西安熱工院給水加氧調(diào)試(加氧技術(shù))課件

超臨界機(jī)組給水加氧處理西安熱工研究院有限公司二○一三年十一月胡振華一、前言

超臨界、超超臨界火電機(jī)組發(fā)電效率較高，具有顯著的節(jié)能和改善環(huán)境的效果，是目前我國(guó)火力發(fā)電的主力機(jī)型。從目前投運(yùn)的超（超）臨界機(jī)組停機(jī)檢查結(jié)果來(lái)看，由于水汽品質(zhì)控制不當(dāng)，鍋爐受熱面結(jié)垢速率高、汽輪機(jī)積鹽和腐蝕問(wèn)題在大多數(shù)超（超）臨界機(jī)組中普遍存在，已經(jīng)危害到機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。1、超臨界水的物理化學(xué)特性水的臨界壓力是22.1MPa，臨界溫度是347.15℃；在這個(gè)壓力和溫度時(shí)，水和蒸汽的密度是相同的，叫做水的臨界點(diǎn)。超臨界水與普通水在性質(zhì)上有很大的差異。包括：水的密度、介電常數(shù)、粘性、熱容、離子積以及許多物質(zhì)在水中溶解性等在超臨界態(tài)時(shí)都表現(xiàn)得很特殊，因而對(duì)發(fā)電機(jī)組設(shè)備的腐蝕與結(jié)垢產(chǎn)生影響。2、超臨界機(jī)組水質(zhì)控制的目的與手段

防止設(shè)備腐蝕（熱力系統(tǒng)）⑴pH值（給水加氨）⑵氫電導(dǎo)率（補(bǔ)給水處理、凝結(jié)水精處理）⑶溶解氧（熱力和化學(xué)除氧、給水加氧）防止鍋爐受熱面結(jié)垢降低鍋爐給水中腐蝕產(chǎn)物Fe的生成與遷移防止蒸汽系統(tǒng)、汽輪機(jī)積鹽與腐蝕⑴SiO2

、Na、Cl；（補(bǔ)給水處理、凝結(jié)水精處理）⑵腐蝕產(chǎn)物Fe

（給水優(yōu)化處理，降低Fe遷移）3、鍋爐補(bǔ)給水控制鍋爐補(bǔ)給水—補(bǔ)充機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)的水汽損失（如取樣、排污等）。補(bǔ)給水控制指標(biāo)，是指原水經(jīng)補(bǔ)給水系統(tǒng)處理后出水應(yīng)控制的指標(biāo)，主要為二氧化硅及電導(dǎo)率兩項(xiàng)。嚴(yán)格控制這兩項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)，對(duì)保證電廠整個(gè)水汽循環(huán)系統(tǒng)的水汽品質(zhì)，減少鍋爐及汽輪機(jī)的結(jié)垢、積鹽與腐蝕有著直接的影響。選擇二氧化硅作為補(bǔ)給水質(zhì)量控制指標(biāo)的原因：采用離子交換樹脂去除水中的離子時(shí)，以SiO32-最難除去。因而只要SiO32-含量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，其他陰離子在水中則更少，不至于對(duì)水質(zhì)產(chǎn)生什么影響。電導(dǎo)率指標(biāo)：指水中離子導(dǎo)電能力的大小，通常反映了水中含鹽量的多少。對(duì)同一種水，電導(dǎo)率越大，含鹽量就越多，水質(zhì)就越差；反之，則水質(zhì)就越好。4、爐內(nèi)水質(zhì)監(jiān)督項(xiàng)目(1)（1）pH值：用于提高金屬表面氧化膜穩(wěn)定性、防止腐蝕。（2）溶氧：影響金屬腐蝕的重要因素—氧腐蝕或鈍化。（3）電導(dǎo)率：電導(dǎo)率是反映水中含鹽量高低的指標(biāo)。在超臨界機(jī)組水汽中，通常反映氨含量，可用來(lái)間接控制pH值:pH=8.57+lgSC（4）氫電導(dǎo)率：表征水質(zhì)純度的重要指標(biāo)，是水中陰離子雜質(zhì)含量的綜合體現(xiàn)（常見的有Cl-、二氧化碳、有機(jī)酸等）。其危害在于破壞金屬氧化膜，加速腐蝕。4、爐內(nèi)水質(zhì)監(jiān)督項(xiàng)目(2)（5）氯、鈉離子。水汽中最常見，對(duì)水汽系統(tǒng)的腐蝕、汽輪機(jī)積鹽影響最大。（凝汽器泄漏、精處理混床排代泄漏）（6）二氧化硅。蒸汽攜帶能力強(qiáng)，可產(chǎn)生汽輪機(jī)積鹽。（補(bǔ)給水膠體硅，能穿透精處理系統(tǒng)）（7）腐蝕產(chǎn)物鐵、銅。表征熱力設(shè)備腐蝕情況，產(chǎn)生結(jié)垢→影響傳熱→導(dǎo)致垢下腐蝕、爆管。（腐蝕產(chǎn)物是影響現(xiàn)代高參數(shù)鍋爐安全運(yùn)行最主要的雜質(zhì)）5、超臨界機(jī)組常見循環(huán)水化學(xué)問(wèn)題（1）熱力系統(tǒng)系統(tǒng)普遍存在流動(dòng)加速腐蝕(FAC)問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)可造成設(shè)備腐蝕減薄最終導(dǎo)致泄漏事故。流動(dòng)加速腐蝕FAC：是指高速流動(dòng)純水中，金屬氧化膜發(fā)生溶解而產(chǎn)生的腐蝕現(xiàn)象；與流體形態(tài)（湍流）、流速、材質(zhì)和介質(zhì)條件(溫度、pH、溶解氧)等有關(guān)。給水采用傳統(tǒng)還原性全揮發(fā)處理（AVT(R)工況）時(shí)，爐前給水系統(tǒng)、疏水系統(tǒng)容易發(fā)生流動(dòng)流動(dòng)加速腐蝕。

FAC一般發(fā)生在120～220℃給水溫度范圍內(nèi)（除氧器、高加水側(cè)、給水管路等）；某機(jī)組高加盤式換熱管FAC典型流動(dòng)加速腐蝕典型流動(dòng)加速腐蝕120℃～

200℃汽液兩相流中（疏水系統(tǒng)、抽氣管路），F(xiàn)AC腐蝕較嚴(yán)重。疏水管路的FAC抽氣管路的FAC省煤器入口管進(jìn)入省煤器入口聯(lián)箱的管段高壓加熱器的管板和管段鍋爐給水泵周圍的管段除氧器殼體低壓加熱器的管板和管段加熱器疏水管段低壓加熱器殼體電廠水汽系統(tǒng)中發(fā)生FAC的部位爐前系統(tǒng)發(fā)生流動(dòng)加速腐蝕，腐蝕產(chǎn)物遷移、再沉積，帶來(lái)一系列結(jié)垢問(wèn)題：

溫度大于220℃時(shí)開始出現(xiàn)氧化鐵沉積，溫度越高，pH值越大，沉積越嚴(yán)重。（末級(jí)高加、省煤器、水冷壁）FAC腐蝕造成鍋爐給水鐵含量高，腐蝕產(chǎn)物遷移、再沉積，帶來(lái)一系列結(jié)垢問(wèn)題。

溫度大于220℃左右時(shí)開始出現(xiàn)氧化鐵沉積，溫度越高，pH值越大，沉積越嚴(yán)重。（末級(jí)高加、省煤器、水冷壁、汽輪機(jī)葉片）流動(dòng)加速腐蝕帶來(lái)的危害

某600MW超臨界機(jī)組省煤器沉積速率260g/(m2.a)某超臨界機(jī)組水冷壁管沉積速率200g/(m2.a)末級(jí)高加管口沉積氧化鐵沉積造成鍋爐受熱面結(jié)垢速率普遍偏高，影響鍋爐換熱效率，鍋爐酸洗周期短，超臨界機(jī)組一般在1～4年。氧化鐵沉積造成水冷壁節(jié)流孔頻繁堵塞爆管以及高加疏水調(diào)閥、減溫水調(diào)閥堵塞問(wèn)題。（在有縮孔變徑部位，例如節(jié)流孔、調(diào)節(jié)閥、濾網(wǎng)等，磁性氧化鐵會(huì)發(fā)生聚積。）流動(dòng)加速腐蝕帶來(lái)的危害

水冷壁節(jié)流孔堵塞

高加疏水調(diào)門結(jié)垢堵塞

給水泵濾網(wǎng)結(jié)垢堵塞結(jié)垢造成鍋爐壓差上升、受熱面換熱效率下降，制約發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性

。(受表面形態(tài)、垢量大小、垢樣成份的影響）腐蝕產(chǎn)物四氧化三鐵進(jìn)入水冷壁沉積后會(huì)形成波紋狀垢或晶粒粗大、疏松垢層，對(duì)管壁金屬溫度和壓力降產(chǎn)生顯著影響。流動(dòng)加速腐蝕帶來(lái)的危害腐蝕產(chǎn)物在汽輪機(jī)高壓缸葉片沉積，降低汽輪機(jī)效率。流動(dòng)加速腐蝕帶來(lái)的危害

AVT工況下，化學(xué)加氨量較大，凝結(jié)水精處理混床運(yùn)行周期短。（AVT工況下周期制水量8萬(wàn)噸左右、頻繁再生、酸堿耗高、自用水耗高、廢液排放等）超臨界機(jī)組普遍存在汽輪機(jī)高、中壓缸積鹽和低壓缸腐蝕問(wèn)題。超（超）臨界機(jī)組有關(guān)循環(huán)水化學(xué)問(wèn)題（2）1）水汽純度差是導(dǎo)致汽輪機(jī)沉積、腐蝕的根本原因。AVT工況下，pH值控制較高，精處理混床出水雜質(zhì)（氯離子和鈉離子）的平衡泄漏量也較高。凝結(jié)水精處理銨型運(yùn)行漏氯離子和鈉離子。凝汽器泄漏（海水），而沒有嚴(yán)格控制精處理運(yùn)行出水水質(zhì)。2）超臨界參數(shù)過(guò)熱蒸汽對(duì)鹽類的攜帶能力強(qiáng)（特別是氯化鈉、硅等），給水中微量鹽類進(jìn)入鍋爐后，都會(huì)被過(guò)熱蒸汽溶解攜帶進(jìn)入汽輪機(jī)，蒸汽做功后，壓力降低其溶解鹽類則沉積在汽輪機(jī)中、低壓缸，尤其是低壓缸相變區(qū)。汽輪機(jī)停機(jī)后，濕份進(jìn)入形成氯化鈉溶液引起葉片腐蝕。汽輪機(jī)沉積與腐蝕的原因

圖、主要蒸汽雜質(zhì)經(jīng)過(guò)超臨界機(jī)組汽輪機(jī)時(shí)的溶解度

給水中氯化鈉幾乎全部溶解超臨界過(guò)熱蒸汽中；GB/T12145-2008超臨界蒸汽鈉標(biāo)準(zhǔn)值小于3μg/kg，期望值小于1μg/kg。為防止超臨界機(jī)組汽輪機(jī)積鹽，蒸汽中鈉和Cl含量應(yīng)低于1μg/kg。解決超臨界機(jī)組循環(huán)水化學(xué)問(wèn)題的技術(shù)途徑給水加氧處理OT；能有效解決上述AVT工況下超（超）機(jī)組普遍存在一系列循環(huán)水化學(xué)問(wèn)題，是超（超）臨界機(jī)組給水處理工況的最佳優(yōu)化方式。去極化劑—強(qiáng)化陰離子的腐蝕作用鈍化劑—形成和修復(fù)保護(hù)性氧化膜取決于水的純度1、給水加氧的原理腐蝕性陰離子如Cl-、SO42-等在純水條件下，一般要求KH<0.15us/cm1）氧的兩重性

水中的雜質(zhì)特別是氯離子由于絡(luò)合作用而影響正常磁性氧化鐵保護(hù)膜的生成，從而加速腐蝕，反應(yīng)如下：

2Fe2++H2O+1/2O2+8Cl-——2[FeCl4]-+2OH-1、給水加氧原理

在流動(dòng)純水條件下，加入適量的氧使碳鋼表面形成一層均勻致密的保護(hù)膜，取代還原性工況下形成的疏松、多孔性磁性四氧化三鐵氧化膜，降低金屬腐蝕速率，達(dá)到抑制流動(dòng)加速腐蝕的效果。加氧原理圖AVT工況下，氧化層晶粒為典型Fe3O4晶粒，較粗大、有明顯切面，晶粒粒徑在8~10μm，對(duì)流體阻力較大。OT工況下，氧化層為細(xì)小和致密的Fe2O3晶粒，平均晶粒直徑2~3μm，有助于改善表面流態(tài)，降低系統(tǒng)阻力。兩種工況下，氧化膜結(jié)構(gòu)與形態(tài)對(duì)比有效抑制了熱力系統(tǒng)流動(dòng)加速腐蝕2、加氧處理的典型效果福建可門3號(hào)機(jī)組數(shù)據(jù)濾膜法測(cè)給水腐蝕產(chǎn)物含量對(duì)比A廠600MW機(jī)組給水AVT(O)工況A廠

3、4號(hào)機(jī)組給水OT2