超臨界機組給水弱氧化性處理技術應用探討

王喜林，李愛麗，任海波

(國家電投河南電力有限公司開封發電分公司，河南 開封 475002)

0 概述

某電廠1，2號機組為630 MW超臨界直流爐機組，給水原設計采用加氧處理(oxygenated treatment，OT)方式，實際運行采用還原性全揮發處理(all volatile treatment creduction，AVT(R))方式，凝結水精處理采用氨化運行，給水pH值控制在 8.0—9.0。

自2009年機組投產運行以來，汽水系統的鐵含量偏高，過熱器氧化皮脫落嚴重。機組首次大修時檢查發現，鍋爐受熱面沉積率高達2—3級，接近酸洗垢量標準上限，汽輪機也存在明顯積鹽現象。為根本解決機組腐蝕防護問題，經大量調研及反復對比各種給水處理方式利弊，該電廠最終決定與河南電力試驗研究院合作，對機組實施給水弱氧化性處理。

1 給水弱氧化性處理介紹

1.1 給水弱氧化性處理定義

弱氧化性處理(weak oxidizing treatment，WOT)是系統局部加氧的新一代給水處理方式，體現了對氧化性全揮發處理(all volatile treatment coxidation，AVT(O))的豐富、改善和發展，是一種綜合應用OT和AVT(O)的基本原理和優勢，全面考慮水汽系統防護，階段優化控制凝結水、省煤器溶氧和pH，安全實現給水系統快速氧化性轉化和有效防護的氧化性處理方式。

WOT具有給水溶氧雙向調節和優化控制能力，在凝結水不同溶氧水平條件下均可實現對給水、疏水系統的最佳防護，有效減少受熱面沉積率，以提高和精準控制給水加氨量的方式，保護疏水系統。

1.2 WOT與傳統給水處理方式的防腐效果對比

1.2.1 與給水還原性全揮發處理對比

AVT(R)是第1代給水處理方式，通過全系統加入過量還原劑即聯氨除氧，進行還原性處理。相較于AVT(R)，WOT可使凝結水、給水、疏水系統腐蝕情況根本改善；給水含鐵量大幅下降；主要受熱面沉積速率大幅下降；機組傳熱效率明顯提高；酸洗周期成倍延長，經濟效益大幅提升。

1.2.2 與給水氧化性全揮發處理對比

AVT(O)是取消了還原劑的加入，用系統漏入空氣中的低含量氧氣對給水系統進行處理的氧化性給水處理方式。相較于AVT(O)，WOT有外加溶氧來源，轉化效率大幅提高；同時主動控制溶氧來源，按轉化進度分階段按需調節氧量，實現系統局部有效氧化和安全控制要求。另外，WOT的主要經濟效益與AVT(O)相當，但在原來不具備AVT(O)實施條件或實施后效率較低的機組上都能普遍適用。

1.2.3 與給水加氧處理對比

OT是第2代給水處理方式，通過全系統加入溶氧進行氧化性處理，包括進入蒸汽溶氧至少數十μg/L。WOT不向水冷壁及蒸汽系統引入溶氧，相比OT全系統加氧，不增加促進過(再)熱器氧化皮生長、剝落的外加溶氧因素，減小爆管導致的非計劃停機風險，安全性更高，在超(超)臨界機組應用上優勢更加凸顯；而凝結水、給水防護水平兩者相當，主要經濟效益相當。

2 給水弱氧化性處理的實施過程

給水弱氧化性處理分以下3個階段。

(1) 準備階段。主要包括ORP(氧化還原電位)表的安裝，在線化學儀表的校驗和還原性處理工況鐵的分析測定等工作。

(2) 轉化階段。指加入純氧加快系統內表面Fe3O4向Fe2O3的轉化，使系統腐蝕防護達到最佳穩定狀態。

(3) 穩定運行階段。指轉化完成后，按AVT（O）標準監控除氧器出口和省煤器出口，將凝結水加氧量和溶氧調至最低水平(計劃在10—20 μg/L)，長期穩定連續運行。

2.1 準備階段工作

2.1.1 水汽(主要是省煤器給水)含鐵量測定

優化后，水汽含鐵量將降至最新國標標準值(5 μg/L)甚至期望值(3 μg/L)以下。現行鄰菲啰啉分光光度法和基于此方法的儀器，其下限為5 μg/L，均不再適用。因此，優化測定按河南電力試驗研究院提供的GB/T 14427改進方法(取樣500 mL自動濃縮，將現行方法測定下限提高10倍)進行。

2.1.2 ORP 表的安裝運行

為避免進一步增加水樣需求量，將電極杯用軟硅膠管串接于省煤器pH表水樣水路，接通電源，ORP表計正常運行，控制標準為±50 mV。

2.1.3 氧表校驗維護

氧表校驗最關鍵，如氧表不能滿足溶氧準確檢測要求，則不具備轉入轉化階段的安全條件，校驗包括零點誤差、整機引用誤差、取樣系統嚴密性(空氣內漏)。

2.1.4 除氧器入口電導率表運行校驗和加氨監控

除氧器入口電導率是準確監控給水加氨的重要參數。化學運行巡檢負責記錄除氧器入口表水樣溫度和電導率，并一起輸入相關計算公式，計算pH值和加氨量，用于監控。

2.1.5 氨和聯氨加藥調整準備

進入轉化階段后，將取消聯氨并改為精處理出口一點加氨，加氨量進行期望值控制。

2.1.6 確認凝汽器和凝泵軸封嚴密性

這將關系到機組運行經濟性和凝結水水質，以及氧化性處理控制的準確性、可靠性，建議按美國電科院最新凝結水空氣內漏溶氧標準(≤10 μg/L)嚴格要求。

凝泵軸封等處的泄漏是空氣內漏溶氧超標的最常見和最主要原因，由汽機專業繼續做好相應的密封水、密封蒸汽調整，處理達標。

2.1.7 確認除氧器各排氣門、安全閥等嚴密性

這將關系到弱氧化性處理溶氧控制的準確性、可靠性，需確認1，2號連續排氣門，1，2號安全閥以及溢流放水管的嚴密性。

2.1.8 加氧系統準備

對所需的氧氣籠、加氧控制箱、連接管，進行嚴密性檢查并安裝，安裝完畢后接入凝泵入口母管加氧管上。加氧系統如圖1所示。

圖1 加氧系統示意

2.1.9 轉化階段汽水運行規范

轉化階段汽水運行規范如表1所示。

2.2 轉化階段工作

2.2.1 取消還原劑

停加聯氨，并在聯氨加藥系統至機組的法蘭上加堵板可靠隔離。

2.2.2 確認關死各除氧器排氣門

徹底關死除氧器1，2號連續排氣門，并現場“目視+點溫計檢查”確認。現場檢查除氧器1，2號安全閥嚴密性；現場檢查確認除氧器溢流(或緊急)放水管嚴密性。

2.2.3 凝結水補氧

根據凝結水、給水溶氧水平，監測除氧器和省煤器入口溶氧，經加氧裝置對凝結水補氧(10—100 μg/L，視上述2處給水溶氧水平和氫導上升程度調整)，加快給水系統氧化性轉化。

表1 轉化階段汽水運行規范

化學運行巡檢、記錄加氧裝置運行數據(氣瓶壓力、加氧壓力、加氧流量等)，及時補充氣瓶、更換空瓶，轉化后期調整加氧量至穩定運行范圍(10—20 μg/L)。

2.2.4 加氨調整

關死除氧器排氣后，停止除氧器出口加氨，改為精處理一點加氨。調整后的加氨量通過對除氧器入口SC進行期望值控制(轉化階段pH值為9.45，對應的電導率 (25 ℃)約為 7.7 μS/cm)。同時，記錄各班加氨量，雙重監控加氨量。

2.2.5 精處理氫型運行確保水質

按氫型運行要求監控精處理各混床，重點判據參數為混床出口鈉和電導率。

2.2.6 ORP表的運行監督和維護

化學運行采集或定時抄表、記錄ORP數據。ORP示數和表計如顯示異常，通知熱工化學儀表，及時檢查消缺。

2.2.7 給水鐵的運行監督

在轉化中應加強給水鐵含量測定。化學運行按要求配合化驗室取樣，防止水樣中腐蝕產物顆粒富集引入嚴重誤差；并按要求加強取樣管沖洗，保證水樣代表性。

2.3 穩定(正常)運行階段工作

穩定運行階段工作基本與轉化階段相同。主要區別在于，因給水系統轉化已經完成，凝結水溶氧水平已降至較低的穩定范圍10—20 μg/L。

在機組啟停階段，應注意對加氧工作及時調整。在停機前，必須首先停止加氧裝置停止加氧，然后才進行停爐保養工作；在機組啟動時，應在機組正常、在線表計投運正常后，才能投入加氧裝置恢復加氧。正常運行階段汽水規范如表2所示。

3 效果評價

1號機組于2010年9月至2011年1月完成弱氧化性處理轉化；2號機組于2011年3月至2011年8月完成弱氧化性處理轉化。進入穩定運行階段后，給水含鐵量明顯降低。圖2給出處理后的1號機的含鐵量變化情況。

在給水弱氧化處理同時，凝結水精處理高速混床樹脂由氨型轉化為氫型運行，高速混床出水導電度由CC變為SC監測。開始時1號機高混運行2天SC就超標，現在可運行8天或以上SC才超標，說明水質變好。

2017年5月至7月，2號機組進行了第2次大修，對鍋爐受熱面結垢及汽輪機葉片積鹽進行了檢查，結果分別如表3，4所示。

表2 正常運行階段汽水規范

圖2 1號機實施WOT后給水含鐵量

表3 水冷壁、省煤器的結垢檢查

表4 汽輪機葉片積鹽量和沉積速率

對比2次檢查測定數據，可分析如下：

(1) 相比原AVT(R)運行方式的高沉積率，實施WOT后沉積率大幅下降至1級范圍以下，獲得優秀的腐蝕防護效果；

(2) 應繼續WOT優化運行，繼續保持凝結水、給水系統弱氧化條件和更充分的轉化，可望繼續獲得同樣優秀的腐蝕防護效果，甚至有望使沉積率繼續降低。

4 結論

機組實施WOT后，腐蝕防護狀態根本改善。經運行監測，給水含鐵量明顯減少。2017年2號機組大修期間割管檢查確認，鍋爐受熱面沉積速率和汽輪機積鹽速率明顯降低。2號機組自2013年5月運行至今“四管”無爆漏，酸洗周期成倍延長，機組安全經濟運行效益可觀。因此，給水弱氧化處理技術值得在超(超)臨界機組推廣應用。