給水AVT(O)處理方式在600 MW超臨界直流爐機(jī)組中的應(yīng)用

張小霓，吳文龍，王琳，陳亮，李長(zhǎng)鳴，何俊峰

(1.河南電力試驗(yàn)研究院，鄭州市，450052;2.南陽(yáng)天益發(fā)電有限責(zé)任公司，河南省南陽(yáng)市，474671)

0 引言

河南某600 MW超臨界直流爐機(jī)組于2008年4月投產(chǎn)運(yùn)行。該機(jī)組為凝汽式機(jī)組，其給水處理采用還原性全揮發(fā)處理(all volatile treatment(reduction)，AVT(R))方式。機(jī)組運(yùn)行期間，汽水系統(tǒng)鐵含量合格率較低，總體呈降低趨勢(shì)，但數(shù)值普遍高于GB/T 12145—2008《火力發(fā)電機(jī)組及蒸汽動(dòng)力設(shè)備水汽質(zhì)量》［1］中規(guī)定的鐵的標(biāo)準(zhǔn)值小于5 μg/L，期望值小于3 μg/L的規(guī)定。至2011年4月，該機(jī)組在600 MW工況運(yùn)行時(shí)，頻繁出現(xiàn)給水閉鎖限制情況，汽動(dòng)給水泵轉(zhuǎn)速上升至5 850 r/min，已無(wú)余量，負(fù)荷經(jīng)常下滑至590 MW。投產(chǎn)至2011年4月，汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)壓力增加了近2 MPa，爐側(cè)壓力增加約2.6 MPa。由于汽水品質(zhì)鐵含量長(zhǎng)期超標(biāo)，已經(jīng)影響機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行，直接威脅機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。從該電廠同類機(jī)組2011年首次大修檢查情況看，水冷壁、省煤器、汽輪機(jī)葉片沉積率和積鹽率都很高。其中，鐵氧化物占水冷壁、省煤器沉積物成份的95%以上，同時(shí)也是汽輪機(jī)葉片的主要積鹽成份，以不同比例分布于高、中、低壓缸葉片［2］。

該機(jī)組上述運(yùn)行狀況是超臨界直流爐機(jī)組的一個(gè)典型例子。為抑制和緩和該機(jī)組運(yùn)行情況繼續(xù)惡化，將機(jī)組給水處理由AVT(R)方式改為氧化性全揮發(fā)處理(all volatile treatment(oxidation)，AVT(O))方式，以降低機(jī)組受熱面的沉積率。

1 給水處理方式的選擇

1.1 給水處理方式的種類

DL/T 805.4—2004《火電廠汽水化學(xué)導(dǎo)則第4部分:鍋爐給水處理》［3］給出了3種鍋爐給水處理方式。(1)AVT(R)方式:凝結(jié)水、給水加氨和除氧劑(通常為聯(lián)氨)的還原性處理方式。(2)AVT(O)方式:鍋爐凝結(jié)水、給水只加氨的處理方式。(3)加氧處理(oxygenated treatment，OT)方式:鍋爐給水加氧處理方式。

1.2 機(jī)組狀況和給水處理方式的選擇

該機(jī)組給水處理采用AVT(R)方式，由于鐵含量長(zhǎng)期超標(biāo)，精處理運(yùn)行周期過短，采用氨型處理方式。機(jī)組自投產(chǎn)以來(lái)汽水鐵含量見圖1。

圖1 汽水鐵含量統(tǒng)計(jì)Fig.1 Iron content of steam and water

從圖1可以看出，鐵含量整體呈降低趨勢(shì)，但普遍高于文獻(xiàn)［1］中規(guī)定的鐵的標(biāo)準(zhǔn)值小于5 μg/L的要求。

美國(guó)電力研究協(xié)會(huì)(Electric Power Research Institute，EPRI)的加氧導(dǎo)則［4］中明確指出，OT 方式可使給水的流動(dòng)加速腐蝕(flow-accelerated corrosion，F(xiàn)AC)現(xiàn)象減輕或消除，給水含鐵量降低。AVT(O)方式在國(guó)內(nèi)機(jī)組的應(yīng)用中也取得了較好的效果［5-7］。可見，氧化處理是改善汽水品質(zhì)中鐵含量的途徑之一，也是機(jī)組給水處理方式的發(fā)展趨勢(shì)。將該機(jī)組采用的AVT(R)給水處理方式，改為AVT(O)或OT方式，是降低汽水鐵含量，緩解目前機(jī)組運(yùn)行狀況，延長(zhǎng)精處理運(yùn)行周期的有效途徑。根據(jù)該機(jī)組的運(yùn)行情況和該廠同類600 MW超臨界直流爐機(jī)組大修檢查情況［2］分析，機(jī)組運(yùn)行近3年，其水冷壁、省煤器、汽輪機(jī)葉片垢量較高，其中，水冷壁垢量很可能已經(jīng)達(dá)到酸洗垢量。根據(jù)DL/T 805.1—2002《直流鍋爐給水加氧處理》［8］中的要求，鍋爐水冷壁垢量達(dá)到200～300 g/m2時(shí)，采用OT運(yùn)行方式前應(yīng)進(jìn)行化學(xué)清洗。由于機(jī)組未停機(jī)未能進(jìn)行化學(xué)清洗。此外，雖然OT方式轉(zhuǎn)化周期短，效果較AVT(O)方式更明顯，但很可能會(huì)在短期內(nèi)剝落金屬表面疏松的Fe3O4，存在一定風(fēng)險(xiǎn)。AVT(O)方式雖然轉(zhuǎn)化周期長(zhǎng)，但與OT方式相比相對(duì)安全。經(jīng)綜合考慮，決定將給水處理方式由AVT(R)改變?yōu)锳VT(O)方式。

2 AVT(O)方式工況控制

2.1 精處理運(yùn)行方式

精處理氨化運(yùn)行雖然能夠延長(zhǎng)運(yùn)行周期，但氨化運(yùn)行的除鹽效果遠(yuǎn)不及氫型運(yùn)行方式，加之AVT(R)方式會(huì)使系統(tǒng)鐵含量偏高。改為AVT(O)方式后，精處理運(yùn)行周期由氨化運(yùn)行轉(zhuǎn)為氫型運(yùn)行，并保證氫電導(dǎo)率小于0.15 μS/cm。

2.2 加氨量的控制

原設(shè)計(jì)采用測(cè)量pH值來(lái)監(jiān)控加氨量。但超純水的電阻很大，幾乎是一個(gè)絕緣體，測(cè)定高純水的pH值受到溫度補(bǔ)償、測(cè)量校正誤差的影響，準(zhǔn)確測(cè)定比較困難，致使監(jiān)控加氨量存在一定誤差。相對(duì)而言，超純水的電導(dǎo)率是比較容易準(zhǔn)確測(cè)量的項(xiàng)目［9-10］。根據(jù)氨和水的電離常數(shù)，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的加氨量和電導(dǎo)率關(guān)系的程序，用監(jiān)測(cè)電導(dǎo)率來(lái)控制加氨量，確保轉(zhuǎn)化期間給水加氨的準(zhǔn)確性。

2.3 溶解氧的控制

AVT(O)方式轉(zhuǎn)化期間，利用凝汽器系統(tǒng)自身的溶解氧進(jìn)行轉(zhuǎn)化，并徹底關(guān)閉除氧器排氧門。在轉(zhuǎn)化期間，凝結(jié)泵入口的溶解氧為7～10 μg/L。

2.4 鐵含量測(cè)定方法的改進(jìn)

水汽鐵含量是直接評(píng)價(jià)系統(tǒng)防腐效果的化學(xué)監(jiān)測(cè)指標(biāo)，是AVT(O)方式轉(zhuǎn)化期間評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)化效果的重要化學(xué)監(jiān)督參數(shù)。鄰菲啰啉(1，10-Phenanthroline)分光光度法是GB/T 14427—1993《鍋爐用水和冷卻水分析方法:鐵的測(cè)定》［11］提供的普遍應(yīng)用的傳統(tǒng)方法。隨著機(jī)組容量的增大、對(duì)鐵含量的要求越來(lái)越高和分析檢測(cè)方法的改進(jìn)，GB/T 14427—2008《鍋爐用水和冷卻水分析方法:鐵的測(cè)定》［12］要求使用石墨爐原子吸收方法作為鐵的分析檢測(cè)方法。由于石墨爐原子吸收儀器價(jià)格昂貴，操作、維護(hù)復(fù)雜，大部分發(fā)電企業(yè)仍選擇用分光光度法測(cè)定鐵含量，但是如果鐵含量低于5 μg/L，該法的靈敏度、精度、可靠性、重現(xiàn)性均顯著下降。采用自動(dòng)蒸發(fā)濃縮裝置［13］，將水樣濃縮10倍，采用鄰菲啰啉分光光度法分析鐵含量，以實(shí)現(xiàn)水汽痕量鐵的準(zhǔn)確、可靠測(cè)定，為保證可靠評(píng)價(jià)AVT(O)方式的處理效果提供依據(jù)。

3 AVT(O)方式處理效果

AVT(O)方式轉(zhuǎn)化期間，每日測(cè)定鐵含量3～5次。省煤器入口鐵含量見圖2。

圖2 省煤器入口鐵含量Fig.2 Iron content at economizer inlet

由圖2可以看出，轉(zhuǎn)化初期，鐵含量有波動(dòng)，隨著轉(zhuǎn)化時(shí)間的增加，波動(dòng)減小，鐵含量基本穩(wěn)定在3 μg/L以下。由于該機(jī)組熱力系統(tǒng)垢量較大，給水含鐵量測(cè)定值的波動(dòng)，源于轉(zhuǎn)化中金屬表面疏松的鐵沉積物被氧化后剝落，微小的鐵顆粒帶入汽水取樣系統(tǒng)。這種現(xiàn)象是正常的，是轉(zhuǎn)化時(shí)必然經(jīng)歷的過程。

轉(zhuǎn)化穩(wěn)定后(自2011年8月9日至9月1日)統(tǒng)計(jì)鐵含量值，根據(jù)GB/T 12145—2008要求的期望值小于3 μg/L和標(biāo)準(zhǔn)值小于5 μg/L，劃分為3個(gè)區(qū)域，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，在穩(wěn)定期間，鐵含量小于3 μg/L的數(shù)據(jù)占了82.76%，說(shuō)明情況已經(jīng)得到明顯好轉(zhuǎn)。隨著AVT(O)方式轉(zhuǎn)化的繼續(xù)進(jìn)行，鐵含量仍會(huì)逐漸減低。

圖3 穩(wěn)定期間不同鐵含量所占百分比Fig.3 Proportion of iron content in steady state

4 效益

(1)AVT(O)方式在該機(jī)組的應(yīng)用，明顯降低了熱力系統(tǒng)鐵含量，經(jīng)過近2個(gè)月的轉(zhuǎn)化，大部分水汽鐵含量已經(jīng)小于3 μg/L，提高了機(jī)組的防腐蝕水平和安全運(yùn)行水平。

(2)由于汽水品質(zhì)的改善，給水泵和汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)壓差在轉(zhuǎn)化期間無(wú)明顯升高，可以初步判斷水冷壁、省煤器、汽輪機(jī)葉片垢量和積鹽無(wú)明顯增加，沉積速率和積鹽速率明顯降低，可降低機(jī)組運(yùn)行能耗。雖然這些效果的直接經(jīng)濟(jì)效益還難以量化，但是機(jī)組腐蝕、沉積、積鹽情況已經(jīng)得到有效緩解。

(3)AVT(O)方式的應(yīng)用，取消了聯(lián)氨這種可疑致癌物質(zhì)的使用;關(guān)閉了除氧器排氣門，節(jié)能顯著。

(4)自動(dòng)蒸發(fā)濃縮裝置［13］的使用，保證了鄰菲啰啉分光光度法測(cè)定的準(zhǔn)確性，可節(jié)省設(shè)備購(gòu)置費(fèi)用。

5 結(jié)論

(1)機(jī)組給水處理采用AVT(O)方式后，系統(tǒng)鐵含量明顯降低，大部分?jǐn)?shù)據(jù)已經(jīng)達(dá)到了GB12145—2008中要求的鐵的期望值小于3 μg/L的規(guī)定，有效緩解了機(jī)組運(yùn)行惡化的狀況。

(2)實(shí)施AVT(O)方式期間，必須保證精處理氫型運(yùn)行方式，確保氫電導(dǎo)率小于0.15 μS/cm。

(3)建議采用電導(dǎo)率在線表控制加氨量。

(4)高沉積率超臨界直流爐機(jī)組在不具備OT方式給水處理?xiàng)l件時(shí)，可以考慮采用AVT(O)方式替代AVT(R)方式。

［1］GB 12145—2008火力發(fā)電機(jī)組及蒸汽動(dòng)力設(shè)備水汽質(zhì)量［S］.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

［2］張小霓，王琳，吳文龍，等.600 MW超臨界直流爐機(jī)組高沉積率分析及對(duì)策［J］.電力建設(shè)，2011，32(9):78-80.

［3］DL/T 805.4—2004火電廠汽水化學(xué)導(dǎo)則.第4部分:鍋爐給水處理［S］.北京:中國(guó)電力出版社，2004.

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