高壓加熱器汽液相變區氧化處理技術在超超臨界發電機組上的應用

施國忠，劉春紅

（浙江浙能技術研究院有限公司，杭州 310003）

高壓加熱器汽液相變區氧化處理技術在超超臨界發電機組上的應用

施國忠，劉春紅

（浙江浙能技術研究院有限公司，杭州 310003）

傳統的給水加氧工藝由于存在過熱器氧化皮剝落風險，危及機組安全運行，而給水低氧處理工藝又無法徹底解決給水和汽液相變區流動加速腐蝕的問題。對超超臨界發電機組高壓加熱器汽液相變區采用氧化處理技術，實現精確、定點、定量加氧處理，成功解決了高壓加熱器汽液相變區的流動加速腐蝕問題，又避免了過熱器氧化皮剝落的風險，提高了機組的安全經濟性。高加汽液相變區進行氧化處理后，致密的Fe2O3氧化膜轉化速度快，高加疏水Fe濃度下降達85%，Fe濃度小于1 μg/L。

超超臨界機組；高壓加熱器；汽液相變區；氧化處理；腐蝕

0 引言

隨著火力發電機組系統工藝設計與設備制造技術日漸成熟，高參數、大容量的火電機組不斷投入，對熱力設備的材料、熱力循環系統蒸汽化學水工況提出了更高的要求，才能滿足高參數條件下機組材料和設備安全的需要。超超臨界機組傳統的AVT（給水系統全揮發處理）工況運行時[1]，FAC（流動加速腐蝕）問題嚴重[2]，熱力設備的腐蝕、結垢、鹽類沉積會對機組的經濟、安全和壽命造成損害[3]。

采用給水加氧工藝能解決給水系統的FAC問題，但傳統給水加氧工藝是在給水段加入過量的氧，消除給水側FAC外，讓過量氧氣通過過熱器進入高壓加熱器（簡稱高加）回熱系統消除汽液相變區FAC，但超超臨界機組過熱器因進氧容易發生氧化皮大量剝落導致機組停運，危及機組的安全[4-5]。為了避免氧化皮大量剝落，只能采用給水低氧處理，使高加汽液相變區無氧而無法消除該區域的FAC。

某660 MW超超臨界機組，鍋爐為超超臨界參數變壓運行螺旋管圈直流爐，單爐膛、一次中間再熱、采用四角切圓燃燒方式、平衡通風、固態排渣、全鋼懸吊∏型結構、露天布置燃煤鍋爐。自機組投運以來一直采用還原性工況運行，高加疏水調節閥堵塞頻繁，高加需經常撤出運行清理調節閥，清理后半個月內開度仍從65%增大到90%。機組檢修發現閥籠全部堵塞，如圖1所示，經分析堵塞物為磁性Fe3O4，為FAC產物[5-6]。鑒于存在著過熱器氧化皮剝落風險，采用傳統的給水加氧處理工藝或者單純的給水低氧處理方式，無法徹底解決給水和汽液相變區FAC問題。

圖1 高加疏水閥堵塞情況

1 高加汽液相變區氧化處理裝置簡介

基于高加汽液相變區FAC問題，提出火力發電機組高加汽液相變區氧化處理技術，以高壓加熱器一級抽汽進口為高加汽側加氧點，針對高溫、高壓、難穩流、難控制等特點，開發了增壓、穩壓、穩流一體化自動氧化處理裝置，如圖2所示，實現精確、定點、定量加氧處理，既解決了汽液相變區的FAC，又避免了過熱器氧化皮剝落的風險。

圖2 高低壓一體化加氧裝置示意

高加汽液相變區氧化處理技術，以1號高加疏水溶氧為控制目標。當機組負荷發生變化時，以高加一級抽氣壓力和1號高加疏水溶氧為控制因素，通過前饋作用和PID補償調節，保證高加疏水氧量的穩定控制，實現精確自動控制。

2 應用結果與討論

2.1 高加疏水鐵的變化

圖3為機組高加汽液相變區采用氧化處理技術后高加疏水Fe的變化情況。AVT工況下，高加汽液相變區流動加速腐蝕嚴重，高加疏水Fe濃度大，易導致高加疏水調節閥堵塞。

圖3 高加汽側加氧后高加疏水Fe的變化

在高壓汽液相變區采用氧化處理技術，進行高加汽側加氧，隨著致密氧化膜的逐步形成，ORP（氧化還原電位）穩定上升，高加疏水Fe濃度逐步下降。當3號高加疏水ORP穩定上升至+50 mV時，3號高加疏水Fe濃度從7 μg/L逐步下降至1 μg/L以下，高加疏水Fe濃度下降85%。

2.2 給水中鐵的變化

給水主要來自兩部分，一是凝結水經精處理混床處理后的出水，二是來自高加疏水。在高加汽液相變區未進行氧化處理工況下，機組運行過程中，高加疏水Fe濃度含量高，省煤器出口Fe濃度大；在高加汽側加氧后，同期給水未加氧的情況下，由于高加疏水Fe含量下降，此時給水Fe濃度明顯好轉，呈逐步下降趨勢。

2.3 高加疏水系統溶氧消耗的變化

超超臨界機組高加汽液相變區采用氧化處理時，1號高加疏水溶氧與3號高加疏水溶氧變化規律如圖4所示。

第一階段：高加汽側加氧初期，Fe2O3氧化膜轉化速度快，高加疏水系統溶氧消耗量大，1號高加疏水和3號高加疏水均無溶氧。

第二階段：1號高加段氧化膜逐步形成完整，1號高加疏水出現溶氧，而3號高加段氧化膜仍在轉化，此時3號高加疏水仍然無溶氧，1號高加疏水溶氧與3號高加疏水溶氧的差值范圍在2～8 μg/L。

第三階段：隨著整個高加系統氧化膜的形成完整和穩定，1號高加疏水與3號高加疏水均出現溶氧，兩者差值穩定在10～20 μg/L。

圖4 高加疏水系統溶氧消耗的變化

圖5 氧化處理前后機組額定負荷下1號高加正常疏水調節閥開度的變化

2.4 氧化前后1號高加正常疏水閥開度曲線對比

高加汽液相變區采用氧化處理前1號高加疏水調節閥堵塞嚴重，閥孔幾乎全堵，堵塞物主要為磁性Fe3O4。加氧后1號高加疏水調節閥明顯改善，閥孔清潔干凈，未出現堵塞現象。

高加氧化處理前后，機組額定負荷下1號高加正常疏水調節閥開度的變化如圖5所示。加氧前1號高加疏水調節閥閥籠堵塞嚴重，開度接近90%，堵塞物主要為磁性Fe3O4，更換閥芯后，滿負荷狀態下1號高加疏水調節閥開度也呈現上升趨勢。氧化處理后，高加疏水Fe含量明顯下降，此時1號高加疏水調節閥狀況明顯改善，閥孔清潔干凈，滿負荷下1號高加正常疏水調節閥開度一直控制平穩在65%左右，無上升趨勢。

3 結語

超超臨界發電機組高壓加熱器汽液相變區采用氧化處理技術，實現精確、定點、定量加氧處理，效果顯著：

（1）高加汽液相變區形成致密的Fe2O3氧化膜轉化速度快，高加疏水Fe濃度穩定在1 μg/L以下，省煤器結垢速率下降近50%。

（2）高加汽液相變區氧化處理技術解決了高加汽液相變區的FAC問題，又避免了過熱器氧化皮剝落的風險，確保了超（超）臨界機組運行的安全性和經濟性。

[1]DL/T 805.4-2004火電廠汽水化學導則 第4部份：鍋爐給水處理[S].北京：中國電力出版社，2004.

[2]何輝純.重視水流加速腐蝕（FAC）的危害[C]//第六屆全國電廠化學學術研討會論文集，2000.

[3]ALEXANDER Y，SUPERFIN，PRABHAT KUMAR SINHA.Alternative boiler feedwater treatment by using the oxygenated technique[C]//International Water Conference, 1993.

[4]徐洪.給水加氧處理引發蒸汽通道氧化皮剝落的機理[J].動力工程學報，2011，31（9）∶672-677，699.

[5]徐洪.基于“環境破壞說”的氧化皮剝落理論[J].動力工程學報，2012，32（9）∶733-740.

原標題：高壓加熱器汽液相變區氧化處理技術在超超臨界發電機組應用研究

（本文編輯：陸 瑩）

Study on Oxygenated Treatment of High-pressure Heater Steam-Liquid Phase Transition Zone for Ultra-Supercritical Units

SHI Guozhong，LIU Chunhong
（Zhejiang Zheneng Technology Research Institute Co.，Ltd.，Hangzhou 310003，China）

The traditional oxygenated treatment of feedwater jeopardizes operation safety of units due to falling-off of oxide skin of superheater.However，low oxygenated treatment of feedwater can not drastically eliminate flow accelerated corrosion of feedwater and steam-liquid phase transition zone.After oxygenated treatment in steam-liquid phase transition zone of high-pressure heater of ultra-supercritical units，accurate，fixedpoint and quantitative oxygenated treatment is achieved and flow accelerated corrosion of phase transition zone for high-pressure heater is successfully eliminated；in the meantime，the risk of oxide skin falling-off of superheater is prevented and the security and economical efficiency of the units are improved.After oxygenated treatment of steam-liquid phase transition zone，conversion speed of the dense Fe2O3oxide film is fast，Fe concentration of high-pressure heater drainage decreases by 85%and Fe concentration is less than 1 μg/L.

ultra-supercritical units；high-pressure heater；steam-liquid phase transition zone；oxygenated treatment；corrosion

TM621.8

B

1007-1881（2015）11-0012-03

2015-09-17

施國忠（1985），男，工程師，從事火電廠化學技術工作。