高压加热器汽液相变区氧化处理技术在超超临界发电机组上的应用

施国忠，刘春红

（浙江浙能技术研究院有限公司，杭州 310003）

高压加热器汽液相变区氧化处理技术在超超临界发电机组上的应用

施国忠，刘春红

（浙江浙能技术研究院有限公司，杭州 310003）

传统的给水加氧工艺由于存在过热器氧化皮剥落风险，危及机组安全运行，而给水低氧处理工艺又无法彻底解决给水和汽液相变区流动加速腐蚀的问题。对超超临界发电机组高压加热器汽液相变区采用氧化处理技术，实现精确、定点、定量加氧处理，成功解决了高压加热器汽液相变区的流动加速腐蚀问题，又避免了过热器氧化皮剥落的风险，提高了机组的安全经济性。高加汽液相变区进行氧化处理后，致密的Fe2O3氧化膜转化速度快，高加疏水Fe浓度下降达85%，Fe浓度小于1 μg/L。

超超临界机组；高压加热器；汽液相变区；氧化处理；腐蚀

0 引言

随着火力发电机组系统工艺设计与设备制造技术日渐成熟，高参数、大容量的火电机组不断投入，对热力设备的材料、热力循环系统蒸汽化学水工况提出了更高的要求，才能满足高参数条件下机组材料和设备安全的需要。超超临界机组传统的AVT（给水系统全挥发处理）工况运行时[1]，FAC（流动加速腐蚀）问题严重[2]，热力设备的腐蚀、结垢、盐类沉积会对机组的经济、安全和寿命造成损害[3]。

采用给水加氧工艺能解决给水系统的FAC问题，但传统给水加氧工艺是在给水段加入过量的氧，消除给水侧FAC外，让过量氧气通过过热器进入高压加热器（简称高加）回热系统消除汽液相变区FAC，但超超临界机组过热器因进氧容易发生氧化皮大量剥落导致机组停运，危及机组的安全[4-5]。为了避免氧化皮大量剥落，只能采用给水低氧处理，使高加汽液相变区无氧而无法消除该区域的FAC。

某660 MW超超临界机组，锅炉为超超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉，单炉膛、一次中间再热、采用四角切圆燃烧方式、平衡通风、固态排渣、全钢悬吊∏型结构、露天布置燃煤锅炉。自机组投运以来一直采用还原性工况运行，高加疏水调节阀堵塞频繁，高加需经常撤出运行清理调节阀，清理后半个月内开度仍从65%增大到90%。机组检修发现阀笼全部堵塞，如图1所示，经分析堵塞物为磁性Fe3O4，为FAC产物[5-6]。鉴于存在着过热器氧化皮剥落风险，采用传统的给水加氧处理工艺或者单纯的给水低氧处理方式，无法彻底解决给水和汽液相变区FAC问题。

图1 高加疏水阀堵塞情况

1 高加汽液相变区氧化处理装置简介

基于高加汽液相变区FAC问题，提出火力发电机组高加汽液相变区氧化处理技术，以高压加热器一级抽汽进口为高加汽侧加氧点，针对高温、高压、难稳流、难控制等特点，开发了增压、稳压、稳流一体化自动氧化处理装置，如图2所示，实现精确、定点、定量加氧处理，既解决了汽液相变区的FAC，又避免了过热器氧化皮剥落的风险。

图2 高低压一体化加氧装置示意

高加汽液相变区氧化处理技术，以1号高加疏水溶氧为控制目标。当机组负荷发生变化时，以高加一级抽气压力和1号高加疏水溶氧为控制因素，通过前馈作用和PID补偿调节，保证高加疏水氧量的稳定控制，实现精确自动控制。

2 应用结果与讨论

2.1 高加疏水铁的变化

图3为机组高加汽液相变区采用氧化处理技术后高加疏水Fe的变化情况。AVT工况下，高加汽液相变区流动加速腐蚀严重，高加疏水Fe浓度大，易导致高加疏水调节阀堵塞。

图3 高加汽侧加氧后高加疏水Fe的变化

在高压汽液相变区采用氧化处理技术，进行高加汽侧加氧，随着致密氧化膜的逐步形成，ORP（氧化还原电位）稳定上升，高加疏水Fe浓度逐步下降。当3号高加疏水ORP稳定上升至+50 mV时，3号高加疏水Fe浓度从7 μg/L逐步下降至1 μg/L以下，高加疏水Fe浓度下降85%。

2.2 给水中铁的变化

给水主要来自两部分，一是凝结水经精处理混床处理后的出水，二是来自高加疏水。在高加汽液相变区未进行氧化处理工况下，机组运行过程中，高加疏水Fe浓度含量高，省煤器出口Fe浓度大；在高加汽侧加氧后，同期给水未加氧的情况下，由于高加疏水Fe含量下降，此时给水Fe浓度明显好转，呈逐步下降趋势。

2.3 高加疏水系统溶氧消耗的变化

超超临界机组高加汽液相变区采用氧化处理时，1号高加疏水溶氧与3号高加疏水溶氧变化规律如图4所示。

第一阶段：高加汽侧加氧初期，Fe2O3氧化膜转化速度快，高加疏水系统溶氧消耗量大，1号高加疏水和3号高加疏水均无溶氧。

第二阶段：1号高加段氧化膜逐步形成完整，1号高加疏水出现溶氧，而3号高加段氧化膜仍在转化，此时3号高加疏水仍然无溶氧，1号高加疏水溶氧与3号高加疏水溶氧的差值范围在2～8 μg/L。

第三阶段：随着整个高加系统氧化膜的形成完整和稳定，1号高加疏水与3号高加疏水均出现溶氧，两者差值稳定在10～20 μg/L。

图4 高加疏水系统溶氧消耗的变化

图5 氧化处理前后机组额定负荷下1号高加正常疏水调节阀开度的变化

2.4 氧化前后1号高加正常疏水阀开度曲线对比

高加汽液相变区采用氧化处理前1号高加疏水调节阀堵塞严重，阀孔几乎全堵，堵塞物主要为磁性Fe3O4。加氧后1号高加疏水调节阀明显改善，阀孔清洁干净，未出现堵塞现象。

高加氧化处理前后，机组额定负荷下1号高加正常疏水调节阀开度的变化如图5所示。加氧前1号高加疏水调节阀阀笼堵塞严重，开度接近90%，堵塞物主要为磁性Fe3O4，更换阀芯后，满负荷状态下1号高加疏水调节阀开度也呈现上升趋势。氧化处理后，高加疏水Fe含量明显下降，此时1号高加疏水调节阀状况明显改善，阀孔清洁干净，满负荷下1号高加正常疏水调节阀开度一直控制平稳在65%左右，无上升趋势。

3 结语

超超临界发电机组高压加热器汽液相变区采用氧化处理技术，实现精确、定点、定量加氧处理，效果显著：

（1）高加汽液相变区形成致密的Fe2O3氧化膜转化速度快，高加疏水Fe浓度稳定在1 μg/L以下，省煤器结垢速率下降近50%。

（2）高加汽液相变区氧化处理技术解决了高加汽液相变区的FAC问题，又避免了过热器氧化皮剥落的风险，确保了超（超）临界机组运行的安全性和经济性。

[1]DL/T 805.4-2004火电厂汽水化学导则 第4部份：锅炉给水处理[S].北京：中国电力出版社，2004.

[2]何辉纯.重视水流加速腐蚀（FAC）的危害[C]//第六届全国电厂化学学术研讨会论文集，2000.

[3]ALEXANDER Y，SUPERFIN，PRABHAT KUMAR SINHA.Alternative boiler feedwater treatment by using the oxygenated technique[C]//International Water Conference, 1993.

[4]徐洪.给水加氧处理引发蒸汽通道氧化皮剥落的机理[J].动力工程学报，2011，31（9）∶672-677，699.

[5]徐洪.基于“环境破坏说”的氧化皮剥落理论[J].动力工程学报，2012，32（9）∶733-740.

原标题：高压加热器汽液相变区氧化处理技术在超超临界发电机组应用研究

（本文编辑：陆 莹）

Study on Oxygenated Treatment of High-pressure Heater Steam-Liquid Phase Transition Zone for Ultra-Supercritical Units

SHI Guozhong，LIU Chunhong
（Zhejiang Zheneng Technology Research Institute Co.，Ltd.，Hangzhou 310003，China）

The traditional oxygenated treatment of feedwater jeopardizes operation safety of units due to falling-off of oxide skin of superheater.However，low oxygenated treatment of feedwater can not drastically eliminate flow accelerated corrosion of feedwater and steam-liquid phase transition zone.After oxygenated treatment in steam-liquid phase transition zone of high-pressure heater of ultra-supercritical units，accurate，fixedpoint and quantitative oxygenated treatment is achieved and flow accelerated corrosion of phase transition zone for high-pressure heater is successfully eliminated；in the meantime，the risk of oxide skin falling-off of superheater is prevented and the security and economical efficiency of the units are improved.After oxygenated treatment of steam-liquid phase transition zone，conversion speed of the dense Fe2O3oxide film is fast，Fe concentration of high-pressure heater drainage decreases by 85%and Fe concentration is less than 1 μg/L.

ultra-supercritical units；high-pressure heater；steam-liquid phase transition zone；oxygenated treatment；corrosion

TM621.8

B

1007-1881（2015）11-0012-03

2015-09-17

施国忠（1985），男，工程师，从事火电厂化学技术工作。