山西昱光发电有限责任公司 山西省朔州市 036900
摘 要：本文介绍了山西昱光发电有限责任公司2*300MW机组热力系统还原性全挥发处理AVT(R)方式运行目前遇到的困难，并且由给水取消加联氨逐步过度至给水氧化性全挥发处理AVT(O)的过程。
关键词:氧化性全挥发处理、水质控制参数
包锅炉给水氧化性全挥发处理AVT(O)在减缓锅炉受热面结垢速率、抑制高加压差上升，延长锅炉化学清洗周期和降低水处理药剂消耗等方面均取得了明显优于给水全挥发AVT(R)处理的结果。在汽包锅炉中，当给水水质很纯时，采用给水氧化性全挥发处理同样能降低给水的含铁量。该技术能降低机组运行成本，提高机组效率，积累了一定的经验。
1 锅炉概况及水处理工况存在问题
山西昱光发电有限责任公司1#、2#机组为2×300MW汽轮发电机组，锅炉为上海锅炉厂生产的SG-1065/17.5-M4505的循环流化床锅炉，汽轮机为上海汽轮机厂生产，形式为亚临界、一次中间再热、反动式、单轴、双缸、双排气、海勒式间接空冷凝汽式汽轮机；发电机为上海电气集团生产的QFS2-300-2。
1.1 概况
锅炉为亚临界参数强制循环汽包炉。
昱光电厂#1、#2机组各有3台低压加热器，编号为#5、#6和#7，运行中给水的流向为：轴封加热器→#7低压加热器→#6低压加热器→#5低压加热器。
1#、2#机组各有三台高压加热器，制造商为东方锅炉股份有限公司，编号为1#、2#和3#，运行中沿给水流向为：除氧器→3#高压加热器→2#高压加热器→1#高压加热器。
1.3 水处理方式
补给水处理系统：山阴县污水厂中水→双介质过滤器反渗透→一级除盐→混床→除盐水水箱。
凝结水处理系统：凝汽器→精处理粉末树脂过滤器→精处理高速混床→轴封加热器。
给水采用加氨、联氨处理，分别加在精处理出口母管和除氧器下降管处。
炉内水处理方式为氢氧化钠处理。
停炉保护自投产起采用热力系统热炉放水余热烘干。
机组设计给水采用还原性全挥发处理AVT(R)。
1.4 AVT处理方式在昱光电厂运行中遇到的问题
机组投运以来，低压给水系统存在明显的电化学腐蚀。
机组在AVT(R)水化学工况下正常运行时，给水、疏水含铁量较高，一般在20μg/L ~35μg/L，易造成高加水侧沉积物量、锅炉结垢速率高，并于2012年08月发现#1机组给水泵前置泵超电流，怀疑与给水泵滤网污堵有关。2012年08月11日#1机组小修期间检查给水泵滤网，存在暗黑色四氧化三铁沉积物，表明铁锈附着比较明显。
根据水质分析结果看，给水的铁含量维持在20-35μg/L，炉水的铁含量维持在5-15μg/L，表明在高压给水系统至炉本体有明显的铁腐蚀产物沉积情况的发生，高加水侧腐蚀产物沉积情况严重时，会造成给水泵电流增大、锅炉供水不足；锅炉水冷壁腐蚀产物沉积严重时，会造成锅炉效率下降、水冷壁管垢下腐蚀或过热爆管事件的发生。据电科院分析给水含铁量超标的原因：一方面给水pH控制标准偏低；另一方面在设计运行方式上的特殊性，在设计的全挥发处理方式使整个热力系统金属内表面处于还原性的环境，在还原性的环境下金属腐蚀产物成疏松的状态附着在金属表面，加大了系统的流动加速腐蚀。为此，在机组运行过程中，给水阳离子导电度合格后，开始对给水AVT(O)处理方式的摸索。
因此，对昱光电厂#1、#2机组汽包锅炉给水还原性全挥发处理处理方式调整为给水氧化性全挥发处理，以解决还原性全挥发处理存在的问题。
2 同类型机组运行状况
采用海勒式间接空冷的机组在国内有10台机组（丰镇电厂#3、#4、#5、#6机组、大同二电厂机组#5、#6机组、宝鸡二电厂#5、#6机组和山阴昱光电厂#1、#2机组）。
大同二电厂#5、#6机组于1992年实现给水加氧处理，目前运行稳定。
宝鸡二电厂#5、#6机组2011年投运，目前采用还原性全挥发处理方式。
本公司机组根据电网调度情况一方面启停频繁，另一方面备用时间较长，不具备给水加氧处理的条件，所以氧化性全挥发处理成为可选的给水处理方式。
3 FAC机理和AVT(O)处理原理
3.1 流动加速腐蚀的机理
流动加速腐蚀是指在紊流且还原性条件下发生的腐蚀，简称FAC。
在紊流无氧的条件下，钢材表面的氧化膜层不是很致密，尤其是在一定温度范围内和水流高流速的条件下，氧化膜容易被溶解，溶解下来的铁离子不断被冲走，从而导致氧化膜不断溶解，钢材不断被腐蚀。
影响流动加速腐蚀速度的因素主要有以下几个方面：
（1）水的流速。水的流速越高，局部扰动越厉害，腐蚀速度越大。流速小于1米/秒时，腐蚀速度与流速基本上呈线性关系；流速大于1米/秒时，腐蚀速度与流速呈三次方关系。
（2）pH值。pH值越低，腐蚀速度越大。
（3）温度。流动加速腐蚀一般在150～200℃的范围内达最大值。
（4）氧化还原电位。氧化还原电位的高低取决于水是还原性还是氧化性，还原性条件下，氧化还原电位＜0mV。联氨是还原剂，联氨浓度越高，电位越低；氧化性条件下，氧化还原电位＞0mV，氧的浓度越高，电位越高。
（5）金属材料成分。碳钢容易发生流动加速腐蚀。钢中即使是微量的铬、铜和钼（尤其是铬），也能明显减轻流动加速腐蚀。如铬含量大于0.04%时，钢材的抗流动加速腐蚀性能会得到明显改善。
（6）流通截面的几何形状。如弯头和三通，对流动形成干扰的因素都会促进流动加速腐蚀。
（7）湿蒸汽的环境比水更容易发生流动加速腐蚀。
美国电科院EPRI的全挥发处理导则的建议：
为使流动加速腐蚀最小化，碳钢加热器和管道的给水系统需要在pH为9.2～9.6的条件下运行；如果凝汽器管子是铜合金，则将pH的上限降低至9.4。
对于无铜给水系统的机组，不建议使用联氨，此时只要使氧化还原电位大于1mV，就可以使流动加速腐蚀最小化。
3.2 AVT(O)处理原理
传统的给水AVT(R) 处理是尽量降低给水的含氧量，并加入氨提高水汽系统的pH 值，加入联氨除去给水剩余的氧，使水汽系统处于还原性条件下。给水AVT 处理时，碳钢表面是磁性四氧化三铁保护膜，磁性四氧化三铁在高温纯水中有较高的溶解度，特别在高速流动的纯净给水中容易被溶解，从而使碳钢制高压加热器、给水管、省煤器和疏水系统发生流动加速腐蚀现象，给水的含铁量高。
当水的纯度达到一定要求后（一般氢电导率小于0.2μS/cm），一定浓度的氧（10～300μg/L）不但不会造成碳钢的腐蚀，反而能使碳钢表面形成双层结构、均匀、致密的三氧化二铁+磁性四氧化三铁保护膜，从而阻止碳钢制高压加热器、给水管和省煤器发生流动加速腐蚀。
碳钢在纯水中的pH-电位图， AVT(R)处理碳钢电位在稳定和磁性四氧化三铁钝化区， AVT(O)处理碳钢电位在磁性四氧化三铁和三氧化二铁钝化区。
4 AVT(R)处理转化为AVT(O)处理的试验方法
4.1 加氧处理前准备工作
机组给水按AVT(R) 方式，控制给水pH 值为8.4～8.6，炉水pH 值大于9.4～9.6，对水汽品质全面查定。
将凝结水的pH 值控在8.4～8.6，凝结水氨含量在49μg/L～74μg/L 范围内，精处理高速混床周期制水量在25 ～30万吨左右。给水含铁量平均值为26μg/L，与其它机组相当。本水汽系统为无铜系统。
4.2 给水AVT(O)试验
加氧预备试验包括：精处理树脂彻底再生，提高热力系统水汽标准；停止向凝结水、给水加联氨。
严格空时给水pH 值至8.4 ～8.6；炉水加适量氢氧化钠，使炉水pH 值处于9.4~9.6范围内。
调整除氧器排气，将除氧器溶氧控制在10μg/L。
4.3 给水从AVT(R) 处理向AVT(O)处理转化
调小除氧器排氧门，逐步提高给水水质的氧化电位。根据已实施AVT(O)处理方式的机组经验，低压给水系统在几天之内即可被钝化，除氧器入口含氧量明显升高；整个水汽系统的钝化转化过程共计需用时约3-6个月。
4.4 精确控制给水pH
4.4.1 给水pH 按标准值8.4～8.6 控制
根据省煤器入口的电导率调整精处理出口加氨量，控制省煤器入口电导率（SC）为0.85μS/cm～1.0μS/cm，以维持给水pH 值为8.4～8.6。与此同时，向炉水加入适量氢氧化钠调整炉水pH 值为9.4～9.6。控制锅炉排污量以保证炉水氢电导率小于1.5μS/cm。监测热力系统汽水品质变化情况。
4.4.2 给水pH 低于标准值运行时会出现的问题
在给水系统的水流中，若同时含有O2和CO2时，会显著加速腐蚀。这是因为，O2的电极电位高，易形成阴极，侵蚀性强；CO2使水呈酸性，破坏保护膜。这种腐蚀特征往往是金属表面没有腐蚀产物，而是随着O2含量的多少，呈或大或小的溃疡状态，且腐蚀速度很快。
在凝汽器、以及低压给水系统的部分密封件可能采用铜件，故当水中的含有游离的O2和CO2时，还会引起铜管腐蚀。
给水加NH就是相当于用氨水的碱性来中和碳酸的酸性。碳酸是二元酸，它和氨水的中和反应有以下两步：
NH4OH+H2CO3 NH4HCO3+H2O
NH4OH+NH4HCO3 (NH4)2CO3+H2O
计算表明，若加入的氨量恰好将H2CO3中和至NH4HCO3，水的pH值约为7.9；若中和至(NH4)2CO3，水的pH值为9.6，通常，加氨的目的是调节水的pH值在8以上，所以加的氨量基本上完成第一步所需的量，或稍多于此量。
5 给水AVT(O)处理方式产生的效果
5.1 水汽系统的铁、铜含量
给水由AVT(R)处理改为AVT(O)处理后，热力系统的含铁量明显下降，铜的含量在一个波动之后会稳定在较低的水平。铜离子产生波动的原因是：根据垢样分析，AVT 工况时，锅炉水冷系统沉积物中含有铜，经过一段时间加氧运行后，沉积在垢样中的铜离子和沉积在采样管中的铜离子会溶解分散到水中，通过锅炉排污排出，炉水铜含量降至较低水平。给水采用AVT(O)处理后，水汽系统其它部位的含铁量也大幅下降。
给水含铁量的大幅度降低，意味着进入锅炉的腐蚀产物大幅度降低，这将大大降低锅炉高加、省煤器和水冷壁腐蚀产物的沉积量。
5.2 凝结水精处理运行周期
给水采用AVT(O)处理后，因为给水的pH值远低于国家标准8.8～9.3，相应给水、凝结水的氨含量较国家标准有较大幅度的下降，凝结水精处理混床的运行周期大大延长，周期制水量统计在25～30 万吨。给水采用AVT(O)处理后较同类型电厂精处理周期制水量的3 倍左右，再次强调，精处理运行周期的延长，必须保证树脂再生时擦洗干净和树脂的再生效果（度）。
5.3 汽水系统水汽品质及杂质的溶出
在炉水开始加氢氧化钠、给水停止加联氨后，汽包和下联箱炉水中PO43-即开始升高，随着AVT(O)处理时间的延长， PO43-不断降低。究其原因，炉水采用AVT处理时，曾经因炉水pH值的偏低向炉水加过磷酸盐，水冷壁内表面的氧化膜中含有磷酸盐（磷酸盐垢和“隐藏”的磷酸盐），在给水由AVT(R)向AVT(O)转化时，水冷壁氧化膜的形态发生了变化，磷酸盐溶出所致。
在给水由AVT(R)向AVT(O)转化时，给水、饱和蒸汽和过热蒸汽的氢电导率会随着氧含量的升高而短期上升，这是因为加氧后氧化膜的氧化形态和相态发生变化时，一些阴离子杂质从氧化膜中溶出。
5.4 下联箱炉水、给水含氧量与机组负荷的关系
汽包炉给水AVT(O)与直流炉最大的不同是杂质在炉水中浓缩，当炉水中存在大量氧时，氯离子会对水冷壁管发生腐蚀，因此要控制进入水冷壁管的氯离子和氧含量，即控制进入下联箱炉水的氯离子和氧含量。按有关研究和工业试验结果，下联箱炉水氯离子含量应小于100μg/L，氧含量控制在小于5μg/L ~10μg/L。
锅炉内溶氧达平衡后，加入给水中的氧除少量消耗在给水系统和省煤器的氧化膜修复外，大部分进入汽包内进行再分配。热力学上讲，平衡时汽包内高温炉水中溶解氧浓度极小，当含氧给水进入汽包后氧几乎全部进入饱和蒸汽，但是当给水进入汽包后即被炉水稀释进入下降管，进而进入下联箱，则下联箱炉水就会含有溶解氧，其比例取决于汽包内部结构和炉水循环倍率。对特定锅炉而言，炉水循环倍率取决于机组负荷。为了控制下联箱的溶解氧，需要研究给水溶解氧、下联箱溶解氧和机组负荷的关系。
锅炉炉水溶氧随锅炉负荷波动影响不大，原因是锅炉给水在汽包内分配，能使给水与炉水充分混合加热，给水溶解氧有足够的平衡时间进入饱和蒸汽。
六、结论：
通过对我厂给水处理方式转化为AVT(O)方式后综合分析，以及对给水采用AVT(O)处理方式的机组的比较，我厂两台机组在将给水处理方式由AVT(R)转化为AVT(O)方式，取得了成功的经验。
1、 通过优化精处理高混树脂再生工艺，提高精处理高混树脂的再生度，可以改善精处理混床出水水质，最大限度降低精处理出口氯离子含量，给水、炉水水质能够满足加氧处理的要求，锅炉排污量大幅度降低。
2、 给水AVT(O)处理方式，水汽系统含铁量会大大降低，高加入口给水含铁量从会明显降低，低、高压给水系统存在的FAC 被抑制，这将大大降低锅炉及高加受热面的结垢速度，延长锅炉和高加的化学清洗周期。
3、 随着高加入口含铁量的降低，高加水侧的氧化膜由四氧化三铁向致密的三氧化二铁转变，减少了系统冲刷腐蚀的程度，机组高加压差长时间内稳定在正常的水平。
4、 给水AVT(O)处理方式并将给水的pH 控制在8.4～8.6，凝结水精处理混床的运行周期大大延长，减少了精处理再生酸碱用量，减少再生废液排放量，有利于环保。
5、 给水氨的加入量为49μg/L～73μg/L 远低于国家标准的146～726μg/L，氨的使用量大幅降低，停加联氨。
6、 在给水从AVT(R)方式向AVT(O)方式转化过程中，给水、饱和蒸汽和过热蒸汽的氢电导率会随氧浓度的增高而增高，引起氢电导率升高的原因是阴离子主要是CrO42-，也有少量无机阴离子(Cl-、SO42-)、低分子有机酸根（甲酸根、乙酸根）。这些阴离子可能是转化过程中，热力系统或取样管道氧化膜形态和物相改变时，从氧化膜溶出所致。系统金属表面氧化完成后氢电导率降至较低的水平。
建议现场化验配备离子色谱仪，增加分析的准确性和腐蚀产物的结构，系统在线表计需增设除氧器出口阳离子导电度表和炉水阳离子导电度表。
参考文献：
［1］党黎军.循环流化床锅炉的启动调试与安全运行［M］.北京：中国电力出版社，2002
［2］06.1500.089-01 HG-1025/17.5-L.HM37 循环流化床机组说明书［S］
作者：王小平，1998年毕业于太原理工大学化学工程专业，现任山西昱光发电有限责任公司化学主管。
论文作者:王小平
论文发表刊物:《电力设备》2017年第23期
论文发表时间:2017/11/27
标签：机组论文; 锅炉论文; 系统论文; 汽包论文; 方式论文; 加热器论文; 电位论文; 《电力设备》2017年第23期论文;