慕曉煒

(中國(guó)大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司華東電力試驗(yàn)研究院， 安徽 合肥 230088)

1 簡(jiǎn)介

某660 MW超臨界直流爐機(jī)組鍋爐為東方鍋爐(集團(tuán))股份有限公司生產(chǎn)，超臨界變壓運(yùn)行、一次中間再熱、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型直流鍋爐；汽輪機(jī)為上海汽輪機(jī)發(fā)電有限公司生產(chǎn)的超臨界、一次中間再熱、三缸四排汽、單軸、雙背壓、凝汽式。鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)采用超濾+二級(jí)反滲透+混床工藝，給水采用AVT(O)工況，凝結(jié)水精處理系統(tǒng)為前置過(guò)濾器+球型混床。

機(jī)組投入商業(yè)運(yùn)行2年時(shí)間后首次檢查性A修，汽輪機(jī)揭缸檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)高壓缸和低壓缸分別存在較為嚴(yán)重的結(jié)垢和腐蝕現(xiàn)象。

2 汽輪機(jī)結(jié)垢及腐蝕現(xiàn)象

2.1 汽輪機(jī)高、中壓缸結(jié)垢現(xiàn)象

機(jī)組高壓缸葉片整體呈銹紅色，迎汽側(cè)葉片調(diào)速級(jí)及1-7級(jí)葉片表面有少量沉積物，8-11級(jí)葉片表面有明顯沉積物，其中第10級(jí)最多；背汽側(cè)整體呈銹紅色，第2-11級(jí)葉片表面有明顯沉積物，其中第8-10級(jí)葉片最多，高壓缸葉片表面沉積物量影響了通流面積。對(duì)機(jī)組高壓缸部分運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行查閱，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 機(jī)組660 MW負(fù)荷工況歷年試驗(yàn)結(jié)果與設(shè)計(jì)值比較表

高壓缸效率在機(jī)組運(yùn)行2年后下降了4%，調(diào)節(jié)級(jí)壓力上升了18%，并且參數(shù)呈現(xiàn)連續(xù)變化趨勢(shì)，說(shuō)明結(jié)垢危害的發(fā)生影響機(jī)組運(yùn)行整個(gè)過(guò)程。

2.2 汽輪機(jī)低壓缸腐蝕現(xiàn)象

低壓缸迎汽側(cè)第3-4葉片表面有停運(yùn)銹蝕斑，背汽側(cè)1-2級(jí)葉片有少量白色沉積物，3-5級(jí)葉片有停運(yùn)銹蝕斑。具體腐蝕情況見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 低壓缸迎汽側(cè)第3級(jí)葉片

圖2 低壓缸背汽側(cè)第4級(jí)葉片

低壓缸葉片尤其是背汽側(cè)以及軸徑都有明顯的停運(yùn)銹蝕痕跡，銹蝕產(chǎn)物下有針尖狀的點(diǎn)蝕坑。

3 汽輪機(jī)結(jié)垢及腐蝕危害原因查明

3.1 汽輪機(jī)高、中壓缸結(jié)垢原因分析

表2 汽輪機(jī)葉片轉(zhuǎn)子垢樣成分分析

通過(guò)汽輪機(jī)葉片垢樣分析可知，其主要成分為硅、鐵、鈉、鈣和銅的化合物。其中硅和鈣的化合物主要為機(jī)組基建期間系統(tǒng)內(nèi)泥渣等雜物釋放及機(jī)組調(diào)試啟動(dòng)和正常運(yùn)行期間水汽攜帶沉積。鐵和銅主要為機(jī)組基建期間及日常運(yùn)行時(shí)，水汽系統(tǒng)會(huì)發(fā)生一系列復(fù)雜的腐蝕反應(yīng), 部分腐蝕產(chǎn)物會(huì)以懸浮狀的細(xì)小微粒存在于水汽樣品中[1]，并最終在爐管及汽輪機(jī)葉片發(fā)生沉積。鈉鹽沉積主要和精處理混床運(yùn)行狀況有關(guān)，汽輪機(jī)葉片pH測(cè)試結(jié)果顯示大部分葉片pH呈堿性，就是由堿性鈉鹽沉積導(dǎo)致。

分析造成汽輪機(jī)動(dòng)葉及隔板表面沉積物嚴(yán)重的原因?yàn)橐韵聨c(diǎn)：

(1)精處理系統(tǒng)運(yùn)行狀況不佳。精處理混床是超臨界機(jī)組水汽品質(zhì)控制的關(guān)鍵，但在機(jī)組投運(yùn)后約半年時(shí)間內(nèi)，電廠(chǎng)精處理混床因流量偏差過(guò)大而無(wú)法正常投運(yùn)。問(wèn)題處理后，精處理混床按照氫電導(dǎo)率運(yùn)行控制，導(dǎo)致混床在氨化狀態(tài)下運(yùn)行，出水水質(zhì)無(wú)法滿(mǎn)足超臨界機(jī)組水汽品質(zhì)控制要求，系統(tǒng)水汽氫導(dǎo)值長(zhǎng)期超過(guò)0.10 μS/cm，甚至接近0.15 μS/cm的控制值[2]。同時(shí)電廠(chǎng)在投產(chǎn)后1年多時(shí)間內(nèi)，前置過(guò)濾器并未及時(shí)更換正式濾元，一直采用濾徑為10 μm啟動(dòng)濾元運(yùn)行，影響除鐵效果。

(2)給水水工況選用不當(dāng)。電廠(chǎng)投運(yùn)后給水處理采用設(shè)計(jì)的AVT(R)工況，運(yùn)行1年后停加聯(lián)胺，采用AVT(O)工況，而聯(lián)胺等還原性藥劑的投加促進(jìn)了給水系統(tǒng)腐蝕發(fā)生。機(jī)組系統(tǒng)壓力變化情況見(jiàn)表3。

表3 機(jī)組系統(tǒng)壓力變化情況

通過(guò)上表可以看到，鍋爐壓差從機(jī)組整套啟動(dòng)階段開(kāi)始有了明顯的上漲，表明爐管內(nèi)的沉積物的快速發(fā)展，對(duì)鍋爐水冷壁進(jìn)行割管垢量分析，結(jié)垢速率為73.2g/(m2·a)，接近80g/(m2·a)的三類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)[3]。

(3)停爐保護(hù)的影響。電廠(chǎng)之前采用“氨、聯(lián)氨鈍化烘干法”的停爐保護(hù)方法，但對(duì)于大型鍋爐，往往由于放水時(shí)壓力不夠高、鍋爐冷卻過(guò)快或系統(tǒng)彎頭多等原因，導(dǎo)致?tīng)t內(nèi)濕蒸汽未能徹底排盡，并在金屬壁溫下降過(guò)程中在系統(tǒng)內(nèi)重新凝結(jié)聚集，導(dǎo)致鍋爐在停(備)用期間發(fā)生嚴(yán)重的停用腐蝕問(wèn)題。同時(shí)機(jī)側(cè)設(shè)備在停機(jī)后也未開(kāi)展有效的保護(hù)工作，除氧器水箱、熱井(見(jiàn)圖3、圖4)都發(fā)生了明顯的停運(yùn)腐蝕問(wèn)題，生成了大量的銹黃色腐蝕產(chǎn)物，其腐蝕產(chǎn)物在機(jī)組啟動(dòng)后帶入熱力系統(tǒng)[4]。

圖3 除氧器內(nèi)的停運(yùn)銹蝕產(chǎn)物

圖4 熱井內(nèi)的停運(yùn)銹蝕產(chǎn)物

(4)水汽品質(zhì)不佳。檢查發(fā)現(xiàn)電廠(chǎng)系統(tǒng)水汽品質(zhì)不佳，水汽中腐蝕性陰離子及鐵含量較高，分析結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 機(jī)組水汽樣分析結(jié)果

由于電廠(chǎng)前期精處理混床運(yùn)行不佳，后期采用氨型混床運(yùn)行，同時(shí)水汽參數(shù)按照標(biāo)準(zhǔn)上限值進(jìn)行控制，導(dǎo)致水汽的腐蝕性陰離子(氯離子及硫酸根等)和鐵含量都較大，直接導(dǎo)致熱力設(shè)備腐蝕(例如低壓缸葉片的點(diǎn)蝕)和系統(tǒng)結(jié)垢速率高。

(5)基建期水汽品質(zhì)不佳。通過(guò)查閱記錄，機(jī)組試運(yùn)階段水汽品質(zhì)較差，甚至在機(jī)組168 (見(jiàn)表3)h試運(yùn)通過(guò)后較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)主要水汽品質(zhì)依然超標(biāo)。

3.2 汽輪機(jī)低壓缸腐蝕原因分析

低壓缸內(nèi)的腐蝕現(xiàn)象主要表現(xiàn)為點(diǎn)蝕和低溫氧腐蝕兩種形態(tài)。

其中點(diǎn)蝕主要為機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中形成，由氯離子等腐蝕性陰離子引起；在低壓缸相變區(qū)形成的初凝水中氯離子會(huì)高度濃縮，達(dá)到蒸汽整體水平的數(shù)十甚至數(shù)百倍，是蒸汽初凝區(qū)存在應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂、腐蝕疲勞和點(diǎn)蝕風(fēng)險(xiǎn)的重要誘導(dǎo)因素。同時(shí)由于氨的分配系數(shù)較大，導(dǎo)致初凝水pH呈酸性，造成葉片表面形成點(diǎn)蝕坑。該機(jī)組日常運(yùn)行時(shí)蒸汽中的氯離子含量超過(guò)3 μg/kg，則在低壓缸相變區(qū)局部濃縮超過(guò)300 μg/L，促使低壓缸葉片產(chǎn)生點(diǎn)蝕。

葉片表面的低溫氧腐蝕發(fā)生在機(jī)組停運(yùn)后，當(dāng)凝汽器真空破壞后，未對(duì)汽輪機(jī)及凝汽器汽側(cè)開(kāi)展保護(hù)，則低壓缸金屬在濕蒸汽、氧氣和氯離子的共同作用下，發(fā)生較為明顯的停運(yùn)銹蝕。

3.3 汽輪機(jī)結(jié)垢及腐蝕危害防治

(1)確保關(guān)鍵設(shè)備例如精處理系統(tǒng)的正常運(yùn)行。對(duì)于超臨界機(jī)組，精處理混床應(yīng)采用氫型運(yùn)行，確保出水滿(mǎn)足新標(biāo)準(zhǔn)中的水質(zhì)要求。該電廠(chǎng)的精處理混床轉(zhuǎn)為氫型運(yùn)行后，水汽氫導(dǎo)普遍降至0.08 μS/cm以下，滿(mǎn)足GB/T 12145-2016的期望值要求。

(2)給水水工況對(duì)給水系統(tǒng)的腐蝕及熱力設(shè)備的結(jié)垢速率有明顯的影響。對(duì)于不含銅材質(zhì)的超臨界直流爐，AVT(R)被證明并不適宜，采用AVT(O)或OT才是保證機(jī)組低結(jié)垢速率的重要手段。

(3)實(shí)施全過(guò)程的化學(xué)監(jiān)督控制，重視機(jī)組試運(yùn)期間的水汽品質(zhì)、停爐保護(hù)效果以及機(jī)組啟動(dòng)階段水汽品質(zhì)控制對(duì)于機(jī)組結(jié)垢和腐蝕危害的影響，只有全過(guò)程監(jiān)督控制，才能將危害發(fā)生的可能性降至最低。

4 結(jié)論

(1)凝結(jié)水精處理系統(tǒng)運(yùn)行不正常、給水水工況選擇不當(dāng)、停爐保護(hù)效果不佳及機(jī)組調(diào)試期間水汽品質(zhì)較差是導(dǎo)致機(jī)組汽輪機(jī)高、中壓缸結(jié)垢嚴(yán)重的主要原因。

(2)蒸汽中的腐蝕性陰離子含量較高以及機(jī)側(cè)停爐保護(hù)工作未開(kāi)展是造成汽輪機(jī)低壓缸腐蝕的主要原因。

(3)重視停爐保護(hù)、機(jī)組正常啟動(dòng)和試運(yùn)期間水汽品質(zhì)對(duì)機(jī)組危害發(fā)生的影響，實(shí)施全過(guò)程化學(xué)監(jiān)督控制。