此時(shí)凝結(jié)水含氨量大約在800～1 000 μg/L，但會(huì)明顯縮短凝結(jié)水精處理氫型方式的運(yùn)行周期。

采用給水氧化性全揮發(fā)處理即AVT（O）方式時(shí)，凝結(jié)水中的微量氧使給水系統(tǒng)處于弱氧化狀態(tài)，給水系統(tǒng)的流動(dòng)加速腐蝕現(xiàn)象得到一定程度的抑制。但疏水系統(tǒng)的鐵含量仍然相對(duì)較高，精處理混床的氫型運(yùn)行周期制水量少的問題也仍然存在。根據(jù)國內(nèi)外有關(guān)電廠的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，給水加氧處理是解決以上問題的有效方式。

該廠4臺(tái)機(jī)組的給水處理目前均采用AVT（O）方式，其中，1-3號(hào)機(jī)組自168 h后曾在AVT（R）狀態(tài)下分別運(yùn)行10個(gè)月、5個(gè)月、2個(gè)月，4號(hào)機(jī)自168 h后即采用AVT（O）的運(yùn)行方式。在前3臺(tái)機(jī)組采用AVT（R）方式運(yùn)行之初，即發(fā)現(xiàn)存在給水鐵離子偏大現(xiàn)象，于是1號(hào)機(jī)于2006年10月停加聯(lián)氨，跟蹤給水和主蒸汽水質(zhì)，發(fā)現(xiàn)停加聯(lián)胺后鐵離子下降，說明FAC得到了一定程度的抑制，爐管結(jié)垢量高與給水處理方式有關(guān)。圖 1是 1號(hào)機(jī)組在 AVT（R）和AVT（O）兩種處理方式下的給水鐵離子含量。AVT（R）方式下，給水鐵離子基本保持在 5～10 μg/L， 而在 AVT （O）方式下，給水鐵離子均低于5 μg/L，主蒸汽鐵離子的含量也有類似結(jié)果。

圖1 兩種處理方式下的給水鐵離子含量

雖然采用 AVT（O）方式能比 AVT（R）降低給水、主蒸汽的含鐵量，但其含量仍未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的小于3 μg/L的要求，對(duì)超臨界機(jī)組而言，給水、主蒸汽的含鐵量應(yīng)盡量控制在1 μg/L以下，且由于給水中加入了大量的氨，凝混床的氫型樹脂主要用于氨的交換，既不經(jīng)濟(jì)且出水水質(zhì)也不理想。根據(jù)國內(nèi)、外大機(jī)組給水加氧工況的運(yùn)行狀況，以及國內(nèi)眾多超臨界機(jī)組實(shí)施給水加氧處理的成功經(jīng)驗(yàn)，決定在4號(hào)機(jī)組實(shí)施加氧（OT）試驗(yàn)。

4 給水加氧（OT）處理工藝的實(shí)施

4.1 加氧機(jī)理

給水加氧處理技術(shù)的原理是在給水中加入氧之后，鐵水體系的氧化還原電位從原來加聯(lián)胺時(shí)的-300/400 mV上升至+100/150 mV，根據(jù)鐵水體系的電位-pH圖，當(dāng)給水的pH值為8.0～8.5時(shí)，鐵將進(jìn)入鈍化區(qū)。只要給水的氫電導(dǎo)率小于0.2 μs/cm，鐵就能夠進(jìn)入鈍化狀態(tài)，鐵表面的氧化物由不夠致密的四氧化三鐵膜轉(zhuǎn)變成均勻致密的三氧化二鐵和磁性四氧化三鐵雙層結(jié)構(gòu)的保護(hù)膜，從而抑制碳鋼制高壓加熱器、給水管、省煤器以及疏水系統(tǒng)的流動(dòng)加速腐蝕。

4.2 加氧前的準(zhǔn)備工作

（1）4號(hào)機(jī)組給水加氧設(shè)備中匯流排高壓部分（≥10 MPa）的管路和閥門均為不銹鋼，不符合GB 50030-91《氧氣站設(shè)計(jì)規(guī)范》中氧氣管道管材的選用要求，同時(shí)加氧控制柜也無法滿足給水加氧自動(dòng)控制要求，因此將加氧設(shè)備改造成給水自動(dòng)加氧裝置。

（2）4號(hào)機(jī)組給水加氧點(diǎn)有4個(gè)，分別為精處理混床出口母管1個(gè)，除氧器水箱出口3根下降管上各1個(gè)。4個(gè)加氧點(diǎn)均安裝就地截止閥，由于原加氧管道的管徑太粗，加氧點(diǎn)壓力波動(dòng)時(shí)會(huì)影響系統(tǒng)氧含量，因此將原有的加氧管道改造成Φ10×2.5不銹鋼管，同時(shí)將加氧點(diǎn)由除氧器下降管改至前置泵入口濾網(wǎng)前的給水管路。

（3）由于機(jī)組未設(shè)置主蒸汽氧表，因此利用除氧器出口氧表監(jiān)測(cè)主蒸汽氧含量。將除氧器出口在線氧表改為在主蒸汽儀表取樣閥后取樣。

（4）《火電廠汽水化學(xué)導(dǎo)則第1部分：直流鍋爐給水加氧處理》中規(guī)定：鍋爐水冷壁管內(nèi)的結(jié)垢量達(dá)到200～300 g/m2時(shí)，在給水采用加氧處理前宜進(jìn)行化學(xué)清洗?？紤]到機(jī)組結(jié)垢量已達(dá)到酸洗標(biāo)準(zhǔn)，為了加氧轉(zhuǎn)化順利進(jìn)行，在加氧前對(duì)鍋爐省煤器、水冷壁等進(jìn)行了化學(xué)清洗。

4.3 加氧實(shí)施

4.3.1 熱力系統(tǒng)加氧轉(zhuǎn)換及氧量的平衡過程

4號(hào)機(jī)組168 h后未加聯(lián)氨運(yùn)行，鍋爐酸洗后1個(gè)月開始加氧試驗(yàn)，于2010年3月上旬開始向除氧器出口和精處理出口母管手動(dòng)加氧，維持除氧器出口初始加氧量100～200 μg/L，精處理出口初始加氧量30～100 μg/L。同時(shí)關(guān)閉高加疏水連續(xù)排氣門，并調(diào)整除氧器連續(xù)排氣門至微開，圖2是4號(hào)機(jī)組加氧試驗(yàn)期間各取樣點(diǎn)的氧濃度變化情況。

圖2 加氧試驗(yàn)期間各取樣點(diǎn)氧量變化圖

由圖2可以看出，加氧后，短時(shí)間內(nèi)除氧器入口氧含量明顯升高；3月13日主蒸汽氧含量開始升高；3月16日省煤器入口給水監(jiān)測(cè)到有氧；3月25日高加疏水監(jiān)測(cè)到有氧，至此表明整個(gè)水汽系統(tǒng)的氧化膜轉(zhuǎn)換基本完成。隨著加氧的進(jìn)行，除氧器入口溶氧短時(shí)間內(nèi)升高，隨后省煤器入口溶氧也慢慢增大，接著檢出主蒸汽溶氧，給水與主蒸汽氫導(dǎo)電率慢慢下降。由于取樣管的氧化膜轉(zhuǎn)換也要消耗氧，而取樣流量一般很低，攜帶的溶解氧量很少，因此取樣管的氧化膜轉(zhuǎn)換需要較長時(shí)間，即實(shí)際熱力系統(tǒng)氧化膜轉(zhuǎn)換時(shí)間應(yīng)該少于檢測(cè)到有氧的時(shí)間。而主蒸汽取樣點(diǎn)檢測(cè)到氧要早于省煤器入口取樣點(diǎn)，在時(shí)間上與熱力系統(tǒng)流程不符，主要是取樣管長度、材質(zhì)、氧化膜狀態(tài)、取樣流量及溫度等存在差異，導(dǎo)致轉(zhuǎn)換過程中取樣管消耗的氧量也不一樣。此外，高加汽側(cè)部分排汽門關(guān)閉不嚴(yán)，導(dǎo)致氧氣部分損失，因此疏水系統(tǒng)氧含量偏低，鈍化時(shí)間延長。

4.3.2 試驗(yàn)過程水汽系統(tǒng)鐵含量的變化

給水加氧處理后，即使水汽pH值降低至8.75～9.00，除氧器入口、省煤器入口給水、高加疏水等給水中的鐵含量仍然維持在很低水平，平均值小于0.5 μg/kg，表明給水系統(tǒng)、高加疏水系統(tǒng)已形成良好的保護(hù)性氧化膜。

鍋爐給水加氧處理前后，凝結(jié)水鐵含量變化不明顯，維持在3.0 μg/L左右。降低pH值后，低壓疏水的鐵含量稍有上升。由于5，6號(hào)低加疏水側(cè)運(yùn)行排氣門未關(guān)，7，8號(hào)低加疏水與凝汽器汽側(cè)聯(lián)通，低加疏水不可能有氧，由于低加換熱管為不銹鋼材質(zhì)，其耐腐蝕性能不會(huì)受到明顯影響。低加疏水、凝結(jié)水全部經(jīng)過精處理系統(tǒng)，這部分鐵不會(huì)進(jìn)入鍋爐受熱面而產(chǎn)生沉積。

4.3.3 加氧轉(zhuǎn)換過程中水汽系統(tǒng)氫電導(dǎo)率的變化

4號(hào)機(jī)組給水加氧轉(zhuǎn)換過程中水汽系統(tǒng)氫電導(dǎo)率變化如圖3所示。從圖3可以看出，開始加氧后，省煤器入口給水、主蒸汽、高溫再熱蒸汽、高加疏水的氫電導(dǎo)率均有升高，省煤器入口給水、主蒸汽的氫電導(dǎo)率超過0.3 μs/cm，高加疏水的氫電導(dǎo)率超過0.45 μs/cm，而整個(gè)加氧轉(zhuǎn)換過程中除氧器入口的氫電導(dǎo)率基本在0.06 μs/cm左右。加氧轉(zhuǎn)換完成后，熱力系統(tǒng)水汽氫電導(dǎo)率均恢復(fù)正常水平，小于0.10 μs/cm。

圖3 加氧轉(zhuǎn)化過程水汽氫電導(dǎo)率變化趨勢(shì)

5 實(shí)施加氧運(yùn)行后的現(xiàn)象

（1）前置過濾器的反洗周期縮短。原來4臺(tái)機(jī)組的前置過濾器每周進(jìn)行1次定期反洗，但4號(hào)機(jī)自加氧后，前置過濾器運(yùn)行不到1周，壓差已升至上限，運(yùn)行周期縮短。分析主要原因?yàn)椋?號(hào)機(jī)給水中主要腐蝕產(chǎn)物為三氧化二鐵，其顆粒小于四氧化三鐵，更容易深入濾芯內(nèi)部，反洗時(shí)不易徹底清除，久而久之，就會(huì)導(dǎo)致正常運(yùn)行周期縮短。解決方法是將過濾器濾芯精度由5 μm改為3 μm，并注意材料的化學(xué)穩(wěn)定性。

（2）凝結(jié)水、低加疏水中鐵離子含量升高。加氧后由于pH值降低，導(dǎo)致凝結(jié)水、低加疏水中鐵離子含量增大。

（3）精處理混床氫型運(yùn)行周期延長。加氧前氫型運(yùn)行周期制水量約為6～7萬t，加氧處理后，混床周期制水量上升至50萬t左右，而氫電導(dǎo)率未超過0.07 μs/cm。累積制水50萬t后，混床出水電導(dǎo)率會(huì)緩慢升高。目前以混床出口電導(dǎo)率小于0.2 μs/cm、凝結(jié)水精處理母管氫電導(dǎo)率小于0.07 μs/cm雙重指標(biāo)控制，任何一個(gè)指標(biāo)超標(biāo)均需撤出運(yùn)行進(jìn)行再生。

（4）過熱器減溫水調(diào)節(jié)閥結(jié)垢現(xiàn)象緩解。加氧前4臺(tái)機(jī)組的過熱器減溫水調(diào)節(jié)閥閥芯均有結(jié)垢，分析其成份主要為四氧化三鐵，該位置之前管道FAC比較嚴(yán)重，導(dǎo)致水中含鐵過高，經(jīng)過減溫水閥芯后由于壓力及流速下降，鐵的氧化物在閥芯沉積，從而影響調(diào)節(jié)閥的靈活性。4號(hào)機(jī)實(shí)施加氧處理后，過熱器減溫水調(diào)節(jié)閥未出現(xiàn)調(diào)節(jié)失靈問題，而其它3臺(tái)未加氧的機(jī)組過熱器調(diào)節(jié)閥問題仍存在，這說明過熱器減溫水調(diào)節(jié)閥結(jié)垢現(xiàn)象有所緩解與加氧有關(guān)。

6 結(jié)語

鍋爐給水加氧處理（OT）是一種優(yōu)化的氧化性處理工藝，通過向弱堿性水中加入氧氣，促使金屬表面生成更加致密、溶出率更低的保護(hù)性氧化膜。給水加氧轉(zhuǎn)換處理后，即使將水汽pH值降低至8.7～9.0，水汽系統(tǒng)的含鐵量仍會(huì)穩(wěn)定在較低水平，鍋爐受熱面的結(jié)垢速率將明顯降低。與AVT（O）工況相比，OT處理后由于給水和疏水系統(tǒng)的保護(hù)主要是靠適量的溶解氧，精處理出口的加氨量可大幅度降低，因此凝結(jié)水精處理混床氫型運(yùn)行周期明顯延長，混床出水水質(zhì)更好。

[1]超臨界火電機(jī)組研究資料匯編[G].西安：國電熱工研究院，2003.

[2]中國電力企業(yè)聯(lián)合會(huì).GB/T 12145-2008火力發(fā)電機(jī)組及蒸汽動(dòng)力設(shè)備水汽質(zhì)量[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.