全保護加氧處理在1000MW超超臨界間接空冷機組的應用

楊 麗 陳雅楠 劉 煥 焦育峰 付 剛 胡振華

（1. 陜西榆林能源集團橫山煤電有限公司，陜西 榆林 719000；2. 國網陜西省電力有限公司 榆林供電公司，陜西 榆林 719000；3. 西安熱工研究院有限公司，陜西 西安 710054）

0 引言

水資源對國民經濟的快速發展有重要影響[1]，而我國燃煤發電廠是用水大戶，其用水量約占工業用水量的40%[2,3]，廢水排放量約占工業廢水排放總量的10%[4]，在我國部分地區，水源問題已經成為制約電力市場發展的主要因素[1,5]。“十四五”期間，將全面落實“節水優先”方針，通過節水措施抑制不合理的用水需求，提升用水效率，減少廢水排放。為了可持續發展，在保證機組安全穩定運行的條件下，節約用水、減少廢水排放對構建節水型火電廠具有重要意義。

某電廠1、2號1000MW超超臨界燃煤機組自投產來，給水處理方式采用氧化性全揮發處理（AVT（O）），給水系統、高加疏水系統存在流動加速腐蝕，影響機組的安全穩定運行；凝結水精處理混床再生頻繁，再生酸、堿、除鹽水用量高、混床再生廢水排放量高等相關問題，不利于該電廠節水減排政策實施。為了解決以上問題，該電廠對其給水處理方式實施了全保護加氧處理（OT）。

1 機組概況

1.1 鍋爐

某電廠地處北方地區，其1、2號機組為1000MW超超臨界間接空冷無銅機組，兩臺機組分別于2019年10月29日、2018年12月13日通過168h試運行正式投產。鍋爐為東方鍋爐（集團）股份有限公司生產的型號為DG-2973/29.3-II3超超臨界直流鍋爐，采用單爐膛、對沖燃燒、一次中間再熱、平衡通風、固態排渣、全鋼架懸吊Π型結構。冷卻系統采用表面式間接空冷系統，循環水為除鹽水，若發生凝汽器泄露，對凝結水的水質影響小，機組水汽品質良好，可采用全揮發處理或加氧處理[6]。間接空冷系統相比濕冷系統能夠明顯降低耗水量[7,8]，尤其對北方“富煤缺水”地區具有重要的節水意義。

1.2 凝結水精處理系統

凝結水精處理系統由2×50%的前置過濾器單元、4×33%的混床單元、1套100%容量的前置過濾器旁路單元、1套100%容量的混床旁路單元以及再循環單元組成，混床內陽陰樹脂比例為3∶2，樹脂體積為7.8m3。兩臺機組共用一套體外再生系統，采用高塔分離技術。

機組在AVT（O）工況運行中，熱力設備表面的氧化膜主要成分是疏松的Fe3O4，易發生流動加速腐蝕[9]，給水pH控制為9.2～9.6，精處理周期制水量低，混床再生頻繁，再生酸、堿、除鹽水用量較高，混床再生廢水排放量高，不利于構建節水型電廠。而全保護加氧處理能夠解決以上問題[10,11]，因此，該電廠對其兩臺機組實施了全保護加氧處理。

2 全保護加氧處理的應用

2.1 全保護加氧處理

加氧處理（OT）通過向弱堿性水中加入氧氣，促使金屬表面生成致密穩定的Fe3O4+Fe2O3雙層保護性氧化膜。

全保護加氧處理[12]是向低壓給水、高壓給水、高加疏水同時加氧的水處理方式。通過向給水中加入低濃度溶解氧，使管道內壁金屬表面形成Fe3O4+Fe2O3的雙層氧化膜，達到給水系統防腐鈍化要求，維持蒸汽中基本無氧，避免蒸汽中較高濃度氧可能促進蒸汽管道氧化皮剝落的風險，同時向高加汽側單獨加氧以解決高加疏水系統的流動加速腐蝕問題，實現了水汽系統熱力設備的全面保護。

2.2 全保護加氧處理的實施

2.2.1 AVT（O）工況查定

根據DL/T 805.1-2011 《火電廠汽水化學導則 第1部分：鍋爐給水加氧處理導則》，在加氧轉化前對1、2號機組在線化學儀表檢驗校準，保證在線化學儀表準確可靠。同時對兩臺機組水冷壁及省煤器垢量測定、對機組水汽品質查定。主要測定結果如表1、表2所示。

表1 1、2號機組水冷壁管、省煤器管垢量測定結果(單位：g/m2)

表2 1、2號機組省煤器入口氫電導率測定結果（單位：μS/cm）

結果表明，兩臺機組水冷壁管、省煤器管垢量均小于250g/m2的標準，在線儀表滿足整機工作誤差符合標準要求；兩臺機組水汽品質良好，其中省煤器入口氫電導率小于0.15μS/cm，滿足GB/T 12145-2016《火力發電機組及蒸汽動力設備水汽質量》以及DL/T 805.1-2011《火電廠汽水化學導則第1部分：鍋爐給水加氧處理導則》對機組加氧處理的要求。

2.2.2 加氧轉化

2021年4月15日及6月19日分別向1、2號機組精處理出口母管、除氧器出口、1號高壓加熱器汽測加氧，轉化完成后，控制1、2號機組除氧器入口溶解氧為10～150μg/L，省煤器入口給水溶解氧為10～30μg/L，高加疏水溶解氧為10～150μg/L，給水pH值控制為8.9～9.1。兩臺機組給水溶解氧隨負荷變化曲線如圖1、圖2所示。

通過圖1、圖2可看出，機組負荷在發生較大變化時，給水溶解氧能夠保持穩定，確保蒸汽中無氧，有效的避免蒸汽中較高濃度氧可能促進蒸汽管道氧化皮剝落的風險。

圖1 1號機組給水溶解氧隨負荷的變化曲線

圖2 2號機組給水溶解氧隨負荷的變化曲線

3 全保護加氧處理后的效果

3.1 有效防腐

加氧轉化平衡后，控制給水pH值在較低的條件下，給水及高加疏水鐵含量可穩定在較低水平，有利于抑制給水系統和高加疏水系統的流動加速腐蝕，同時能夠降低鍋爐受熱面的結垢速率。1、2號機組AVT（O）工況和OT工況下水汽系統鐵含量對比如圖3、圖4所示。從圖中可看出，OT工況下，控制兩臺機組給水pH值為8.9～9.1，水汽系統鐵含量均維持在較低水平，其中省煤器入口及高加疏水鐵含量平均值均在1μg/L以下，表明全保護加氧處理能夠有效抑制給水、高加疏水系統的流動加速腐蝕。

圖3 1號機組不同給水處理方式下水汽系統鐵含量對比結果

圖4 2號機組不同給水處理方式下水汽系統鐵含量對比結果

3.2 減少加藥量

3.2.1 減少氨水使用量

在25℃超純水中[13]，氨水的電離見式（1），結合水的離子積常數見式（2），可推導出超純水中pH跟電導率（SC，μS/cm）的關系式（3）、電導率跟氨水濃度的關系式（4），因此通過給水pH可計算出對應的氨水濃度。

與AVT（O）工況相比，全保護加氧處理后1、2號機組給水pH平均值分別由加氧前的9.38及9.29降低至9.0，對應的氨含量平均值由原來的965μg/L及699μg/L降低至264μg/L，兩臺機組全年能夠減少25%氨水使用量約74.17t，即約2967桶25kg重量的25%氨水手動加入，節約氨水用量不僅對節約資源起到了促進作用，還減少了電廠運行人員的工作量，節省了人力。

3.2.2 減少酸堿使用量

通過給水加氧處理，可提高凝結水精處理周期制水量，減少再生酸堿使用量，減少再生廢水總量。實施全保護加氧處理后，根據pH優化調整后系統的加氨量推算，兩臺號機組精處理周期制水量提高至原來的200%以上，全年混床再生次數減少約47次，再生用酸量減少約98.7t，再生用堿量減少約117.5t。同時減少了混床再生過程中的廢酸液、廢堿液、沖洗水等廢水排放。凝結水精處理混床的再生工藝如圖5所示。

圖5 凝結水精處理混床的再生工藝

3.3 節水減排

3.3.1 減少除鹽水使用

全保護加氧處理后，兩臺機組混床再生次數減少約47次，再生過程中，沖洗混床、配制再生酸液、堿液等使用的除鹽水用量全年減少約18800t。

同時，由于加氧處理后熱力設備表面形成致密的Fe3O4+Fe2O3雙層保護膜，機組停機腐蝕減少，機組啟動加快約50%，用于機組啟動階段沖洗的除鹽水量降低。

3.3.1 減少廢水排放

除鹽水系統的產水效率約為74%～83%，其制備過程中會產生沖洗廢水、清洗廢水、再生廢水等廢水，該廢水排放是造成新鮮水取用量大的主要原因之一。加氧處理后，除鹽水使用量減少，因此制備量減少，相應減少了新鮮水的取用和制水過程中產生的廢水排放。除鹽水的制水工藝如圖6所示。

圖6 除鹽水的制水工藝

3.4 經濟效益

全保護加氧處理后，將兩臺機組1年節約的氨水、再生用酸、堿、除鹽水及化學清洗費用計算，1、2號機組分別能夠產生約71萬元和52萬元的直接經濟效益，若再算上混床再生時的電費、壓縮空氣費用、人力成本以及再生廢液處理成本等，節約的費用將更多，由此可見，實施加氧處理后，其產生的經濟效益非常顯著。

4 結語

（1）全保護加氧處理后，兩臺機組除氧器入口溶解氧為10～150μg/L，省煤器入口給水溶解氧為10～30μg/L，高加疏水溶解氧為10～150μg/L，給水pH值控制為8.9～9.1，水汽系統中鐵含量維持在較低水平，其中省煤器入口及高加疏水鐵含量平均值均在1μg/L以下，有效抑制了給水、高加疏水流動加速腐蝕問題，實現了水汽系統熱力設備的全面保護；

（2）全保護加氧處理后，兩臺機組給水pH平均值由9.38和9.29降低調整至9.0，全年減少25%氨水使用量約74.17t；精處理周期制水量提高至原來的200%以上，全年混床再生次數減少約47次，再生用酸量減少約98.7t，再生用堿量減少約117.5t；再生除鹽水用量全年減少約18800t，相應的減少了新鮮水取用及制水過程中產生的廢水排放，促進了節水減排政策實施；

（3）全保護加氧處理后，1、2號機組1年節約的氨水、再生用酸、堿、除鹽水及化學清洗費用分別約為71萬元和52萬元，產生的直接經濟效益非常顯著。