楊彥科

（華北電力科學(xué)研究院（西安）公司，西安 710065）

660MW超臨界機(jī)組給水加氧處理試驗(yàn)

楊彥科

（華北電力科學(xué)研究院（西安）公司，西安 710065）

某電廠660MW超臨界機(jī)組采用還原性全揮發(fā)處理方式進(jìn)行給水處理，存在鍋爐受熱面結(jié)垢速率偏高、鍋爐化學(xué)清洗周期縮短等問(wèn)題。為解決上述問(wèn)題，依該機(jī)組進(jìn)行了給水加氧處理試驗(yàn)。試驗(yàn)表明，加氧處理后，水汽系統(tǒng)鐵的質(zhì)量濃度明顯降低，省煤器入口給水鐵的質(zhì)量濃度由8.0～13.5μg／L降低至1.0μg／L以下；給水加氧后氨加入量減少60%以上，精處理混床運(yùn)行周期延長(zhǎng)2～3倍，預(yù)計(jì)周期制水量將超過(guò)20萬(wàn)t。不但可減少精處理再生酸、堿耗及自用水量，而且可降低再生廢液排放量，有利于環(huán)保。

超臨界機(jī)組；還原性全揮發(fā)處理方式；給水加氧處理；精處理混床

0 引言

某電廠660MW國(guó)產(chǎn)超臨界表面式間接空冷燃煤發(fā)電機(jī)組，于2011年3月通過(guò)168 h試運(yùn)行后投入商業(yè)運(yùn)行。該機(jī)組目前給水處理方式為還原性全揮發(fā)處理（AVT（R））方式。AVT（R）是通過(guò)降低給水的含氧量并加入氨提高水汽系統(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AVT（R）時(shí)，碳鋼表面形成Fe3O4保護(hù)膜，該氧化膜在高溫水中有較高的溶解度，使碳鋼制造的高壓加熱器、給水管、省煤器及疏水系統(tǒng)等容易發(fā)生流動(dòng)加速腐蝕，從而使給水、疏水的含鐵量較高，由此帶來(lái)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(wèn)題。提高水汽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鐵含量。此時(shí)，凝結(jié)水中氨的質(zhì)量濃度為800～1 000 μg／L，這會(huì)明顯縮短混床運(yùn)行周期，樹(shù)脂再生頻繁，再生劑的消耗量、自用水量及廢水排放量等會(huì)大大提高。

鍋爐給水加氧是目前解決超（超）臨界鍋爐受熱面結(jié)垢問(wèn)題和汽輪機(jī)通流部件沉積、腐蝕問(wèn)題的先進(jìn)處理工藝，也是大型火力發(fā)電機(jī)組實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的有效措施之一。根據(jù)國(guó)內(nèi)外有關(guān)電廠的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，給水加氧處理可以解決直流鍋爐給水和疏水含鐵量較高、水冷壁管結(jié)垢速率偏大以及精處理混床氫型運(yùn)行周期短等多方面的問(wèn)題。

1 給水加氧處理的原理

鍋爐給水加氧處理技術(shù)的原理：當(dāng)水的純度達(dá)到一定要求后（一般氫電導(dǎo)率小于0.15μS／cm），一定濃度的氧不但不會(huì)造成碳鋼的腐蝕，反而能使碳鋼表面形成均勻致密的Fe2O3+Fe3O4雙層結(jié)構(gòu)的保護(hù)膜，從而抑制給水、疏水系統(tǒng)碳鋼制設(shè)備的流動(dòng)加速腐蝕。為了保證給水加氧處理的水質(zhì)，凝結(jié)水應(yīng)進(jìn)行全流量精處理，嚴(yán)格控制高速混床出水電導(dǎo)率小于0.10μS／cm。

2 主要試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 水汽品質(zhì)查定

2011年4月25日至28日，給水采用弱氧化性全揮發(fā)處理（AVT（O）），控制給水pH值為9.2～9.5，在此工況下機(jī)組進(jìn)行水汽品質(zhì)全面查定試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表1。檢測(cè)結(jié)果顯示，AVT（O）工況下，給水、過(guò)熱蒸汽氫電導(dǎo)率均小于0.10μS／cm，主要雜質(zhì)為Cl-及F-，但含量很低；Cl-來(lái)源于精處理混床氨型運(yùn)行時(shí)的排代泄漏，F(xiàn)-主要來(lái)源于熱力系統(tǒng)焊接點(diǎn)含氟焊料的溶出物。再熱蒸汽氫電導(dǎo)率較高，在0.2μS／cm左右，主要由含量較高的磷酸根離子引起，磷酸根可能來(lái)源于取樣管基建期磷系防銹劑的殘留物，由于再熱蒸汽取樣流量較小，因此需要較長(zhǎng)時(shí)間才能沖洗干凈，通過(guò)連續(xù)幾天加強(qiáng)排污，再熱蒸汽氫電導(dǎo)率已逐漸下降到0.10μS／cm左右。

以上查定結(jié)果表明，機(jī)組水汽品質(zhì)完全能夠滿足GB／T 12145—2008《火力發(fā)電機(jī)組蒸汽動(dòng)力設(shè)備水汽質(zhì)量》和DL／T 912—2005《超臨界火力發(fā)電機(jī)組水汽質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》的要求，也能達(dá)到給水加氧處理對(duì)水汽品質(zhì)的要求。

AVT（O）工況下，水汽系統(tǒng)腐蝕產(chǎn)物中鐵的質(zhì)量濃度檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。結(jié)果表明，水汽系統(tǒng)鐵的質(zhì)量濃度偏高，除氧器出口、給水、高壓加熱器疏水鐵的質(zhì)量濃度均在10μg／L左右，表明AVT（O）工況下水汽系統(tǒng)存在一定程度的流動(dòng)加速腐蝕現(xiàn)象。

表1 AVT（O）工況下水汽系統(tǒng)氫電導(dǎo)率和陰離子查定結(jié)果（2011年）

表2 AVT（O）工況下水汽系統(tǒng)腐蝕產(chǎn)物中鐵的質(zhì)量濃度測(cè)試結(jié)果（2011年） μg／L

2.2 給水加氧轉(zhuǎn)換調(diào)試結(jié)果

2011年4月28日，16：12開(kāi)始向除氧器出口下水管加氧，維持初始加氧量100～150μg／L；16：16開(kāi)始向精處理設(shè)備出口加氧，維持初始加氧量30～150 μg／L。在精處理設(shè)備出口加氧約0.5h后，除氧器入口氧含量開(kāi)始明顯升高，表明低壓給水系統(tǒng)很快被鈍化；04-29 T 19：00，通知主控關(guān)閉高加疏水連續(xù)排氣門和除氧器排氣門。05-12 T 16：30，省煤器入口給水取樣點(diǎn)監(jiān)測(cè)到氧含量升高，表明給水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)加氧工況的轉(zhuǎn)換，隨后繼續(xù)進(jìn)行氧量的平衡過(guò)程。由于取樣管本身氧化膜轉(zhuǎn)換也要消耗氧，而取樣流量一般很低，攜帶溶解氧量很少，因此取樣管氧化膜的轉(zhuǎn)換需要較長(zhǎng)時(shí)間，即實(shí)際熱力系統(tǒng)氧化膜轉(zhuǎn)換時(shí)間應(yīng)比檢測(cè)到有氧時(shí)間短得多。此外，省煤器入口給水取樣管在17m平臺(tái)以上為?32mm的碳鋼，管徑較粗且管線較長(zhǎng)（估計(jì)超過(guò)100m），取樣管氧化膜轉(zhuǎn)換需要消耗較多的氧，因此省煤器入口給水監(jiān)測(cè)到有氧的時(shí)間延長(zhǎng)，存在明顯滯后現(xiàn)象。

2.3 pH值調(diào)整過(guò)程及結(jié)果

加氧調(diào)試初期階段，機(jī)組加氨方式為凝結(jié)水和給水兩點(diǎn)加氨，即精處理設(shè)備出口母管和除氧器出口各一點(diǎn)。在此加氨方式下，低壓給水系統(tǒng)pH值控制較低，可通過(guò)除氧器出口加氨提高給水pH值，這種加氨方式主要用于低壓加熱器為銅材質(zhì)的系統(tǒng)。由于低壓給水加熱器為不銹鋼，因此可將加氨方式改為精處理設(shè)備出口一點(diǎn)加氨，以保證除氧器入口較高的pH值，從而有利于低壓給水管路、除氧器等設(shè)備的防腐，并節(jié)約給水加氨泵的運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用。05-01 T 20：14停止給水加氨，改為精處理設(shè)備出口一點(diǎn)加氨。

5月15日至17日，調(diào)整凝結(jié)水加氨泵，控制除氧器入口給水電導(dǎo)率在3.5～4.5μS／cm，以維持給水pH值為9.1～9.2。從5月17日開(kāi)始，進(jìn)一步降低凝結(jié)水加氨量，控制除氧器入口給水的電導(dǎo)率為2.5～3.5μS／cm，給水pH值降至9.0～9.1。

2.4 加氧調(diào)試過(guò)程水汽系統(tǒng)鐵含量的變化

爐前給水系統(tǒng)腐蝕產(chǎn)物鐵的生成、遷移量明顯降低，是加氧處理工藝優(yōu)越性的特征之一，也是給水加氧處理效果的最直接體現(xiàn)。機(jī)組加氧轉(zhuǎn)換過(guò)程中，水汽系統(tǒng)腐蝕產(chǎn)物鐵含量的變化情況見(jiàn)表3。

由表3可知，完成加氧處理（OT）后，省煤器入口給水鐵的質(zhì)量濃度由AVT（O）工況下的9.3μg／L下降到0.4μg／L，而除氧器入口、出口鐵的質(zhì)量濃度也降至0.5μg／L以下。降低水汽pH值后鐵的質(zhì)量濃度仍維持在很低的水平，表明爐前給水系統(tǒng)金屬表面形成良好的保護(hù)性氧化膜。給水鐵的質(zhì)量濃度明顯降低，利于降低鍋爐的結(jié)垢速率，提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。降低水汽pH值后，高壓加熱器疏水取樣點(diǎn)檢測(cè)到鐵的質(zhì)量濃度有所升高，由AVT（O）工況下的11.7μg／L升高至20.9μg／L，隨后緩慢下降?？紤]到高壓加熱器疏水會(huì)回收至除氧器，其流量一般占給水總流量的15%以上，當(dāng)高壓加熱器疏水鐵的質(zhì)量濃度為11.7μg／L時(shí)，除氧器出口鐵的質(zhì)量濃度至少增加1.6μg／L。但檢測(cè)結(jié)果顯示，降低pH值后除氧器出口鐵的質(zhì)量濃度一直穩(wěn)定在1.0μg／L以下，因此認(rèn)為高壓加熱器疏水鐵的質(zhì)量濃度增加可能是由降低pH值后取樣管內(nèi)原沉積的氧化鐵溶出造成的，并不具有代表性。目前，高壓加熱器疏水鐵的質(zhì)量濃度呈緩慢下降趨勢(shì)。根據(jù)其他加氧機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，隨著時(shí)間延長(zhǎng)，高壓加熱器疏水鐵的質(zhì)量濃度會(huì)下降至較低水平。

此外，給水加氧處理前后，凝結(jié)水鐵的質(zhì)量濃度變化不太明顯，維持在1.0～3.0μg／L。一方面，凝結(jié)水氧含量基本不受給水加氧量影響，而主要取決于凝汽器真空度；另一方面，即使凝結(jié)水系統(tǒng)由于空氣的漏入而處于有氧狀態(tài)，但由于凝結(jié)水溫度較低及CO2的影響，金屬表面難以形成良好的氧化膜，因此加氧前、后凝結(jié)水鐵含量變化不大。由于凝結(jié)水全部經(jīng)過(guò)精處理系統(tǒng)，因此，這部分鐵不會(huì)進(jìn)入鍋爐受熱面而產(chǎn)生沉積。

2.5 氫電導(dǎo)率變化原因分析

加氧轉(zhuǎn)換過(guò)程中，熱力系統(tǒng)氧化膜一般會(huì)釋放出少量雜質(zhì)，從而引起水汽氫電導(dǎo)率的升高。5月14日進(jìn)行加氧轉(zhuǎn)換的高含氧量試驗(yàn)時(shí)，水汽系統(tǒng)的氫電導(dǎo)率明顯升高，省煤器入口給水氫電導(dǎo)率最高升至0.274μS／cm，主蒸汽的氫電導(dǎo)率最高上升至0.288μS／cm。隨著加氧轉(zhuǎn)換完成，熱力系統(tǒng)水汽氫電導(dǎo)率均恢復(fù)至正常水平，小于0.10μS／cm。在加氧轉(zhuǎn)化初期階段，引起水汽氫電導(dǎo)率升高的主要是少量的氟離子、氯離子、硫酸根、磷酸根和二氧化碳等雜質(zhì)。當(dāng)給水加氧使金屬氧化膜狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，原先氧化膜中的含碳化合物會(huì)被氧化形成有機(jī)酸和二氧化碳；而氧化膜物相變化時(shí)微孔中其他陰離子如Cl-，SO42-等也會(huì)被擠出，這些陰離子雜質(zhì)的溶出主要與熱力系統(tǒng)及取樣管氧化膜的轉(zhuǎn)變有關(guān)。此外，水汽系統(tǒng)F-主要來(lái)源于熱力系統(tǒng)焊接點(diǎn)含氟焊料的溶出物，磷酸根可能源于取樣管基建期間磷系防銹劑的殘留物，隨著機(jī)組運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，會(huì)逐漸減小直至消失。

2.6 凝結(jié)水精處理混床出水水質(zhì)和運(yùn)行周期

給水AVT（R）處理時(shí)，給水和疏水系統(tǒng)的保護(hù)膜為F3O4，其在純水中有較高的溶解度，為了降低水汽系統(tǒng)的鐵含量，通過(guò)向精處理設(shè)備出口凝結(jié)水加氨來(lái)調(diào)節(jié)水汽系統(tǒng)的pH值處于較高的范圍，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定給水的pH值為9.2～9.6，＃1機(jī)組給水pH值實(shí)際控制范圍為9.2～9.6，除氧器入口電導(dǎo)率為4.5～7.5μS／cm，相應(yīng)氨的加入量為800～1 000 μg／L。

加氧轉(zhuǎn)化結(jié)束后，由于給水和疏水系統(tǒng)的保護(hù)膜為F2O3+F3O4，并且氧化膜靠水中的溶解氧維護(hù)，所以可適當(dāng)降低水汽系統(tǒng)的pH值，DL／T 912—2005《超臨界火力發(fā)電機(jī)組水汽質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定給水的pH值范圍為8.0～9.0，＃1機(jī)組給水pH值實(shí)際控制范圍為8.8～9.1，除氧器入口電導(dǎo)率設(shè)定值為3.0μS／cm，相應(yīng)氨的加入量約為300μg／L。

表3 不同給水處理方式下水汽系統(tǒng)鐵的質(zhì)量濃度 μg／L

與AVT（R）工況相比，加氧工況下凝結(jié)水中氨的質(zhì)量濃度從800～1000μg／L降低到約300μg／L，氨的質(zhì)量濃度減少超過(guò)60%，由此推算精處理混床氫型方式運(yùn)行周期將延長(zhǎng)2～3倍，預(yù)計(jì)氫型運(yùn)行周期制水量可達(dá)到20萬(wàn)t以上（AVT（R）工況下周期制水量?jī)H為6萬(wàn)～8萬(wàn)t）。由于混床再生次數(shù)大幅度減少，其自用水量、再生用酸堿使用量以及再生廢水排放量也隨之大幅度減少。

精處理混床運(yùn)行出水水質(zhì)情況見(jiàn)表4。由表4可知，當(dāng)混床以氫型方式運(yùn)行時(shí)，出水的雜質(zhì)泄漏量均很低，Na+和Cl-的質(zhì)量濃度能滿足DL／T 912— 2005《超臨界火力發(fā)電機(jī)組水汽質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》期望值小于1.0μg／L的要求。實(shí)際上，給水加氧處理后混床氫型運(yùn)行周期大大延長(zhǎng)，精處理混床出水水質(zhì)得到進(jìn)一步的改善，這對(duì)提高機(jī)組水汽品質(zhì)，確保水汽質(zhì)量滿足超臨界機(jī)組的要求起到至關(guān)重要的作用。

對(duì)于精處理混床的運(yùn)行終點(diǎn)，通常以氫電導(dǎo)率大于0.1μS／cm作為主要控制指標(biāo)之一。但當(dāng)混床開(kāi)始漏氨時(shí)或進(jìn)入氨型運(yùn)行階段后，即使氫電導(dǎo)率小于0.1μS／cm，出水鈉離子和氯離子的質(zhì)量濃度也往往會(huì)超過(guò)1.0μg／L。而對(duì)于超臨界機(jī)組來(lái)說(shuō)，Na+和Cl-是引起汽輪機(jī)腐蝕與積鹽的主要因素，應(yīng)盡可能使水汽中Na+和Cl-的質(zhì)量濃度在期望值之內(nèi)（小于1.0μg／L），因此對(duì)于給水加氧機(jī)組來(lái)說(shuō)，精處理混床應(yīng)以氫型方式運(yùn)行。

表4 精處理混床運(yùn)行出水水質(zhì)情況（離子色譜法檢測(cè)）

3 結(jié)論

（1）給水加氧處理后，省煤器入口給水鐵的質(zhì)量濃度由9.3μg／L降低至1.0μg／L以下。在較低pH值（9.0～9.1）條件下，省煤器入口給水鐵的質(zhì)量濃度仍保持在低水平，小于1.0μg／L，表明給水系統(tǒng)已形成良好的保護(hù)膜。給水鐵的質(zhì)量濃度降低將有效減緩鍋爐受熱面的結(jié)垢速度，延長(zhǎng)鍋爐的化學(xué)清洗周期。

（2）OT工況下，給水pH值控制范圍為9.0～9.1，相應(yīng)氨的加入量約300μg／L，與AVT（R）工況相比，凝結(jié)水中氨含量減少60%以上。

（3）凝結(jié)水氨含量的降低使得精處理氫型運(yùn)行周期明顯延長(zhǎng)，氫型運(yùn)行周期制水量超過(guò)20萬(wàn)t，可以降低樹(shù)脂再生酸堿耗、自用水量及酸堿廢液排放等。（4）精處理氫型運(yùn)行周期延長(zhǎng)及給水pH值的進(jìn)一步降低，可提高機(jī)組的水汽品質(zhì)，對(duì)防止汽輪機(jī)通流部件的積鹽與腐蝕有利。

［1］李培元.火力發(fā)電廠水處理及水質(zhì)控制［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2000.

［2］何輝純.重視水流加速腐蝕（FAC）的危害［C］／／中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)電廠化學(xué)專委會(huì)第六屆學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集.蘇州：中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)，2000.

［3］DL／T 805.4—2004火電廠汽水化學(xué)導(dǎo)則第4部分：鍋爐給水處理［S］.

（本文責(zé)編：白銀雷）

TK 223.5

：B

：1674-1951（2015）01-0005-04

楊彥科（1975—），男，寧夏中寧人，高級(jí)工程師，從事電廠化學(xué)研究及基建調(diào)試方面的工作（E-mail：yyk1210＠qq.com）。

2014-06-26；

2014-09-27