給水AVT(O)處理技術在350 MW超臨界機組的應用

達振偉，董永會，鄭 峰，宋昭輝，常志偉

(河北建投任丘熱電有限責任公司，滄州 062550)

0 引 言

河北某電廠為2×350 MW的超臨界濕冷雙抽供熱發電機組，鍋爐為超臨界參數、對沖燃燒、一次中間再熱、單爐膛平衡通風、固態排渣、半露天布置、全鋼構架的Π型煤粉直流爐。鍋爐最大連續蒸發量1 103.2 t/h；過熱器出口蒸汽溫度571 ℃；過熱器出口蒸汽壓力25.4 MPa；給水溫度283 ℃。汽輪機為超臨界參數、一次中間再熱、單軸、雙缸兩排汽、雙抽供熱凝汽式汽輪機。兩臺機組于2013年投產發電，給水加藥系統設計了全揮發處理(簡稱AVT)以及加氧處理(簡稱OT)兩種方式，機組在運行初期采用了還原性的全揮發處理(簡稱AVT(R))。

1 給水處理方式的選擇

1.1 給水處理的標準要求

根據《火電廠汽水化學導則 第4部分：鍋爐給水處理》(DL/T 805-2016)[1]中的要求，給水處理方式應根據機組的材料特性、爐型及給水水質按下列原則選擇：

(1)對于有銅給水系統，宜采用還原性全揮發處理AVT(R)；

(2)對于無銅給水系統，宜采用氧化性全揮發處理AVT(O)；

(3)對于設置凝結水精除鹽裝置且給水氫電導率符合給水加氧處理要求的無銅給水系統，宜采用加氧處理OT。

1.2 不同給水處理方式的特點

給水處理的作用是抑制給水系統腐蝕的一般性腐蝕和流動加速腐蝕FAC，減少隨給水帶入鍋爐的腐蝕產物和其他雜質，防止因減溫水引起混合式過熱器、再熱器和汽輪機積鹽。

所謂流動加速腐蝕FAC，是一種由于受液體流動的影響而產生的腐蝕。其中包括了浸蝕和流速差腐蝕。包含金屬氧化、金屬陽離子遷移、金屬陽離子溶解的純電化學腐蝕過程，流體只是加速了這一過程。最新的研究表明，FAC不應只被簡單視為一種爐管腐蝕損壞的機理，它還是熱力系統中的基礎腐蝕及其產物輸送的根本過程，而這些腐蝕產物及其傳質過程則被認為是電廠其他許多故障和損壞機理的核心。在超臨界機組的運行過程中，FAC表現得較為明顯，它發展速度相對較低，直接危害相對較小，往往不會直接造成泄漏事故，而是展示出其他較輕微和隱蔽的特征(如堵塞、沉積、鍋爐壓差上升、清潔度較差等)，故日常的技術監督和運行管理容易將其忽視，但若放任其發展和累積，則會對超臨界機組的長周期安全經濟運行造成不利影響。FAC形成的膠體態四氧化三鐵具有較強的磁性，易在一些鐵磁性材質的閥門和孔洞處(如高加常疏門、減溫水調門、取樣門等處)，形成沉積和堵塞，對機組的調節性能造成影響。如果高加常疏門、減溫水調門周期性地發生堵塞，表明高加疏水和給水中FAC腐蝕產物含量較高。

FAC的發生與發展與諸多因素有關(流體溫度、受熱情況、材質成分、水汽品質、流體溶解氧含量、流體pH值、組件的幾何形狀等)，其中材質、受熱、幾何形狀等已確定因素是難以進行調控和改變的，對于運行人員而言，自由度最大的控制方式即是對流體化學狀態的調整，亦即化學水工況的調整。不同的化學水工況決定著水汽接觸界面氧化膜的結構和狀態，從而進一步對FAC的程度與趨勢造成影響。與FAC關系最密切的水汽化學參數為pH、DO(溶解氧含量，Dissolved Oxygen)和ORP(氧化還原電位，Oxidation-Reduction Potential)。

用氨水和還原劑的還原性全揮發性處理AVT(R)，氧化還原電位ORP的范圍在-300 mV 到-350 mV。氧化性全揮發性處理AVT(O)，ORP在0 mV周圍，但可以稍正或稍負。在給水中加入氧氣和氨水的加氧處理，ORP在+100 mV到+150 mV附近[2]。ORP每提升0.1 V，鐵的氧化物的溶解度降低一個數量級，當電位升至0以上后，溶解度再次發生數個數量級的降低，說明ORP的提升在降低水汽Fe含量的同時改變氧化物的形態，Fe含量的降低與氧化物形態的改變又相互促進，共同對系統FAC形成強有力的抑制。即將機組采用的AVT(R)給水處理方式改為AVT(O)或OT方式，是降低汽水鐵含量的有效途徑，根據標準要求[3]，鍋爐水冷壁垢量達到250 g/m2時，采用OT 運行方式前應進行化學清洗，由于機組不具備進行化學清洗的條件，因此機組選擇了采用AVT(O)處理。2018年的4月中旬開始，機組僅在啟動階段和凝結水溶氧偏高時投加聯氨，其它正常運行時間段內不再向水汽系統中加入聯氨，即氧化性全揮發處理AVT(O)。

2 給水AVT(O)處理工況控制

2.1 給水AVT(O)處理運行要求

(1)給水質量控制要求見表1

表1 AVT(O)時某電廠機組給水質量控制要求

(2)蒸汽質量控制要求見表2

表2 AVT(O)時某電廠機組蒸汽質量控制要求

2.2 給水AVT(O)處理機組啟動要求

采用給水AVT(O)處理機組啟動時，給水處理應采用與正常運行時相同的方式。機組啟動時，給水質量應符合表3的規定，在機組并網后8 h內應達到正常運行時的標準值。

表3 AVT(O)時某電廠機組啟動時給水質量標準

2.3 給水AVT(O)處理時機組給水水質異常處理

表4 AVT(O)時機組給水水質異常的處理值

2.4 給水AVT(O)處理轉化操作

化學專業：將凝結水及給水加聯氨系統停運，并嚴格按照上文所述的控制質量要求進行水汽品質的監測和控制。機組停爐保護時，請在機組停運前4小時，加氨提高給水pH值至9.4～10.0，熱爐放水，余熱烘干。

汽機專業：暫不用對除氧器做任何調整，僅需控制給水溶氧在10 μg/L以下即可。

3 給水AVT(O)處理效果分析

3.1 水汽鐵含量情況分析

日常報表顯示該電廠一年來兩臺機組水汽鐵含量在2.0～5.0 μg/kg，處于標準要求[4]的合格范圍，與采用給水AVT(R)處理的機組相比，鐵含量明顯要低一些，說明該電廠的機組通過一年多的給水AVT(O)處理，機組FAC情況已得到一定的抑制，采用給水AVT(O)處理具有一定效果。

3.2 水冷壁氧化膜微觀形貌分析

該電廠2號機組水冷壁管氧化膜的微觀形貌見表5。

表5 該電廠2號機組水冷壁氧化膜的微觀形貌

主要的微觀形貌特征如下：

(1)水冷壁管氧化膜晶粒呈現細密的四氧化三鐵的尖晶石結構，顆粒性明顯。

(2)水冷壁晶粒之間空隙較大，氧化膜晶粒粒徑較小，表面較疏松。

表6 機組水冷壁管形貌

結合表5和表6的典型化學工況水冷壁管氧化膜晶粒結構，對2號鍋爐水冷壁管氧化膜耐蝕性能進行評價：水冷壁氧化膜晶粒約5～8 μm左右，屬于典型的給水AVT(O)工況特征，氧化膜晶粒為磁鐵礦和赤鐵礦混合形態，耐蝕性高于AVT(R)工況。

4 效益分析

4.1 化學清洗節省費用

穩定實施AVT(O)后，可延長機組化學清洗周期，每年因清洗頻率降低而節省的費用可觀。

4.2 節省聯氨藥品費用

穩定實施AVT(O)后，機組停止加入聯氨，年節省聯氨費用預計達十萬元。

4.3 除氧器排汽量減少

穩定實施AVT(O)后，熱力系統處于氧化性狀態，減少了除氧器排汽，每年可因此減少熱量損失。

4.4 縮短啟動沖洗時間

穩定實施AVT(O)后，熱力系統氧化膜致密、耐蝕，停爐期間不易受到腐蝕，機組啟動時，冷態沖洗和熱態沖洗水質合格的時間與AVT(R)處理時相比明顯縮短。

5 結束語

(1)該電廠兩臺機組采用給水AVT(O)處理后，水汽鐵含量降低，水冷壁管表面磁鐵礦和赤鐵礦混合形態氧化膜，機組FAC現象得到了一定的抑制，機組采用給水AVT(O)處理是完全可行的。

(2)當超臨界直流爐機組在不具備給水OT處理條件時，可以考慮采用AVT( O) 方式替代AVT(R)方式。