邹县电厂＃7机组给水加氧处理应用分析

2015-06-05崔绍波孙伟马伟

综合智慧能源 2015年4期

关键词：省煤器水冷壁结垢

崔绍波，孙伟，马伟

（华电国际邹县发电厂，山东邹城 273522）

邹县电厂＃7机组给水加氧处理应用分析

崔绍波，孙伟，马伟

（华电国际邹县发电厂，山东邹城 273522）

以华电国际邹县发电厂＃7机组为例，对给水采用全挥发处理和加氧处理情况进行跟踪对比，通过水汽品质、水冷壁沉积量及给水系统压降等变化，说明超超临界直流炉机组给水加氧处理是更安全、经济的运行方式。

1000MW机组；超超临界机组；加氧处理；给水

0 引言

华电国际邹县发电厂（以下简称邹县电厂）四期工程＃7，＃8机组为1000MW燃煤汽轮发电机组，分别于2006年12月和2007年7月投运。锅炉为超超临界变压直流炉，采用单炉膛、一次中间再热、平衡通风、全悬吊结构Π形布置。汽轮机为一次中间再热、单轴四缸四排汽、冲动凝汽式，中、低压缸均双流反向布置。给水系统配置2台汽动给水泵，1台电动给水泵备用。高压加热器为双列三级式。

该工程为引进技术国产化项目，给水处理方式设计为启动时还原性全挥发处理（AVT（R）），正常运行时加氧处理（OT）。在投产初期，由于OT在国内还属起步阶段，为慎重起见，机组正常运行后没有直接采用OT，而是沿用AVT（R）。随着国内超超临界机组的发展，为对比OT的应用效果，邹县电厂于2009年在＃7机组开展了OT试验。

1 加氧处理理论基础

1.1 AVT（R）方式下氧化膜的特点

根据氧化膜生成机制，电厂水汽循环系统的腐蚀又可分为电化学反应和化学反应。水与碳钢反应生成氧化膜的机制依据温度条件有所不同：从常温到300℃范围内，水与碳钢通过电化学反应生成氧化膜；在400℃以上，蒸汽与碳钢通过化学反应生成氧化膜。

由于在低温条件下水作为氧化剂没有能量使Fe2+氧化为Fe3+并最终转化为具有保护作用的氧化膜覆盖层，氧化膜处于活性状态。Fe3O4的溶解度大约在150℃时最大，提高溶液的pH值有利于降低氢氧化亚铁的溶解度。

在凝结水系统、低压加热器和第1级高压加热器入口的水温和化学介质条件下，当局部水流动条件恶化时，铁的溶解会转变为侵蚀性腐蚀，即会发生流动加速腐蚀（FAC）。

在300～400℃高温区，水分子具有能量使Fe2+氧化为Fe3+，因此在省煤器的出口段到水冷壁的金属表面形成了内层薄而致密、外层也较为致密的Fe3O4氧化膜。此温度区是化学反应与电化学反应混合区或过渡区，随着温度升高，氧化膜生成的反应逐渐由电化学反应转为以化学反应为主。

综上所述，除高温段外，中、低温段的金属氧化膜是不够致密的，其Fe3O4的溶解度较高，即使热力系统的水质接近理论纯度，或通过提高pH值尽量降低氢氧化亚铁的溶解度，但因联氨处理条件下形成的双层Fe3O4氧化膜由致密的内伸Fe3O4层和多孔、疏松的Fe3O4外延层构成，疏松的Fe3O4外延层不耐水流冲击，给水系统会发生局部流动加速腐蚀。同时，给水系统氧化膜释放出的微量铁离子会造成给水含铁量高，并使下游热力设备发生氧化铁污堵和沉积。

由于铁氧化物不断在热负荷高的部位沉积，在水流作用下生成了表面粗糙的波纹状垢层，该类垢层除降低锅炉受热面的传热效率外，还增加了流体阻力，造成锅炉压差不断上升。

1.2 给水氧化处理的原理

在OT方式下，由于不断向金属表面均匀地供氧，将外层Fe3O4间隙及表面覆盖上Fe2O3，使金属表面形成了致密稳定的双层保护膜，改变了外层Fe3O4层空隙率高、溶解度高，不耐流动加速腐蚀的性质。这是因为，在流动的高纯水中添加适量氧可提高碳钢的自然腐蚀电位数百毫伏，使金属表面发生极化或使金属的电位达到钝化电位，在金属表面生成致密而稳定的保护性氧化膜。直流炉应用OT技术，在金属表面形成了致密光滑的氧化膜，不但很好地解决了炉前系统存在的水流加速腐蚀问题，还消除了水冷壁管内表面波纹状氧化膜造成的锅炉压差上升的缺陷。两种处理方式下氧化膜状态如图1所示。

图1 两种处理方式下氧化膜状态

2 加氧处理条件

加氧处理必须在水质很纯的条件下进行。直流炉OT时，只需考虑给水含氧量和给水含铁量的关系，严格控制给水的电导率即可。DL／T 805.1—2002《火电厂汽水化学导则第1部分：直流锅炉给水加氧处理》规定条件：（1）给水氢电导率应小于0.15μS／cm；（2）凝结水系统应配置全流量精处理设备；（3）除凝汽器管外汽水循环系统各设备均应为钢制元件；（4）锅炉水冷壁管结垢量达到200～300 g／m2时，宜先进行化学清洗。

因此，为了解＃7机组运行状况，从2009年12月开始进行了10个月水汽品质跟踪试验分析，摸清了AVT（R）和弱氧化性处理（AVT（O））方式下水汽品质变化的规律。通过对给水、凝结水、主蒸汽等氢电导率、阴离子以及高速混床出水指标的分析，发现＃7机组具备了OT条件。水质分析情况如下。

（1）水汽系统的给水、蒸汽氢电导率指标良好，均小于0.15μS／cm；但也有少量杂质，主要是氯离子与硫酸根离子。

（2）精处理混床处于氨型运行，各台混床出水氢电导率在0.08μS／cm以下。凝汽器严密性良好，基本无冷却水渗漏；凝结水氢电导率正常运行中小于0.15μS／cm；有少量有机酸及Cl-渗漏。

另外，2010年1月＃7机组小修时水冷壁向火侧结垢量为147.70 g／m2，不需要进行化学清洗。

3 加氧处理过程

试验发现，＃7机组已具备了加氧处理条件，2010年10月组织实施了加氧处理操作。

（1）20日16：30开始向凝结水侧加氧，初始给水氧的质量浓度为100μg／L左右。

（2）约2.5 h后除氧器入口监测到氧，低压给水系统很快被钝化。

（3）21日10：05开始向除氧器出口加氧，24 h后省煤器入口监测到氧，高压加热器、给水系统氧化膜转换完成。

（4）在省煤器入口监测到氧（91μg／L）的同时，主蒸汽、高压加热器疏水也监测到氧（15μg／L）。

（5）23日00：00主蒸汽氧的质量浓度达到30 μg／L，此后一直比省煤器入口氧的质量浓度低50 μg／L，1周后逐渐降至20μg／L左右。

（6）23日15：30关闭高压加热器至除氧器六路连续排汽门。主蒸汽与高压加热器疏水基本同时测到氧，且含量比较接近，说明高压加热器疏水系统氧化膜基本不用转换或转换较快。

（7）给水pH值由9.2～9.4逐渐调小至8.6～9.0。给水氧的质量浓度为40～60μg／L，每天消耗氧气约1.5瓶。

4 加氧处理效果分析

加氧处理后对水汽系统铁离子进行了长期跟踪分析。发现给水、高压加热器疏水等铁离子含量均比AVT（R）时降低，且波动幅度也变小。

（1）给水铁的质量浓度由加氧前的10μg／L以上降低至5μg／L左右，铜的质量浓度基本维持在2μg／L以下。

（2）主蒸汽铁的质量浓度也降低至5μg／L以下。另外，高压加热器疏水铁的质量浓度由加氧前的5～8μg／L降低至5μg／L以下，高压加热器疏水铜的质量浓度基本维持在2μg／L以下。

（3）＃7，＃8机组水冷壁管向火侧结垢量与沉积率变化。＃7机组首次割管是运行14个月后，结垢量为132.86 g／m2，＃8机组首次割管是运行22个月后，结垢量为122.53 g／m2，说明＃7机组投产初期水冷壁管表面状况不如＃8机组。但在后面割管检查中发现，＃7机组结垢量和沉积速率明显下降，而且＃8机组结垢量已经达到了化学清洗标准。＃7，＃8机组水冷壁管向火侧结垢量与沉积率比较见表1。

（4）＃7，＃8机组给水泵出口至启动分离器压差比较。给水系统压降可以说明水冷壁管与省煤器管内有阻力，由于直流锅炉水冷壁管内径小，若管内有杂质沉积，压降会明显增加。2013年＃7，＃8机组满负荷运行时，给水系统各点压力、压降平均值见表2。＃7机组给水泵出口压力比＃8机组低0.731MPa，＃7机组省煤器至分离器压降比＃8机组低0.726MPa，说明＃7机组水冷壁系统沉积量少，且光滑致密。

表1＃7，＃8机组水冷壁管向火侧结垢量与沉积率比较

（5）＃8机组锅炉化学清洗后未加氧处理压差变化。2014年初，＃8机组根据水冷壁结垢量情况，对锅炉水冷壁、省煤器及高压加热器系统进行了化学清洗。清洗后只采用了AVT（O）方式，运行2个月满负荷下给水系统压差变化情况如图2所示。省煤器至分离器压降由0.950MPa升高至1.410MPa，上升速度比较快。因此，＃8机组应尽快采用OT方式运行。