超臨界機(jī)組給水加氧處理技術(shù)的應(yīng)用(河南三門(mén)峽)

1、超臨界機(jī)組給水加氧處理技術(shù)的應(yīng)用張雅麗大唐三門(mén)峽發(fā)電有限責(zé)任公司, 河南 三門(mén)峽 472143OXYGENATED FEED-WATER TREATMANT TECHNOLOGY AT THE SUPERCTRITICAL UNITS ZHANG Ya-li Datang Sanmenxia Power Generation Co., Ltd., Henan pro., Sanmenxia 472143, ChinaAbstract：The feed-water all volatile treatment (AVT) was applied to unit 3 in China Datang

2、 Sanmenxia Power Plant Co., Ltd. The unit was operated less than two years, the scale quantity of water-wall tubes was close to the limiting values of China Chemical Cleaning Standard, and it was considered that the main cause was due to flow-accelerated corrosion (FAC). After the feedwater oxygenat

3、ed treatment (OT) was applied to unit 3, compared the experimental results with the AVT, OT has the advantages of low deposition rate of boiler heating surface, long period of the chemical cleaning, long operation period of mixed bed, low auxiliary water ratio and chemical dosing quantity etc., and

4、the economy and security for the unit operation was obviously improved.Key words：Supercritical units, Feedwater oxygenated treatment, Corrosion, Steam-Water quality摘 要： 大唐三門(mén)峽發(fā)電有限責(zé)任公司#3直流爐機(jī)組給水采用還原性全揮發(fā)處理方式，由于存在流動(dòng)加速腐蝕，機(jī)組投運(yùn)不到兩年，水冷壁垢量已接近化學(xué)清洗標(biāo)準(zhǔn)。改用加氧處理技術(shù)后，試驗(yàn)結(jié)果與還原性全揮發(fā)處理方式相比較，具有鍋爐受熱面結(jié)垢速率低、化學(xué)清洗周期短、精處理混床運(yùn)行周期長(zhǎng)、

5、自用水率低以及化學(xué)加藥量小等優(yōu)點(diǎn)，提高了機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性。關(guān)鍵詞： 超臨界直流爐機(jī)組 加氧處理 腐蝕 汽水品質(zhì)1 前言大唐三門(mén)峽發(fā)電有限責(zé)任公司#3機(jī)組于2006年6月30日通過(guò)168試運(yùn)正式投產(chǎn)，其鍋爐為哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)的HG-1900/25.4-YM4型超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行直流爐，單爐膛、一次再熱、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)型鍋爐。機(jī)組自投運(yùn)以來(lái)給水一直采用除氧、加氨、加聯(lián)氨處理，即還原性全揮發(fā)AVT（R）方式1，凝汽器冷卻管為不銹鋼材質(zhì)，水汽系統(tǒng)屬無(wú)銅系統(tǒng)，凝結(jié)水100處理，爐內(nèi)加藥自動(dòng)控制，化學(xué)在線儀表投入率大于97，準(zhǔn)確率大于98，運(yùn)行正常。2008年三

6、月份3爐割管檢查發(fā)現(xiàn)水冷壁向火側(cè)垢量為187 g/m2，結(jié)垢速率達(dá)到107 g/m2a。機(jī)組運(yùn)行不到兩年，垢量已接近酸洗標(biāo)準(zhǔn)。造成鍋爐結(jié)垢速率高的原因如下：AVT（R）處理所形成的柱狀尖晶石結(jié)構(gòu)（四氧化三鐵形態(tài)）保護(hù)膜在純水中溶解度較高，對(duì)流體的阻力大，產(chǎn)生的沖刷劇烈，即微觀形態(tài)下的流動(dòng)加速腐蝕也更劇烈，使得進(jìn)入鍋爐給水腐蝕產(chǎn)物增加，沉積到鍋爐管內(nèi)進(jìn)而導(dǎo)致鍋爐結(jié)垢速率高。如果采用加氧處理（OT）方式，利用給水中溶解氧對(duì)金屬的鈍化作用，使金屬表面形成致密的保護(hù)性三氧化二鐵氧化膜保護(hù)膜，該保護(hù)膜在純水中溶解度極低，而且表面圓潤(rùn)光滑的三氧化二鐵晶體可以改善流體阻力，減緩流動(dòng)腐蝕，降低鍋爐結(jié)垢速率23

7、。因此決定對(duì)3機(jī)采用加氧處理方式。2 加氧前的準(zhǔn)備工作2.1 3鍋爐進(jìn)行化學(xué)清洗據(jù)DL/T805.12002火電廠汽水化學(xué)導(dǎo)則第1部分：直流鍋爐給水加氧處理3.2.4中規(guī)定，鍋爐水冷壁管內(nèi)的結(jié)垢量達(dá)到200 g/m2300 g/m2時(shí)，在給水采用加氧處理前宜進(jìn)行化學(xué)清洗4。由于3爐垢量已接近200 g/m2，2009年2月份利用3B檢修機(jī)會(huì)，對(duì)3爐的省煤器和水冷壁進(jìn)行化學(xué)清洗，聯(lián)合清洗除垢率98.43%，平均腐蝕速率1.67g/m2h，平均腐蝕總量16.7g/m2，清洗質(zhì)量符合DL/T794-2001火力發(fā)電廠鍋爐化學(xué)清洗導(dǎo)則的要求，達(dá)到優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)5。2.2 加氧處理設(shè)備改造2.2.1 原#3機(jī)

8、組配備的給水加氧設(shè)備的匯流排及相應(yīng)閥門(mén)為不銹鋼材質(zhì)，不符合GB50030-91氧氣站設(shè)計(jì)規(guī)范第9.0.2條氧氣管道管材的選用規(guī)定，要求壓力10MPa的氧氣管道應(yīng)該選用銅合金，遂將匯流排及上面的閥門(mén)更換為銅材質(zhì)產(chǎn)品。2.2.2 增加加氧自動(dòng)控制柜。由于氧氣氣源為16MPa以上的高壓氧氣瓶，運(yùn)行中氧氣的加入量必須隨系統(tǒng)的壓力和給水流量的變化而變化，如果單靠人工調(diào)整，不僅工作量大，而且無(wú)法保證系統(tǒng)中溶解氧量值穩(wěn)定地控制在DL/T912-2005超臨界火力發(fā)電機(jī)組水汽質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求的30g/L150g/L范圍，如果波動(dòng)過(guò)大，將影響爐管內(nèi)三氧化二鐵膜的質(zhì)量，達(dá)不到加氧處理的目的。因此增加了一套西安熱工研究

9、院有限公司生產(chǎn)的DY-5-鍋爐給水自動(dòng)加氧裝置，此裝置具有同時(shí)滿(mǎn)足精處理出口和給水泵入口兩點(diǎn)自動(dòng)加氧控制、水質(zhì)惡化自動(dòng)停止加氧、就地（下位機(jī)）和遠(yuǎn)程（上位機(jī)）自動(dòng)/手動(dòng)加氧、加氧電磁閥開(kāi)關(guān)狀態(tài)反饋、遠(yuǎn)程關(guān)閉加氧電磁閥等功能。2.3 給水加氧管道改造系統(tǒng)原設(shè)計(jì)加氧點(diǎn)有四點(diǎn)：精處理混床出口母管一點(diǎn)，除氧器三根下降管各一點(diǎn)，管徑為12。其中精處理混床出口母管加氧管道符合要求，但是除氧器出口加氧管道在加氧間就分為三根加氧管道，由于氣體的可壓縮性，加氧管道體積太大，當(dāng)加氧點(diǎn)壓力波動(dòng)時(shí)，會(huì)使系統(tǒng)氧含量產(chǎn)生相當(dāng)大的波動(dòng)，偏離30g/L150g/L范圍，因此進(jìn)行如下改造：在加氧間采用一根加氧管道，在就地加氧點(diǎn)

10、再分為三根。改造完畢后，用氮?dú)膺M(jìn)行匯流排和控制柜的耐壓和嚴(yán)密性試驗(yàn)，合格后備用。2.4 在線化學(xué)儀表校驗(yàn)在進(jìn)行給水加氧處理試驗(yàn)期間，為確保給水品質(zhì)，在加氧前對(duì)水汽系統(tǒng)所有在線儀表進(jìn)行校驗(yàn)，保證儀表連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，測(cè)量準(zhǔn)確。3機(jī)水汽監(jiān)測(cè)化學(xué)在線儀表配備如下：（1）凝結(jié)水泵出口：氫電導(dǎo)率、pH、鈉、溶解氧表；（2）除氧器入口：氫電導(dǎo)率、pH、溶解氧表；（3）省煤器入口：氫電導(dǎo)率、溶解氧、硅、pH表；（4）主蒸汽：氫電導(dǎo)率、溶解氧、硅、鈉表；（5）再熱蒸汽：氫電導(dǎo)率、鈉表；（6）精處理混床出口：電導(dǎo)率、硅、鈉表；（7）高加疏水：氫電導(dǎo)率、溶解氧表。2.5 AVT（R）處理方式水汽品質(zhì)查定試驗(yàn)2009年

11、4月1日4月3日，#3爐給水按AVT（R）處理方式運(yùn)行：控制低壓給水 pH：9.09.3，省煤器入口pH：9.39.5，聯(lián)氨含量3050g/L，進(jìn)行水汽品質(zhì)查定試驗(yàn)，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)蒸汽、給水、凝結(jié)水和精處理出口氫電導(dǎo)率、陰離子以及鐵含量，查定結(jié)果如下：（1）凝汽器嚴(yán)密無(wú)泄漏，凝結(jié)水溶解氧小于30g/L，在合格范圍內(nèi)。（2）凝結(jié)水精處理高速混床氫型方式運(yùn)行，出水正常，氯離子和鈉離子均小于0.5g/L。（3）給水氫電導(dǎo)率在0.07S/cm左右，接近理論純水值，給水水質(zhì)和機(jī)組運(yùn)行情況、材質(zhì)符合加氧要求。（4） 蒸汽含鐵量正常；給水鐵含量平均5.2g/L；高加疏水鐵含量平均2.6g/L，較高，說(shuō)明給水和疏水

12、系統(tǒng)存在流動(dòng)加速腐蝕問(wèn)題。（5）給水加氨量約為1000g/L。2.6 氧化性全揮發(fā)AVT（O）處理（只加氨，不加聯(lián)氨）時(shí)水汽品質(zhì)查定試驗(yàn)4月3日機(jī)組給水停止加聯(lián)氨，采用AVT（O）處理，二級(jí)加氨，即控制低壓給水 pH：9.09.3，省煤器入口給水pH：9.39.5；4月4日停止給水加氨，只在精處理出口一點(diǎn)加氨，加大精處理出口加氨量使精處理出口凝結(jié)水、除氧器入口和省煤器入口給水的pH控制在9.39.5。在上述條件下，至4月5日進(jìn)行AVT（O）處理水汽品質(zhì)查定試驗(yàn)，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)蒸汽、給水、凝結(jié)水和精處理出口水氫電導(dǎo)率、陰離子以及水汽系統(tǒng)鐵含量，結(jié)果如下：（1）蒸汽、凝結(jié)水和精處理出口水氫電導(dǎo)率、陰離子

13、、含鐵量基本無(wú)變化，給水和高加疏水含鐵量稍許降低，給水平均值為4.5g/L，高加疏水平均值為1.7g/L。 （2）在精處理出口一點(diǎn)加氨，可使整個(gè)熱力系統(tǒng)pH值都控制在較高范圍，有利于抑制從精處理出口至除氧器出口碳鋼的腐蝕。（3）雖然改為一點(diǎn)加氨，但省煤器入口的pH值仍維持9.39.5，因此系統(tǒng)加氨量不變，仍約為1000g/L。3 3爐給水加氧（OT）轉(zhuǎn)化試驗(yàn)3.1 給水加氧處理轉(zhuǎn)化及氧平衡試驗(yàn) 4月5日9:0010:00打開(kāi)3機(jī)精處理加氧就地一、二次閥門(mén)，打開(kāi)汽動(dòng)給水泵對(duì)應(yīng)除氧器下水管的加氧系統(tǒng)一、二次閥門(mén)，開(kāi)始向精處理出口和除氧器出口下水管加氧，手動(dòng)調(diào)整加氧量，維持初始加入氧量100g/L3

14、00g/L，開(kāi)始加氧轉(zhuǎn)化過(guò)程；4月7日11:30調(diào)整除氧器排氣門(mén)開(kāi)度至微開(kāi)，少量冒汽；4月15日11:00關(guān)閉#1#3高壓加熱器汽側(cè)運(yùn)行連續(xù)排氣一次門(mén)。加氧處理轉(zhuǎn)換過(guò)程如下：4月5日10:00開(kāi)始加氧，除氧器入口1h有氧，省煤器入口給水47h有氧，高加疏水10天后（4月15日15:30）有氧，冷再熱蒸汽11天后（4月16日9:00）有氧，過(guò)熱蒸汽 21天后（4月26日16:00)有氧。以上取樣點(diǎn)氧出現(xiàn)時(shí)間與熱力系統(tǒng)流程不符的原因是熱力系統(tǒng)氧化膜形成消耗氧，取樣管同樣消耗氧，主蒸汽取樣管為327.5二根（T91）合并，并且取樣流量有限，要消耗大量氧，實(shí)際上熱力系統(tǒng)氧化膜形成鈍化過(guò)程比以上時(shí)間要短

15、得多。3.2 給水pH調(diào)整試驗(yàn)3.2.1 給水pH值按9.39.5運(yùn)行#3機(jī)組開(kāi)始加氧轉(zhuǎn)化前，給水加氨為精處理出口一點(diǎn)加入，通過(guò)調(diào)整精處理出口加氨量控制給水的pH值。至4月17日9:00，加氧轉(zhuǎn)化試驗(yàn)平衡前，一直維持省煤器入口給水pH為9.39.5，監(jiān)測(cè)熱力系統(tǒng)水質(zhì)變化情況。3.2.2 給水pH值按8.59.0運(yùn)行4月17日9:004月24日11:00，降低精處理出口加氨量使精處理出口、除氧器入口和省煤器入口給水的pH值降低至8.59.0，監(jiān)測(cè)熱力系統(tǒng)水質(zhì)變化情況。3.3 氧含量調(diào)整試驗(yàn)4月24日4月29日控制給水pH：8.59.0，進(jìn)行不同負(fù)荷下維持除氧器入口和省煤器入口給水含氧量30150

16、g/L下精處理出口和除氧器出口的加氧量試驗(yàn)，同期調(diào)試自動(dòng)加氧控制裝置，精處理出口加氧量給定值為50g/L，除氧器出口加氧量給定值為70g/L，監(jiān)測(cè)熱力系統(tǒng)水質(zhì)變化情況。3.4 試驗(yàn)結(jié)果如下：3.4.1 #3機(jī)組加氧過(guò)程省煤器入口含鐵量大幅下降（見(jiàn)圖3-1）。圖3-1 省煤器入口鐵含量變化趨勢(shì)3.4.2 #3機(jī)組加氧過(guò)程高加疏水含鐵量明顯下降（見(jiàn)圖3-2）圖3-2 高加疏水鐵含量變化趨勢(shì)3.4.3加氧工況與其它工況相比，鐵含量均明顯下降（見(jiàn)圖3-3）圖3-3 #3機(jī)不同處理方式鐵含量3.4.4 制定出了3機(jī)組給水加氧處理控制標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)4月5日至4月29日加氧期間水質(zhì)調(diào)整試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合DL/T805

17、.12002火電廠汽水化學(xué)導(dǎo)則第1部分：直流鍋爐給水加氧處理和DL/T912-2005超臨界火力發(fā)電機(jī)組水汽質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)規(guī)定，制定出3機(jī)組給水加氧處理控制標(biāo)準(zhǔn)（見(jiàn)表3-1）：表3-1 3機(jī)組水汽控制標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)氫電導(dǎo)率（25C）mS/cm二氧化硅mg/L鐵mg/L溶解氧mg/L鈉mg/LpH值（25）凝泵出口標(biāo)準(zhǔn)值0.3015101005期望值0.201051002精處理出口（加氨、加氧后）標(biāo)準(zhǔn)值0.151053015038.509.00期望值0.10533015018.709.00除氧器入口標(biāo)準(zhǔn)值0.151510301508.509.00期望值0.12105301508.709.00省

18、煤器入口標(biāo)準(zhǔn)值0.1515103015058.509.00期望值0.121053010028.709.00主蒸汽標(biāo)準(zhǔn)值0.20155105期望值0.151032再熱蒸汽標(biāo)準(zhǔn)值0.201555期望值0.151032高加疏水標(biāo)準(zhǔn)值0.501010期望值0.3054 應(yīng)用效果 4.1 水汽質(zhì)量以下是2009年5月份3機(jī)采用OT工況和2008年5月份采用的水汽品質(zhì)（月平均值）對(duì)比（見(jiàn)表4-1）：表4-1 AVT（R）工況和OT工況下的汽水品質(zhì)對(duì)比監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目單位AVT（R）工況OT工況凝泵出口氫電導(dǎo)率（25）S/cm0.120.09溶解氧mg/L23.219.1全鐵mg/L4.51.2精處理出口（加

19、氨后）氫電導(dǎo)率（25）S/cm0.070.07pH值（25）9.38.8全鐵mg/L2.10.9省煤器入口pH值（25）9.48.8氫電導(dǎo)率（25）S/cm0.090.08溶解氧mg/L3.268全鐵mg/L6.61.0主蒸汽氫電導(dǎo)率（25）S/cm0.090.08溶解氧mg/kg2.164全鐵mg/kg2.01.1高加疏水氫電導(dǎo)率（25）S/cm0.450.25溶解氧mg/L34全鐵mg/L2.80.64.2 經(jīng)濟(jì)、安全效益分析:4.2.1 3機(jī)加氧一年所需的氧氣運(yùn)行費(fèi)用僅需0.5萬(wàn)元，加氧自動(dòng)裝置只需定期清掃，基本無(wú)維護(hù)費(fèi)用和工作量。4.2.2 除氧器排氧門(mén)基本全關(guān)，每小時(shí)按12噸的排汽量

20、計(jì)算，每年可節(jié)約除鹽水成本費(fèi)用約35萬(wàn)元。4.2.3 聯(lián)胺停加，氨水量降低至原來(lái)的四分之一，每年可節(jié)約聯(lián)胺費(fèi)用和氨水費(fèi)用約10萬(wàn)元；加聯(lián)氨設(shè)備停用，給水泵入口加氨設(shè)備停用，每年可節(jié)約設(shè)備維護(hù)費(fèi)用約3萬(wàn)元。4.2.4 精處理高速混床由原來(lái)每周再生一次延長(zhǎng)到一個(gè)月以上，每年可減少再生次數(shù)70余次，每次再生酸堿費(fèi)用以3000元計(jì)，每年可節(jié)約20多萬(wàn)元；每次自用水以200噸計(jì)算，每年可節(jié)約14000噸除鹽水，若每噸除鹽水成本以按20元計(jì)算，每年可節(jié)約制水費(fèi)用28萬(wàn)元，同時(shí)降低了運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。4.2.5 加氧工況運(yùn)行穩(wěn)定，水質(zhì)良好，有效抑制了鍋爐的結(jié)垢、腐蝕速率，提高了鍋爐的熱效率，可將酸洗年限延長(zhǎng)到十年左右。4.2.6 聯(lián)胺（劇毒藥劑，致癌）停用，減少了一個(gè)安全隱患；有強(qiáng)烈刺鼻氣味的氨水使用量的減少，大大改善了值班員的工作環(huán)境。 5 結(jié)論 給水加氧處理主要是通過(guò)向弱堿性水中加入氧氣，促使金屬表面生成更加致密、溶出率更低的保護(hù)性氧化膜，整個(gè)系統(tǒng)的含鐵量將會(huì)穩(wěn)定在一個(gè)更很低的水平，通過(guò)在#3爐上的實(shí)際應(yīng)用，證明