OT方式供熱機組鍋爐停爐保護探討

劉麗娟

（福能（貴州）發電有限公司，貴州 六盤水 553000）

0 引言

為了進一步合理利用有效資源，目前國內很多產業園區和電廠簽訂直供電、直供汽協議。電廠除了上網供電外還向一些需要供氣的企業供汽。對于有需求的企業來說，電廠的蒸汽品質直接影響所供熱、汽企業設備腐蝕或對其生產的產品污染。這就要求電廠在運行和停爐保護期間減少或去除有毒有害藥品的添加來減少蒸汽中殘余有毒有害物對供熱蒸汽的污染。以往國內大部分火電廠給水采用氧化性全揮發處理（AVT(O)）與還原性全揮發處理（AVT(R)）方式進行給水處理，給水全揮發處理是指鍋爐給水加氨或加氨和還原劑的化學水處理。較長時間停爐一般采取氨-聯氨鈍化法，這種方式加入的聯氨是屬于有毒物質，在300℃左右的高溫下仍有聯氨進入蒸汽，不能作為對蒸汽品質要求高的企業所用蒸汽。近年，國內越來越多機組采用鍋爐給水加氧處理（OT）工藝，對給水加低濃度的氧氣的化學水處理。該法向給水系統加入10～30μg/L的氧氣，給水pH控制在8.0～9.0之間。其停爐保護也不能添加還原劑，一般采用熱爐放水余熱烘干法或氨水堿化烘干法。

1 鍋爐氧化皮產生與特性

鋼在加熱時，鐵與氧化鐵與燃料燃燒發生化學作用而形成一層氧化層稱為氧化皮。普通的氧化皮一般分為三層，最外層為致密的三氧化二鐵，中間層為較大顆粒的四氧化三鐵，內層為氧化亞鐵。由于氧化皮和鋼的膨脹系數不一致，氧化皮的熔點（1300℃～1350℃），因此，鋼鐵在高溫加熱或加熱、降溫不均勻時會導致氧化皮脫落。使金屬表面裸露導致鋼表面腐蝕加重。

采用OT工藝的鍋爐，通過不斷給給水系統加入氧氣，使中間層四氧化鐵和最內層氧化亞鐵不斷生成致密的三氧化二鐵。因此，采用OT工藝的鍋爐氧化皮主要是三氧化二鐵。

2 給水處理方式與化學原理

給水采用AVT（O）與AVT（R）方式進行給水處理，碳鋼表面形成的氧化膜主要為四氧化三鐵的磁性保護膜，磁性氧化膜表面晶粒間隙大，顆粒粗大，化學溶解度大，在無氧的條件下，給水系統存在湍流流動，加速剝落氧化膜，使其保護性降低，腐蝕產物會隨著水流遷移到高溫段，造成省煤器、水冷壁管結垢嚴重。給水采用OT工藝對運行機組給水加低濃度的氧氣處理，通過加氧方式提高純水的氧化還原電位（ORP），讓鐵的電極電位處于α-Fe2O3的鈍化區，α-Fe2O3氧化膜表面晶粒致密光滑，晶粒細小，對流阻力小，化學溶解度小。

圖1 不同溫度下鐵—水體系電位---PH平衡圖[1]

當水中有少量的氧時，在鋼的表面上，瞬時進行向內延伸反應生成一層四氧化三鐵氧化膜：

Fe3O4層呈微孔狀（1～15%孔隙率），和鋼本身的晶體結構相似，由于晶體之間有空隙，水仍會從空隙中滲入到鋼表面，使鋼產生腐蝕，如果不能堵塞這些空隙就沒有防蝕效果。加氧處理時，通過不斷向金屬表面均勻供氧，由Fe3O4微孔通道中擴散出來進入水相的鐵被氧化，生成Fe2O3的水合物，沉積在Fe3O4膜上面，堵塞了Fe3O4的空隙，使水無法通過膜，在金屬表面形成致密的“雙層保護膜”，從而使鋼的腐蝕得到抑制。

從電化學的角度看，在流動的高純水中添加適當濃度的氧，可以提高鋼的自然腐蝕電位數百毫伏，使金屬表面發生極化或使金屬的自然腐蝕電位超過鈍化電位，金屬表面因而生成致密而穩定的氧化性保護膜，從而起到了抑制鋼鐵腐蝕的作用[2]。

3 電廠熱力設備停（備）用期間防銹蝕方法選擇原則

（1）基本原則：①機組初始設計參數和類型；②停（備）時間的長短；③現場可操作性；④停（備）用產生的費用；

（2）采用的防銹蝕保護方法不影響機組啟動、正常運行時的汽水品質和機組正常運行熱力系統形成的保護膜；

（3）機組停用保護與機組設計工藝兼容且不影響凝結水精處理設備的正常運行；

（4）采用新型藥品時，應先確定其藥品濃度和工藝參數，避免腐蝕或污染熱力設備[3]。

4 供熱機組采用的停爐保護方式及優缺點分析

《火力發電廠停（備）用熱力設備防銹蝕導則》中有17種停爐保護方式。為減少有毒有害物質進入蒸汽系統，鍋爐在停運保養期間嚴禁加入有毒有害物質，其中干法保護中干燥劑除濕法，氨、聯氨鈍化烘干法，氣相緩蝕劑法不適用于供熱機組。濕法保護中氨-聯氨法，成膜法，表面活性胺法不適用于供熱機組。風干干燥法、熱風吹干法、通風干燥法、充氮法必須在機組設計時有干風系統和設備、熱風系統和設備以及充氮裝置才能采用這種方式進行停爐保護。除去以上10種停爐保護方式，供熱機組有7種方式可以用來進行停爐保護。其中干法有鍋爐放水余熱烘干法、負壓余熱烘干法、氨水堿化風干法，濕法有蒸汽壓力法、給水壓力法、維持密封真空法、加氨提高pH值、氨水法。這7種停爐保護方法中鍋爐放水余熱烘干法、負壓余熱烘干法、蒸汽壓力法、給水壓力法、維持密封真空法用于停運小于1個月的鍋爐及熱力系統。對于長時間停運機組進行停爐保護一般都是采用氨水堿化烘干法和加氨提高pH值，氨水法適用于鍋爐無銅給水系統進行停爐保護。

鍋爐放水余熱烘干法、負壓余熱烘干法保護的原理是維持停（備）用熱力設備內相對濕度小于碳鋼腐蝕速率急劇增大的臨界值，在鍋爐停運后，壓力降到制造廠家的規定值時迅速放盡鍋爐內存水，利用爐膛余熱烘干鍋爐、利用凝汽器抽真空，加快鍋爐內濕氣排出的停爐保護方法。其優點是不需要加藥品和應用附加設備，其經濟實惠性是別的停爐保護方式無法比擬的。缺點是要求停爐時間較短，停爐期間運行人員嚴格控制放水壓力和溫度，保證鍋爐余熱能將爐內各接觸面烘干。

采用氨水堿化烘干法，在停機前4h，停止給水加氧，凝結水經處理走旁路，加大凝結水泵出口氨的加入量，將省煤器入口pH值提高至9.6～10.5后停爐。停爐后，迅速鍋爐各風門，封閉爐膛，防止熱量過快散失。固態排渣直流爐，在分離器壓力降至1.6～3.0MPa，進水溫度降至201～334℃時，迅速放盡鍋內存水，放水時全開空氣門、排氣門、排水門，自然通風排出鍋內濕氣，直到鍋內空氣相對濕度達到60%或等于環境相對濕度[3]。采用氨水堿化烘干法的優點是經濟實用，只需要比平時運行增加幾倍的氨水來提高pH，氨水的成本較低，很實惠。氨水堿化烘干法另一個優點是操作簡單，不需要增加設備或藥品，只需在機組停運前4h停止加氧，在凝結水、給水加藥處增加加氨量，控制給水PH值即可。氨水堿化烘干法另一個優點就是保養時間較靈活，既可以應用在較短時間的停爐保護（≤3天），也可以應用于較長時間的停爐保護（＞1季度）。氨水堿化烘干法還有一個優點是其作為工業蒸汽相對潔凈，比起其他工業蒸汽所含除氧劑、緩蝕劑等添加化學物質，應用OT工藝機組通過氨水堿化烘干法停爐保養后，產生的工業蒸汽主要含有少量氨氣、氧氣以及腐蝕產生的鐵銹，從而減少了其對所供氣企業的污染。

表1 機組B修熱力設備結垢、沉積物評價結果

氨水堿化烘干法雖然經濟實用、操作簡單，但其缺點也不少。其最主要的缺點是停運過程中要求嚴格控制主蒸汽壓力與溫度的配合。以660MW機組為例，在330MW以上負荷，主蒸汽至少保持100℃以上的過熱度。330MW以下的負荷，主蒸汽至少保持56℃以上的過熱度，保證蒸汽不帶水，過熱度不夠時，及時打開蒸汽管道疏水，確保系統濕度60%或等于環境相對濕度，無積水。在實際應用中，因系統放水后，整個熱力系統處于密閉狀態，對于熱力系統內部設備的濕度無有效的方法檢測，因此在停爐過程中，運行人員只能在保證金屬壁溫差不超過制造廠家允許值時，盡量調高放水壓力和溫度，確保將系統內水放干凈，無積水。一旦系統內存有積水，不但不能保證鍋爐保護質量，還會增加過熱、再熱系統內已經形成的氧化皮腐蝕脫落的 風險。

5 保養效果分析

某電廠660MW機組于2016年11月投產運行，在機組運行了13327h后于2018年7月進行B修檢查。在進行大修檢查前，該機組啟停機11次。短期停爐保護采用鍋爐放水余熱烘干法，長時間停爐保護采用氨水堿化烘干法。

經拍照、檢查及對熱力設備內的沉積物進行取樣分析，水冷壁、過熱器、再熱器、省煤器等鍋爐聯箱、管道等內部呈鋼灰色，表面光滑，有少量氧化皮。

從檢查結果分析采用鍋爐放水余熱烘干法、氨水堿化烘干法可以較好的對高頻率啟停及供熱機組進行停爐保護。

6 結語

從鍋爐氧化膜形成和特性分析來看，鍋爐給水加氧處理對于鍋爐在低濃度氧氣存在下形成致密的氧化膜是較好的方式。作為需要提供供熱的機組來說，從經濟性、操作性、長效性、應用性，短期停爐保護采用鍋爐放水余熱烘干法、負壓余熱烘干法保護較為實用。長時間停爐保護采用氨水堿化烘干法較為實用。