超超临界直流锅炉给水加氧处理技术研究及应用

邱元刚，丁翠兰

（华电莱州发电有限公司，山东　烟台　261441）

超超临界直流锅炉给水加氧处理技术研究及应用

邱元刚，丁翠兰

（华电莱州发电有限公司，山东烟台261441）

某电厂1 000 MW超超临界直流锅炉给水处理方式设计为全挥发处理（AVT）。经过机组投产运行发现，该处理方式由于铁腐蚀产物溶出率较高和流动加速腐蚀作用，存在热力系统腐蚀严重等问题。针对此问题进行给水处理优化改造，采用给水加氧处理技术，蒸汽品质和给水品质都有明显提高。

超超临界直流锅炉；全挥发处理；给水加氧处理技术；效果评价

0　引言

发电机组正确地应用加氧运行技术能大大延长锅炉清洗周期，降低锅炉的结垢速度，减少化学药品的使用，降低废物排放和有害物质的使用率，对于环保、经济运行均十分有益［1］。但这项技术还有很多问题需要研究，特别是部分机组在应用这项技术的过程中出现高温受热面氧化皮剥落加剧现象，给该项技术的推广应用带来一定的阻力，很多电厂对是否采用这项技术还在试验阶段［2］。

1　机组设备简介

某电厂2号机组锅炉为DG3000/26.15-Ⅱ1型单炉膛、一次中间再热、平衡通风、运转层以上露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Π型直流锅炉。汽轮机为一次中间再热、单轴四缸四排汽、冲动凝汽式，设计额定功率为1 050 MW，东汽N1050-25/600/600型超超临界汽轮机。凝汽器传热管采用钛管，管板采用复合钛板，管子与管板连接方式为胀接加密封焊。锅炉补水为海水淡化后的淡水。

正常运行时，2套淡水反渗透装置全部运行。当有1套淡水反渗透装置停运时，一级除盐和混床降出力运行。每台机组各设1套凝结水精处理系统，每套系统包括2台前置过滤器、4台高速混床、1台再循环泵及相应的旁路，2套系统共用1套体外再生单元和辅助单元（含冲洗水泵、反洗水泵、罗茨风机、酸碱单元、电热水箱单元、压缩空气系统等）。机组正常运行时凝结水全流量经过过滤器和高速混床进行处理。

机组设计为给水处理方式为全挥发处理（AVT），该处理方式主要问题是由于铁腐蚀产物溶出率较高和流动加速腐蚀作用，使热力系统腐蚀较严重，热力系统的腐蚀产物进入锅炉后在高热负荷区沉积下来，造成锅炉沉积速率偏高［3］。机组于2012年12月投产，AVT运行方式下运行至2013年9月，蒸汽品质经常不合格（见表1），锅炉向火侧的平均沉积速率为107 g/（m2·a）。沉积物的成分分析结果表明，铁氧化物质量分数98%以上，锅炉运行1年就需要进行化学清洗。凝结水的含氨量较高，精处理混床运行周期短，一般1周时间再生1次。

表1　机组投产以来的水汽指标统计

2　机组给水处理方式技术改造

为了解决给水全挥发处理（AVT）方式存在的诸多问题，在2013年9—12月大修期间锅炉采用乙二胺四乙酸二钠（EDTA）清洗后，进行给水处理方式改造，机组采用给水加氧处理技术，实施给水加氧处理。

2.1加氧系统

给水加氧系统设备包括加氧汇流排、加氧控制柜、加氧管道和阀门等，如图1所示。由高压氧气瓶提供纯度大于99%的氧气经减压阀、针形流量调节阀加入系统，系统中选用精密的逆止阀防止发生给水倒流。加氧控制方式采用手动调节控制。

图1　给水加氧系统

2.2热力系统加氧点设置

热力系统加氧点包括4个点：凝结水精处理出口母管1个点，除氧器出口下水管3个点，即电动给水泵前置泵入口、汽动给水泵A、B前置泵入口各1个。当某台给水泵停止运行时应立即关闭相应的就地加氧阀门，给水泵运行时则打开。

2.3加氧运行操作

在机组启动冷态和热态清洗时，精处理出口只加氨，将除氧器入口加氨电导率控制在5～8 μS/cm，以维持给水pH值在9.30～9.60。机组启动时，除氧器启动排气门打开，高加汽侧连续排气门打开。机组带负荷超过400 MW，汽动给水泵投入稳定运行后，精处理出口给水氢电导率小于0.10 μS/cm，省煤器入口给水氢电导率小于0.15 μS/cm时，手动向精处理出口和除氧器出口开始加氧，待省煤器入口给水氧质量浓度大于50 μg/L后，微调手动调节阀，调整加氧量至20～60 μg/L，维持除氧器入口给水氧质量浓度在30～100 μg/L。加氧后4 h内，调整除氧器排气门至微开，关闭高加汽侧连续排气门。如果关闭高汽侧连续排气门影响到加热器的换热效率时，根据机组的运行情况定期开启连续排气门 （高加汽侧连续排气门可7天或15天开启1次）。当凝结水氢电导率大于0.20 μS/cm时（如：凝汽器发生漏泄、回收的疏水质量劣化时等），应查找原因并采取相应措施进行处理。如果精处理出口的氢电导率大于0.10 μS/cm，省煤器入口给水的氢电导率大于0.15 μS/cm时，立即停止凝结水、给水加氧，提高精处理出口加氨量，控制除氧器入口电导率在5.5～8.5 μS/cm，提高给水的pH值至9.3～9.6，打开除氧器连续排气电动门，同时打开高压加热器向除氧器连续排气一、二次门，精处理出口和省煤器入口给水的氢电导率合格后，再恢复加氧处理工况。

3　给水加氧处理效果评价及存在问题

机组采用给水加氧处理技术改造后，2014-01-13开始进行给水加氧处理，2015年2月小修进行化学监督检查发现，蒸汽品质和给水品质都有明显的提高。

3.1水质和蒸汽品质指标

给水处理采用加氧方式后，由于热力系统形成的双层氧化保护膜使金属表面处于完全钝化状态，有效抑制了流动加速腐蚀 （flow acceralated corrosion，FAC）［4］，从表1、表2中对比可以看出，给水系统铁的浓度明显降低。从机组加氧运行1年中水汽报表来看，省煤器入口给水铁含量一直维持很低水平，满足GB/T 12145期望值小于3.0 μg/L要求，与国内同类加氧机组接近，说明给水系统流动加速腐蚀已经得到抑制，设备运行中腐蚀不是省煤器结垢量偏高的主要原因。

2015年2月小修对省煤器63排入口原始管割管检查根据炉管表面状态，如图2所示。

表2　机组2014年1月加氧运行以来的水汽指标统计

图2　省煤器63排入口原始管洗垢前后对比

根据图2进行分析，可以判断省煤器结垢量偏高主要由停用腐蚀造成。另外随着水汽系统的循环，加热器疏水系统的氧浓度得到上升，水相金属表面生成氧化保护膜，使疏水系统也得到保护。用水汽系统铁的原子吸收分光光度法查定试验结果表明，加氧处理机组水汽系统取样点含铁量远小于AVT方式处理的含量，比标准降低了80%。

3.2精处理的运行周期及系统加药量

凝结水精处理系统的制水量明显增加，精处理的再生次数明显减少，再生酸碱用量及水耗节约效果显著。由于给水加氧技术（OT）工况下pH值维持在8.0～9.59，较全挥发处理AVT工况的9.2～9.6明显降低，精处理出口的加氨量由约1 000 μg/L降低至300 μg/L，氨水消耗量大大减少。精处理混床再生周期由每周1次延长为半个月1次。

3.3锅炉的结垢率

机组2013年12月锅炉酸洗后投运，2014-01-13开始实施给水加氧处理，至2015年2月小修对省煤器、水冷壁割管检查，如图3所示。

图3　水冷壁原始管第11根管向火侧洗垢前后对比

经过分析，其中省煤器（原始管）结垢量92 g/m2，省煤器（监视管）结垢量91 g/m2；水冷壁（原始管）结垢量向火侧116 g/m2；水冷壁（监视管）结垢量向火侧93 g/m2。以监视管作为评判标准，按本周期机组运行14个月计算，则省煤器结垢速率78.9 g/（m2·a），水冷壁结垢速率79.8 g/（m2·a），根据DL/T 1115—2009评价标准，结垢速率由原来的二类基本可达到一类水平。但相比其他同类机组，锅炉受热面尤其是省煤器结垢量还稍有偏高一些。

3.4汽轮机沉积率

汽轮机高压缸叶片局部最高积盐量5.12 mg/cm2，沉积率 3.60 mg/（cm2·a），加氧前为最高积盐量45 mg/cm2，沉积率 54 mg/（cm2·a），根据 DL/T 1115—2009评价标准，积盐量平均由三类升为二类，每年约减少系统铁沉积132 kg，腐蚀评价为一类。

汽轮机高压缸第9级动叶片沉积物以易溶的羟磷酸铝钠Na4［Al（PO4）2（OH）］为主、铜铁矿CuFeO2、黑铜矿CuO次之，还有少量磷酸钙Ca2（PO4）2、铬铜矿CuCrO2；2013年9月机组大修高压缸6、7、8、9级沉积物也是以磷、钠、铁、铜、铝的化合物为主要成分。磷的含量较高主要为基建期间炉前系统碱洗带入磷酸盐，1个大修周期后其含量仍然较高。钠及铁主要为系统带入，符合高压级盐类沉积规律。虽然本机组为无铜系统，但一些低压管道等管材仍含有一定量的铜，被带入汽轮机叶片沉积下来。新设备出厂涂刷的防腐材料中含铝，会给系统带来铝。

3.5停运保护保养及启动冲洗措施

2013-11-15锅炉酸洗完成后，至2013-11-26锅炉上水冲洗，2013-12-07才正式并网发电，期间停备用时间较长，且锅炉经历几次反复启、停操作。锅炉酸洗后已经失去氧化膜的保护作用，因此这期间锅炉会产生明显锈蚀。从冷热态冲洗时间长，冲洗水铁含量长时间不达标也说明了省煤器停用期间锈蚀较严重。

干法停炉保养优先推荐采用加氨提高pH值和热炉放水的保护方法。停运前2 h提高给水pH值至9.6～10.0；在锅炉压力为1.0～2.4 MPa（在锅炉允许温度下降速率范围内，尽量提高放水压力）完成带压放水，放水干净后关闭锅炉侧所有疏水及放空门。停炉后可考虑利用凝汽器抽真空设备，通过高低旁，使炉本体建立真空，将炉本体内的残余湿蒸汽抽干，一般炉本体建立真空后需维持6 h左右。在实施过程中，停炉后过热器、再热器立式管段存在积水现象，应采取抽真空控制措施。

加强机组启动冲洗。应严格按规程进行冷、热态分段冲洗，严格遵循前段不污染后段的原则；凝泵向除氧器上水时，即投运精处理设备，并加氨调整pH 至9.4～9.6，严格遵守点火给水标准和并网蒸汽标准。疏水回收要按照给水水质标准控制。

机组大修时，相关系统要清理彻底，包括凝汽器汽侧、除氧器、高低加及各联箱、水室等进行彻底清理工作，减少杂质的溶解含量。

3.6加氧量控制

百万千瓦级机组AGC模式运行时负荷波动频率高，负荷波动时氧量也随之波动，手动加氧很难维持平衡的溶氧值。且气体的可压缩比较大，氧气在管道中被压缩或者被放空，即使在负荷稳定、加氧流量稳定时也会产生振荡。加氧量低时，阀门和流量计可调幅度约1%，手调难以精确控制。按照30 μg/L的目标值控制时，按给水流量3000t/h计算，加氧流量为38mL/min，在降低加氧量且机组低负荷时，加氧流量会小于10mL/min，是流量计量程（0～1000mL/min）的1%，不仅无法观察判断流量，手调精度也很难达到，运行人员凭经验调整加氧量，容易出现调整不当的情况。

统计2014-02-10至2015-02-09给水溶氧超标数据，其中超过给水溶氧标准上限60 μg/L有14 164次，超过期望值40 μg/L有46 706次。调研了其他同类电厂，采用自动加氧装置可以使给水溶氧保持非常稳定的数值，消除氧量波动和超标现象并方便运行控制，工作量大大减少［5］。

现有加氧点在精处理出口和汽动前置给水泵进口两点，其中给水加氧点从加氧装置出口一根母管分别接两台气动泵和1台电动泵的进口，由于背压、管道布置造成的阻力不同等原因，建议将加氧的管路改为一对一，即每台汽泵进口的加氧单独从加氧装置接口。

3.7高温氧化

过热器和再热器管材情况一样，外三圈是HR3C，内圈的入口段弯头以上部分是TP347HFG，焊口以下是SP304H。按高温过热器磁通量1 500 Wb（约堵管1/3），高温再热器磁通量5 500 Wb为割管条件，本次割管高温过热器516支，高温再热器235支。高温过热器割管如图4所示，高温再热器割管图5所示，存在氧化皮脱落情况，经分析与给水加氧不当有一定关系。

金属的高温氧化程度主要取决于金属材料和其是否长期处于氧化增速的温度区域，不同材料的抗高温氧化的性能有很大的差异。加氧运行的时间不长，对加氧后蒸汽中的氢气量变化现象没有关注。建议安装在线水中氢表，监测屏式过热器出口氢气值，末级过热器出口氢气值，监测过热器和再热器的高温氧化情况。

图4　高温过热器31-2管内壁氧化层（放大500倍）

图5　高温再热器24-4管内壁氧化层（放大200倍）

4　结语

机组采用加氧处理后，通过化验发现水汽系统各采样点的含铁量降至标准值的80%，流动加速腐蚀得到抑制，锅炉结垢速率由二类降到一类水平，汽轮机沉积率由三类降到二类，精处理混床再生周期由每周1次延长为半个月1次，pH值降低到原来水平以下，出水水质得到明显改善。

［1］田文华.电力系统化学与环保试验［M］.北京：中国电力出版社，2008.

［2］徐洪.超临界火电机组的金属腐蚀特点和沉积规律［J］.动力工程，2009，29（3）：210-217.

［3］艾志虎，刘定平.超临界锅炉给水加氧的关键问题［J］.发电技术，2011，44（3）：52-55.

［4］李克刚.超临界直流锅炉给水加氧处理技术探讨［J］.电力技术，2009，44（3）：52-55.

［5］黄校春，徐洪，赵春民.超超临界机组实施给水加氧可行性［J］.中国电力，2011，44（12）：51-54.

Application of Feedwater Oxygenation Treatment Technology for Ultra Supercritical Once-Through Boiler

QIU Yuangang，DING Cuilan
（Huadian Laizhou Power Generation Co.，Ltd.，Yantai 261441，China）

The design of feedwater oxygenation treatment is the all volatile treatment（AVT）for 1 000 MW ultra supercritical once-through boiler.After the unit operating，the thermal system is severely eroded because of the high dissolution rate of iron corrosion products and the flow accelerated corrosion.Aiming at the problem，feedwater treatment is transformed，steam quality and water quality are improved obviously using the feedwater oxygenation treatment technology.

ultra supercritical pressure once-through boiler；all volatile treatment；feedwater oxygenation treatment technology；effect evaluation

TK223.5

B

1007-9904（2016）01-0062-05

2015-10-28

邱元刚（1970），男，工程师，从事电力安全生产安全管理监督工作；

丁翠兰（1967），女，高级工程师，从事电力生产安全管理与化学监督工作。