超临界机组给水加氧处理技术的应用(河南三门峡)

超临界机组给水加氧处理技术的应用张雅丽大唐三门峡发电有限责任公司,河南三门峡472143OXYGENATEDFEED-WATERTREATMANTTECHNOLOGYATTHESUPERCTRITICALUNITSZHANGYa-liDatangSanmenxiaPowerGenerationCo.,Ltd.,Henanpro.,Sanmenxia472143,ChinaAbstract：Thefeed-waterallvolatiletreatment(AVT)wasappliedtounit3inChinaDatangSanmenxiaPowerPlantCo.,Ltd.Theunitwasoperatedlessthantwoyears,thescalequantityofwater-walltubeswasclosetothelimitingvaluesofChinaChemicalCleaningStandard,anditwasconsideredthatthemaincausewasduetoflow-acceleratedcorrosion(FAC).Afterthefeedwateroxygenatedtreatment(OT)wasappliedtounit3,comparedtheexperimentalresultswiththeAVT,OThastheadvantagesoflowdepositionrateofboilerheatingsurface,longperiodofthechemicalcleaning,longoperationperiodofmixedbed,lowauxiliarywaterratioandchemicaldosingquantityetc.,andtheeconomyandsecurityfortheunitoperationwasobviouslyimproved.Keywords：Supercriticalunits,Feedwateroxygenatedtreatment,Corrosion,Steam-Waterquality摘要：大唐三门峡发电有限责任公司#3机组给水采用还原性全挥发处理方式，由于存在流动加速腐蚀，机组投运不到两年，水冷壁垢量已接近化学清洗标准。改用加氧处理技术后，试验结果与还原性全挥发处理方式相比较，具有锅炉受热面结垢速率低、化学清洗周期短、精处理混床运行周期长、自用水率低以及化学加药量小等优点，提高了机组运行的经济性和安全性。关键词：超临界机组加氧处理腐蚀汽水品质1前言大唐三门峡发电有限责任公司#3机组于2006年6月30日通过168试运正式投产，其锅炉为哈尔滨锅炉厂生产的HG-1900/25.4-YM4型超临界参数变压运行直流炉，单炉膛、一次再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Π型锅炉。机组自投运以来给水一直采用除氧、加氨、加联氨处理，即还原性全挥发AVT（R）方式［1］，凝汽器冷却管为不锈钢材质，水汽系统属无铜系统，凝结水100％处理，炉内加药自动控制，化学在线仪表投入率大于97％，准确率大于98％，运行正常。2008年三月份＃3炉割管检查发现水冷壁向火侧垢量为187g/m2，结垢速率达到107g/m2•a。机组运行不到两年，垢量已接近酸洗标准。造成锅炉结垢速率高的原因如下：AVT（R）处理所形成的柱状尖晶石结构（四氧化三铁形态）保护膜在纯水中溶解度较高，对流体的阻力大，产生的冲刷剧烈，即微观形态下的流动加速腐蚀也更剧烈，使得进入锅炉给水腐蚀产物增加，沉积到锅炉管内进而导致锅炉结垢速率高。如果采用加氧处理（OT）方式，利用给水中溶解氧对金属的钝化作用，使金属表面形成致密的保护性三氧化二铁保护膜，该保护膜在纯水中溶解度极低，而且表面圆润光滑的三氧化二铁晶体可以改善流体阻力，减缓流动腐蚀，降低锅炉结垢速率［2］［3］。因此决定对＃3机采用加氧处理方式。2加氧前的准备工作2.1＃3锅炉进行化学清洗据DL/T805.1－2002《火电厂汽水化学导则第1部分：直流锅炉给水加氧处理》3.2.4中规定，锅炉水冷壁管内的结垢量达到200g/m2～300g/m2时，在给水采用加氧处理前宜进行化学清洗［4］。由于＃3炉垢量已接近200g/m2，2009年2月份利用＃3B检修机会，对＃3炉的省煤器和水冷壁进行化学清洗，除垢率98.43%，平均腐蚀速率1.67g/m2·h，平均腐蚀总量16.7g/m2，清洗质量符合DL/T794-2001《火力发电厂锅炉化学清洗导则》的要求，达到优良标准［5］。2.2加氧处理设备改造2.2.1原#3机组配备的给水加氧设备的汇流排及相应阀门为不锈钢材质，不符合GB50030-91《氧气站设计规范》第9.0.2条氧气管道管材的选用规定，要求压力≥10MPa的氧气管道应该选用铜合金，遂将汇流排及上面的阀门更换为铜材质产品。2.2.2增加加氧自动控制柜。由于氧气气源为16MPa以上的高压氧气瓶，运行中氧气的加入量必须随系统的压力和给水流量的变化而变化，如果单靠人工调整，不仅工作量大，而且无法保证系统中溶解氧量值稳定地控制在DL/T912-2005《超临界火力发电机组水汽质量标准》要求的30μg/L～150μg/L范围，如果波动过大，将影响炉管内三氧化二铁膜的质量，达不到加氧处理的目的。因此增加了一套西安热工研究院有限公司生产的DY-5-Ⅲ锅炉给水自动加氧装置，此装置具有同时满足精处理出口和给水泵入口两点自动加氧控制、水质恶化自动停止加氧、就地（下位机）和远程（上位机）自动/手动加氧、加氧电磁阀开关状态反馈、远程关闭加氧电磁阀等功能。2.3给水加氧管道改造系统原设计加氧点有四点：精处理混床出口母管一点，除氧器三根下降管各一点，管径为φ12。其中精处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间就分为三根加氧管道，由于气体的可压缩性，加氧管道体积太大，当加氧点压力波动时，会使系统氧含量产生相当大的波动，偏离30μg/L～150μg/L范围，因此进行如下改造：在加氧间采用一根加氧管道，在就地加氧点再分为三根。改造完毕后，用氮气进行汇流排和控制柜的耐压和严密性试验，合格后备用。2.4在线化学仪表校验在进行给水加氧处理试验期间，为确保给水品质，在加氧前对水汽系统所有在线仪表进行校验，保证仪表连续稳定运行，测量准确。＃3机水汽监测化学在线仪表配备如下：（1）凝结水泵出口：氢电导率、pH、钠、溶解氧表；（2）除氧器入口：氢电导率、pH、溶解氧表；（3）省煤器入口：氢电导率、溶解氧、硅、pH表；（4）主蒸汽：氢电导率、溶解氧、硅、钠表；（5）再热蒸汽：氢电导率、钠表；（6）精处理混床出口：电导率、硅、钠表；（7）高加疏水：氢电导率、溶解氧表。2.5AVT（R）处理方式水汽品质查定试验2009年4月1日～4月3日，#3炉给水按AVT（R）处理方式运行：控制低压给水pH：9.0～9.3，省煤器入口pH：9.3～9.5，联氨含量30～50μg/L，进行水汽品质查定试验，重点监测蒸汽、给水、凝结水和精处理出口氢电导率、阴离子以及铁含量，查定结果如下：（1）凝汽器严密无泄漏，凝结水溶解氧小于30μg/L，在合格范围内。（2）凝结水精处理高速混床氢型方式运行，出水正常，氯离子和钠离子均小于0.5μg/L。（3）给水氢电导率在0.07μS/cm左右，接近理论纯水值，给水水质和机组运行情况、材质符合加氧要求。（4）蒸汽含铁量正常；给水铁含量平均5.2μg/L；高加疏水铁含量平均2.6μg/L，较高，说明给水和疏水系统存在流动加速腐蚀问题。（5）给水加氨量约为1000µg/L。2.6氧化性全挥发AVT（O）处理（只加氨，不加联氨）时水汽品质查定试验4月3日机组给水停止加联氨，采用AVT（O）处理，二级加氨，即控制低压给水pH：9.0～9.3，省煤器入口给水pH：9.3～9.5；4月4日停止给水加氨，只在精处理出口一点加氨，加大精处理出口加氨量使精处理出口凝结水、除氧器入口和省煤器入口给水的pH控制在9.3～9.5。在上述条件下，至4月5日进行AVT（O）处理水汽品质查定试验，重点监测蒸汽、给水、凝结水和精处理出口水氢电导率、阴离子以及水汽系统铁含量，结果如下：（1）蒸汽、凝结水和精处理出口水氢电导率、阴离子、含铁量基本无变化，给水和高加疏水含铁量稍许降低，给水平均值为4.5μg/L，高加疏水平均值为1.7μg/L。（2）在精处理出口一点加氨，可使整个热力系统pH值都控制在较高范围，有利于抑制从精处理出口至除氧器出口碳钢的腐蚀。（3）虽然改为一点加氨，但省煤器入口的pH值仍维持9.3～9.5，因此系统加氨量不变，仍约为1000µg/L。3＃3炉给水加氧（OT）转化试验3.1给水加氧处理转化及氧平衡试验4月5日9:00～10:00开始向精处理出口和除氧器出口下水管加氧，手动调整加氧量，维持初始加入氧量100μg/L～300μg/L，开始加氧转化过程；4月7日11:30调整除氧器排气门开度至微开，少量冒汽；4月15日11:00关闭#1~#3高压加热器汽侧运行连续排气一次门。加氧处理转换过程如下：4月5日10:00开始加氧，除氧器入口1h有氧，省煤器入口给水47h有氧，高加疏水10天后（4月15日15:30）有氧，冷再热蒸汽11天后（4月16日9:00）有氧，过热蒸汽21天后（4月26日16:00)有氧。以上取样点氧出现时间与热力系统流程不符的原因是热力系统氧化膜形成消耗氧，取样管同样消耗氧，主蒸汽取样管为φ32×7.5二根（T91）合并，并且取样流量有限，要消耗大量氧，实际上热力系统氧化膜形成钝化过程比以上时间要短得多。3.2给水pH调整试验3.2.1给水pH值按9.3～9.5运行#3机组开始加氧转化前，给水加氨为精处理出口一点加入，通过调整精处理出口加氨量控制给水的pH值。至4月17日9:00，加氧转化试验平衡前，一直维持省煤器入口给水pH为9.3~9.5，监测热力系统水质变化情况。3.2.2给水pH值按8.5～9.0运行4月17日9:00～4月24日11:00，降低精处理出口加氨量使精处理出口、除氧器入口和省煤器入口给水的pH值降低至8.5～9.0，监测热力系统水质变化情况。3.3氧含量调整试验4月24日～4月29日控制给水pH：8.5~9.0，进行不同负荷下维持除氧器入口和省煤器入口给水含氧量30~150μg/L下精处理出口和除氧器出口的加氧量试验，同期调试自动加氧控制装置，精处理出口加氧量给定值为50μg/L，除氧器出口加氧量给定值为70μg/L，监测热力系统水质变化情况。3.4试验结果如下：3.4.1#3机组加氧过程省煤器入口含铁量大幅下降（见图3-1）。3.4.2#3机组加氧过程高加疏水含铁量明显下降（见图3-2）0.02.04.06.08.010.04-14-24-34-44-54-64-74-94-114-134-154-164-174-184-194-204-214-224-23铁含量μg/L...开始加氧0.01.02.03.04.05.04-14-24-34-44-54-64-74-94-114-134-154-164-174-184-194-204-214-224-23铁含量μg/L...开始加氧图3-1省煤器入口铁含量变化趋势图3-2高加疏水铁含量变化趋势3.4.3加氧工况与其它工况相比，铁含量均明显下降（见图3-3）3.4.4制定出了＃3机组给水加氧处理控制标准通过4月5日至4月29日加氧期间水质调整试验结果，结合DL/T805.1－2002《火电厂汽水化学导则第1部分：直流锅炉给水加氧处理》和DL/T912-2005《超临界火力发电机组水汽质量标准》中的相关规定，制定出＃3机组给水加氧处理控制标准（见表3-1）：表3-1＃3机组水汽控制标准监测点标准氢电导率（25ºC）S/cm二氧化硅g/L铁g/L溶解氧g/L钠g/LpH值（25℃）凝泵出口标准值0.30≤15≤10≤100