摘要：对循环流化床空冷机组长期停运保养的技术指标进行了理论研究，按照技术指标对某电厂两台机组实施了抽真空保养，通过对长周期停运后冷态启动阶段的水质指标分析发现，通过抽真空来控制相对湿度的方法对空冷机组包括空冷岛在内的热力系统均能起到显著的防锈蚀作用，从而探索出了一种可用于空冷机组长周期停炉保养的方法。
关键字：CFB空冷机组；停炉保养；抽真空；防锈蚀
1 前言
某电厂#1、2机组为超高压一次中间再热循环流化床空冷机组，给水采用氧化性全挥发性处理（AVT(O)），炉水采用低磷酸盐处理，该组合类型的水质处理在机组正常运行中能很好地起到热力系统的保护作用，特别是在降低给水铁含量，改善热力系统腐蚀方面。该类型的给水处理方式，使得机组具备了进一步提高ph值的可能性，故某电厂停炉保养采用氨水碱化-余热烘干法，该方法面临以下问题：1）、对锅炉侧热力系统能起到很好的保护作用，但因低压给水管路、汽机侧以及空冷岛不能很好的烘干，其保养效果也相对较差；2）、由于目前电力市场装机过剩较大，机组停运大多都是中长期性质，而该方法保养时长为一季度以内，长周期的停运很难保证保养效果；3）、机组检修周期长，检修后热力系统内部环境改变（湿度）后导致保养过程中断，保养效果无法保证。而采用抽真空方法则可以很好规避以上问题：在机组停运阶段结合抽真空方法可以使热力系统取得更好的烘干效果；长周期停机时可通过抽真空来保证热力系统内部相对干燥，进一步延长停炉保养周期；同样，采取抽真空方式，可在检修结束后迅速恢复热力系统相对环境至保养区间，从而降低停备用期间的锈蚀现象。
抽真空保养的方法结合氨水碱化-余热烘干法，可进一步发挥二者优势，在停炉过程中钝化保养的同时消除系统弯管、集箱或低温段水汽；在机组备用阶段，抽真空控制相对湿度来抑制停备用阶段的电化学腐蚀，从而延长保养周期。
2 抽真空保养技术分析
2.1 抽真空操作与湿度的关系[ ]
在停炉过程中，放水后用适当的真空源对锅炉抽真空，随着锅内真空的提高，水的饱和温度会不断下降，由于热力系统中蒸汽的过热度不断增大，会进一步减缓蒸汽凝结成水，也会使得参与真空的热力系统积水随着锅内压力的下降变成过饱和水而汽化。由于持续的真空作用，悬浮在水汽系统中的蒸汽不断被抽走，使锅炉水汽系统金属表面得到充分干燥。同时，通过适当开启汽包空气门，用空气置换锅内的残余湿气，可以快速的使得锅内空气相对湿度达到环境相对湿度水平，起到减缓腐蚀，设备保养的作用。
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图1 腐蚀速率与相对湿度的关系
由饱和蒸汽温度与压力表可知，80℃时对应的水蒸气饱和压力为-54kPa，这表明即使金属壁温降至80℃，只要将锅炉真空抽到-54 kPa以上，金属表面积水照样能气化并被抽除。在带压放水后金属壁温为100℃以上的情况下，用真空抽吸设备对锅炉抽真空并维持必要的真空度，锅内金属面就能得到彻底的干燥效果。所以，采用真空法干燥对锅炉停运后的带压放水时压力的要求就不苛刻了，这有利于放水中汽包上下壁温差的控制。
2.2碳钢的腐蚀速率与湿度关系
由碳钢在大气中的腐蚀速率与相对湿度关系可知，当空气相对湿度高于临界值60%时，碳钢的腐蚀速率急剧增大，高相对湿度下（RH：60%～100%）碳钢的腐蚀速率是低相对湿度（RH：30%～55%）下的100～1000倍。因此只要在机组停备用期间维持热力设备内相对湿度小于临界值，就能有效保护热力设备。
腐蚀速率对应相对湿度的临界点对于长期停运的机组保养也提供了依据，即只需定期投运抽真空设备，同时进行湿度测定，保证相对湿度低于碳钢腐蚀的临界点，便可达到保养的目的。
3 抽真空操作过程分析
在开始建立真空时，由于水汽系统中存有大量的蒸汽和凝结水，被抽走的蒸汽不断被过饱和水闪出的蒸汽补充，随着闪蒸的进行，金属壁温因水的汽化而逐渐下降，水蒸气的饱和压力也随之相应下降，所以在抽真空的起始阶段，锅炉内的真空有所上升，但较缓慢。
随着抽真空的不断进行，系统中的水不断汽化并被抽出，金属面趋于干燥。当水被蒸干后，系统中真空上升的速度会明显加快，这是因为被抽走的气体再也得不到蒸汽的补充。图2为真空干燥过程中锅炉的真空变化曲线。曲线中的a点为转折点，a点前系统中的水分在蒸发，真空上升缓慢；a点之后，系统中水分已被蒸干，真空上升速度加快，但在实际操作中，受系统和抽气设备局限，在经过一段时间的持续抽气后，系统内真空会达到极限平衡值，出现图2（右）中b点，所以b点可作为抽真空终点的预判点。
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图2 a图为理想曲线，b图为实际曲线
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图3 相对湿度与抽真空时间的关系
由于抽真空保养的关键在于控制系统内环境相对湿度，抽真空只能促进系统内水分的蒸发，降低系统内环境水分，并不能完全去除水蒸气；同时，由于在真空达到平衡值后系统内相对湿度不一定能达到临界值（60%）。如图3，在A点之前，由于系统内水分含量较高，随着抽真空时间的进行，相对湿度迅速下降，在A点之后，由于系统内真空达到衡定值，其相对湿度也不再变化，此时若在系统适当位置通入一定量的干燥空气，则可将系统内湿空气置换出，即出现B点之后的曲线。是否需要通入干燥空气来进行置换操作，则完全取决于相对湿度的变化，在整个过程中，相随湿度的监测便显得尤为重要。
故在实施真空干燥时，应在被抽吸的热力系统的适当位置安装1只临时真空表，并观察真空的变化趋势以进行初步判断，同时，需在抽真空的同时配合检测抽气装置出口相对湿度的变化，以相对湿度达到预定值作为抽真空包养的最终判定。
4 实施方案及步骤
由于某电厂#1、2机组停炉保养已采用氨水碱化-余热烘干法，本次改进是在原方法基础上补充为氨水碱化-真空干燥法，氨水碱化内容不做赘述。抽真空通过真空泵实现，将汽包压力表更换为真空表，用于监测系统内真空变化；测定真空泵出口空气相对湿度来判定抽真空终点。抽真空流程如下图4。
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图4 抽真空流程图
4.1 停炉过程中的实施步骤[1]
在停炉过程中，锅炉全面放水后，将汽包压力表更换为真空表，启动真空泵后，汽包就地真空表压力抽到-55KPa以下维持运行6小时后启动锅炉一次风机、引风机进行排渣，利用床料余热烘干受热面，同时在真空泵汽水分离器排气口测定相对湿度。当锅内空气湿度不再明显降低时，可全开过炉过热器、再热器对空排气门约1h，用空气置换锅内残存湿气。然后关闭空气门，使真空度回升。继续抽真空1.0h-2.0h后，全开过炉过热器、再热器对空排气门，用空气置换锅内的残余湿气，直至锅内空气相对湿度（真空泵汽水分离器排气口）降到60%。
4.2 长周期停运期间的实施方案
当机组无检修工作时需长周期（≥一季度）停机时，可通过维持机组真空来达到保养的目的，具体方法为：投运轴封系统，每隔6小时启动两台或三台真空泵，抽真空1小时并测量真空泵汽水分离器排汽口排汽湿度小于60%后停运真空泵，具体执行第一阶段抽真空间隔6h，执行周期2天，执行周期内10min、60min测定湿度合格后进入下一阶段；第二阶抽真空间隔4h，执行周期12天，执行周期内10min、60min测定湿度合格后进入下一阶段；第三阶段抽真空间隔24h，执行周期4天，执行周期内10min、60min测定湿度合格后进入下一阶段. 若第一阶段执行合格后方可进入下一阶段，第一阶段执行不合格，则抽真空按该阶段周期进行，以此类推，第三阶段执行合格后则按该阶段间隔进行抽真空。
5抽真空保养效果评价
5.1 冷态启动期间热力系统水质分析
尽管某电厂#1、2机组已经过无铜化改造，但在给水系统部分阀门套管为铜或铜合金材质，在长期停运之后首次启动时水中应该会出现一定量的铜，这在实际运行中也有明确的反应。图5为某电厂#2机组停运147天后冷态启动阶段系统铜含量曲线，整体来看，除炉水在冲转前含有一定量的铜之外，给水及蒸汽系统铜含量始终处于较低水平。启动阶段炉水中检测到的铜则主要由于锅炉冷态冲洗、上水采用给水泵补充，给水系统中的残余的铜杂质被冲刷带进锅炉汽包及水冷壁系统，造成在启动初期炉水铜含量较高的假象，但经过8小时的换水排污后，在机轮机冲转前已降至10ug/l以下，符合冲转阶段的水质要求，在发电机并网时降至5ug/l，给水、蒸汽均低于3ug/l，达到合格标准。
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图5 冷态启动阶段系统铜含量曲线
图6为某电厂#2机组停运147天后冷态启动阶段系统铁含量曲线，总体来看，冷态启动后给水、炉水及蒸汽铁含量均较低，呈现出稳定下降的趋势；相较于蒸汽，给水、炉水含铁量较大，但其依然处于标准规定的合格范围，而饱和、过热蒸汽铁含量始终保持在较低的期望范围内；各水样铁含量总体控制较优，并且在发电机并网前已达到合格标准。
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图6 冷态启动阶段系统铁含量曲线
凝结水的铁含量指标很好的反映了空冷岛、排气装置的氧化锈蚀情况，而空冷岛是空冷机组防锈蚀保养的难点。从图7可以看出，在汽机冲转后的短时间内，凝结水铁含量便降低至回收标（200ug/l），而且其峰值含量也低于900ug/l，说明停运期间空冷岛所形成的氧化铁垢总量较少；在汽机冲转4小时之后降低至回收标准，之后投运精处理过滤装置，在发电机并网7小时后达到正常运行的合格标准（≤80ug/l），常规方法的停炉保养是很难让空冷机组达到这样的标准的，这说明在长达147天的停炉周期内，通过抽真空来控制相对湿度的方法很好的降低了空冷岛氧化锈蚀速率。
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图7 冷态启动阶段凝结水铁含量曲线
5.2 经济效益分析
采用抽真空控制相对湿度的方法可实现机组的长周期（＞一季度）保养，而之前所使用的方法最多实现一季度以内的保养，然后再采取氨-联氨湿法保养，大大的节省了药品费用，同时，也经济的解决了其他保养方法所不能实现的空冷岛保养，降低了空冷岛锈蚀造成的经济损失。对比长周期保养之后冷态启动水质指标来看，水质指标的提前合格大大的节约了冲洗用水和排污用水，同时实现了同等条件下机组提前并列发电及加载负荷的可能性，提高了机组的经济性。
6 结论
在停炉阶段结合抽真空方法，可提高锅炉系统的干燥程度，同时对低压给水系统除水去湿也有积极的促进作用，进一步提高停炉保养的效果。通过氨水碱化-余热烘干这一常规的停炉保养方法结合抽真空操作，可以将保养周期由一季度延伸至长期有效；甚至在系统检修之后也可以抽真空来控制相对湿度，进行后续的保养，操作简洁，效果明显。可将锅炉、汽机、高低加、空冷岛及排汽装置等热力系统整体抽真空，对以上给系统均能起到有效的保养作用，尤其对空冷岛的保养效果突出。该方法在空气相对干燥、相对湿度较低的西北地区具有较为普遍的适用性；在空气相对湿度较高的地区需对使用前仍需深入论证，深入讨论其可行性，制定详细的实施方案试行。
参考文献
[1]王永成等.超临界机组“氨水、联氨钝化烘干+真空干燥”停炉保护[J].热力发电.2012(4)；
[2]李建华等.超临界机组停(备)用保护技术的研究与应用[J].电厂化学学术会议论文.2010；
[3]火力发电厂停(备)用热力设备防锈蚀导则, DLT 956-2005
作者简介
车志刚，男，汉族，工程师，大学本科学历，从事火力发电厂发电运行技术管理工作。
方小龙，男，汉族，助理工程师，大学本科学历，从事火力发电厂发电运行技术工作。
杨飞，男，汉族，助理工程师，大学本科学历，从事火力发电厂发电运行技术工作。
论文作者:车志刚,方小龙,杨飞
论文发表刊物:《电力设备》2019年第22期
论文发表时间:2020/4/13
标签：真空论文; 相对湿度论文; 系统论文; 机组论文; 周期论文; 热力论文; 蒸汽论文; 《电力设备》2019年第22期论文;