超临界机组给水加氧处理技术.pdf

第 2 6卷第 2期 2 0 1 1 年 6月 电 力 科 学 与 技 术 学 报 J OURNAL OF EI ECTRI C POWER S CI ENCE AND TECHNOLOGY Vo1 ． 2 6 No ． 2 J u n ． 2 0 1 1 超 临界机组给水 加氧处理技术 潘定立 ，张雅 丽 ( 大唐三 门峡发 电有 限责 任公 司 ， 河南 三门峡4 7 2 1 4 3 ) 摘 要 ： 大唐三门峡发电有限责任公司的 3 #机组给水早期采用还原性全挥发处理方式， 存在流动加速腐蚀 ， 机组 投运不到 2年， 水冷壁垢量就接近化学清洗标准 ， 现在改用给水加氧处理技术． 介绍给水加氧处理技术， 分析应用 效果． 与还原性全挥发处理方式比较， 加氧处理技术具有锅炉受热面结垢速率低、 化学清洗周期短、 精处理混床运 行周期长 、 自用水率低以及化学加药量小等优 点 ， 提 高了机组运行 的经济性 和安全性． 关 键 词 ： 超临界机组I 力 Ⅱ 氧处理； 腐蚀； 汽水品质 中图分类号 ： T K 2 2 3 ． 5 文献标识码 ： A 文章编号： 1 6 7 3 — 9 1 4 0 ( 2 0 1 1 ) 0 2 — 0 1 2 3 — 0 5 Ox y g e na t e d f e e d 。 wa t e r t r e a t me nt t e c h no l o g y a t t h e s u pe r c r i t i c a l u n i t s PAN Di n g — l i 。Z HANG Ya — l i ( Da t a n g S a n me nx i a Po we r Ge ne r a t i o n Co ．Lt d ．，S a n me n x i a 4 7 2 1 43 ，Ch i n a ) Ab s t r a c t ．． Th e f e e d — - wa t e r a l l v o l a t i l e t r e a t me n t( AVT)wa s a p p l i e d i n t h e g e n e r a t o r u n i t 3 o f Da - - t a n g S a n me n x i a P o we r Pl a n t Co ． Lt d ． Th e g e n e r a t o r o p e r a t e d l e s s t h a n t wo y e a r s ，t h e s c a l e q u a n t i t y o f wa t e r - wa l l t u b e s wa s c l o s e t o t h e l i mi t i n g v a l u e s o f Ch i n a Ch e mi c a l Cl e a n i n g S t a n d a r d d u e t o f l o w— a c c e l e r a t e d c o r r o s i o n ( FAC) ． I n o r d e r t o i mp r o v e i t ，t h e f e e d — wa t e r o x y g e n a t e d t r e a t me n t( OT)i s c u r r e n t l y u s e d ． Th e OT t e c h n o l o g y i s i n t r o d u c e d a n d i t s a p p l i c a t i o n r e s u l t s a r e a n a l y z e d i n t h i s p a p e r ． OT h a s s e v e r a l a d v a n t a g e s o v e r AVT，e ． g，l o w d e p o s i t i o n r a t e o f b o i l e r h e a t i n g s u r f a c e ，l o n g p e r i o d o f t h e c h e mi c a l c l e a n i n g，l o n g o p e r a t i o n p e r i o d o f mi x e d b e d， l O W a u x i l i a r y wa t e r r a t i o a n d c h e mi c a l d o s i n g q u a n t i t y。e t c ．Th e e c o n o my a n d s e c u r i t y f o r t h e u — n i t o p e r a t i o n i s o b v i o u s l y i mp r o v e d ． Ke y w o r d s ： s u p e r c r i t i c a l u n i t s ； f e e d wa t e r o x y g e n a t e d t r e a t me n t ； c o r r o s i o n； s t e a m— wa t e r q u a l i t y 大唐三 门峡发电有限责任公司 3 #机组于 2 0 0 6 年 6月 3 0日通过 1 6 8试运正式投产 ， 其锅炉为哈尔 滨锅炉厂生产的 HG一1 9 0 0 ／ 2 5 ． 4 一YM4型超 临界 参数变压运行直流炉 ， 为单炉膛、 一次再热、 平衡通 风 、 露天布置 、 固态排渣、 全钢构 架、 全悬 吊结 构 Ⅱ 型锅炉． 机组 自投运以来 ， 给水一直采用除氧、 加氨、 收稿 日期 ： 2 0 1 1 —0 3 —1 7 通 讯作者： 张雅丽( 1 9 7 O 一) ， 女， 高级工程 师 ， 主要从 事电厂化学研究 } E — ma i l ： h y d e z y l @1 2 6 ． c o m 1 2 4 电 力 科 学 与 技 术 学 报 加联氨处理方式 ， 即还原性全挥发 A V T( R) 方式[ 1 ] ， 凝汽器冷却管为不锈钢材质 ， 水汽系统属无铜系统， 凝结水 1 0 0 处理， 炉内加药 自动控制， 化学在线仪 表投入率 大于 9 7 ， 准确率 大于 9 8 ， 运行 正常． 2 0 0 8年 3月份割管检查 3 #机组时发现水冷壁向火 侧垢量为 1 8 7 g ／ m ， 结垢速率达到 1 0 7 g ／ ( m。a ) ． 机组运行不到 2年， 垢量已接近酸洗标准． 造成锅炉结垢速率高的原因为锅炉给水采用的 全挥发处理方式 AVT( R ) 本身的缺陷所致[ 2 ] ： AVT ( R ) 处理所形成的柱状尖 晶石结构 ( 四氧化三铁形 态) 保护膜在纯水 中溶解度较 高， 对 流体的阻力 大， 产生的冲刷剧烈 ， 即微观形态下 的流动加速腐蚀也 更剧烈 ， 使得进入锅炉给水 的腐蚀产物增加 ， 沉积到 锅炉管内进而导致锅炉结垢速率高． 如果 采用加氧 处理( OT) 方式， 利用给水 中溶解氧对金属的钝化作 用 ， 使金属表面形成致密 的保护性三氧化二铁保护 膜 ， 该保护膜在纯水中溶解度极低 ， 而且表面圆润光 滑的三氧化二铁晶体可 以改善 流体阻力、 减缓流动 腐蚀、 降低锅炉结垢速率[ 3 ] ． 因此 ， 决定 3#机 组 给水时对其采用加氧处理方式． 加氧前的准备工作 1 ． 1 3 #机 组进行 化学 清洗 根据规 定[ 5 ] ， 锅 炉水冷 壁管 内的结垢 量 达到 2 0 0 ~3 0 0 g ／ m 时 ， 在给水 采用加氧处理前宜进行 化学清洗． 由于 3 #机组垢量已接近 2 0 0 g ／ m ， 故在 2 0 0 9年 2月份利用 3 #B检修机会 ， 对 3 #机组的省 煤器和水冷壁进行化学清洗 ， 除垢率为 9 8 ． 4 3 ， 平 均腐蚀速率为 1 ． 6 7 g ／ ( m h ) ， 平均腐蚀 总量为 1 6 ． 7 g ／ m。 ， 清洗质量符合要求[ 6 ] ， 达到优 良标准． 1 ． 2 加 氧处 理设 备改 造 1 )原 3 #机组配备的给水加氧设备的汇流排及 相应 阀门为不锈钢材质 ， 不符合文献[ 7 3 第 9 ． 0 ． 2 条 氧气管道管材 的选用规 定， 要求 压力≥ 1 0 MP a的 氧气管道应该选用铜合金 ， 遂将汇流排及相应阀门 更换为铜材质产品． 2 )增 加 加 氧 自动控 制 柜．由于 氧气 气 源 为 1 6 MP a以上的高压氧气瓶 ， 运行 中氧气 的加入量 必须随系统 的压力和给水流量 的变化而变化 ， 如果 单靠人工调整 ， 不仅工作量大， 而且无法保证系统中 溶解氧量值稳定地控制在 3 O ～1 5 0 F g ／ L [ 8 ] ， 如果波 动过大， 将影 响炉管内三氧化二铁膜的质量 ， 达不到 加氧处理的目的． 因此 ， 增加了一套西安热工研究院 有限公司生产的 DY一5 一Ⅲ锅炉给水 自动加氧装 置 ， 此装置具有同时满足精处理出口和给水泵入 口 两点 自动加氧控制 、 水质恶化 自动停止加 氧、 就地 ( 下位机) 和远程( 上位机) 自动／ 手动加氧、 加氧电磁 阀开关状态反馈 、 远程关闭加氧电磁阀等功能． 1 ． 3 给水 加氧 管道 改造 系统原设计加氧点有 4点 ： 精处理混床出口母 管 1点 ， 除氧器 3根下降管各 l 点 ， 管径为1 2 mm． 其中精处理混床出 口母管加氧管道符合要求 ， 但是 除氧器出口加氧管道在加 氧间分为 3根加氧管道 ， 由于气体的可压缩性 ， 加氧管道体积太大， 当加氧点 压力波动时 ， 会使系统氧含量产生相当大的波动 ， 偏 离 3 O ～1 5 0 F g ／ L范围， 因此 ， 需进行改造 ： 在加氧问 采用 1 根加氧管道 ， 在就地加氧点再分为 3根． 改造 完毕后 ， 用氮气进行汇流排和控制柜的耐压和严密 性试验 ， 合格后备用． 1 ． 4 在 线化 学仪 表校验 在进行给水加氧处理试 验期 间， 为确保给水 品 质 ， 在加氧前对水汽系统所有在线仪表按仪表检验 规程 进行校验 ， 保证仪表连续稳定运行 ， 测 量准 确． 3 #机组水汽监测化学在线仪表配备 ： ①凝结水 泵出口——氢电导率 、 p H值 、 钠、 溶解 氧表 ； ②除氧 器人 口——氢 电导率 、 p H 值、 溶解氧表 ； ③省煤器 入 口——氢电导率 、 溶解 氧 、 硅 、 p H 值 表 ； ④ 主蒸 汽——氢 电导率、 溶解氧、 硅、 钠表 ； ⑤再热蒸汽—— 氢电导率 、 钠表 ； ⑥精处理混床出口—— 电导率、 硅 、 钠表； ⑦高加疏水——氢 电导率、 溶解氧表． 1 ． 5 A V T( R) 处理方式水汽品质查定试验 2 0 0 9年 4月 1 —3日， 3 #机组给水按 A VT( R) 处理方式运行 ： 控制低压给水 p H 值为 9 ． 0 ～9 ． 3 ， 省煤器人 口p H值为 9 ． 3 ～9 ． 5 ， 联氨含量为 3 0 ～5 0 F g ／ L ， 进行水 汽品质查 定试验 ， 重 点监测蒸 汽、 给 水 、 凝结水和精处理 出口氢电导率 、 阴离子以及铁含 量． 查定结果 ： 1 )凝 汽器 严 密 无 泄 漏 ， 凝 结 水 溶 解 氧 小 于 3 0 t - c g ／ L， 在合格范围内； 2 )凝结水精处理高速混床氢型方式运行 ， 出水 正 常 ， C r和 Na 含 量均小 于 O ． 5 t z g ／ L； 第 2 6卷第 2期 潘定立 ， 等 ： 超 临界机组给水加氧处理技术 1 2 5 3 )给水氢 电导率在 0 ． 0 7／ ~ S ／ c m 左右 ， 接近理 论纯水值 ， 给水水质和机组运行情况 、 材质符合加氧 要求 ； 4 )蒸 汽 含 铁 量 正 常， 给 水 铁 含 量 平 均 为 5 ． 2／ ~ g ／ L；高加 疏水 铁 含量 平均 为 2 ． 6／~ g ／ L， 较 高 ， 说 明给水和疏水系统存在流动加速腐蚀的问题 ； 5 )给水加氨量约为 1 0 0 0／ ~ g ／ L ． 1 ． 6氧化性全挥发 A V T( O) 处理 ( 只加氨 ， 不加联 氨 ) 时水 汽 品质查 定 试验 2 0 0 9年 4月 3日 3 #机组 给水停止加联氨 ， 采 用 AVT( O) 处 理 ， 二级加氨 ， 即控制 低压给水 p H 值为 9 ． 0 ～9 ． 3 ， 省煤 器人 口给水 p H 值 为 9 ． 3 ～ 9 ． 5 ；4月 4日停止给水加氨 ， 只在精处理出 口一点 加氨 ， 加大精处理 出口加氨量使精处理 出口凝结水 、 除氧器 人 口和 省煤 器 人 口给 水 的 p H 值 控 制 在 9 ． 3 ～9 ． 5 ．在上 述条 件下 ， 至 4月 5日进行 AVT ( 0) 处理水汽 品质查定试验 ， 重点监测蒸汽、 给水 、 凝结水和精处理 出口水氢 电导率、 阴离子以及水汽 系统铁含量． 查定结果 ： 1 )蒸汽、 凝 结水和精处理 出口水氢 电导率 、 阴 离子、 含铁量基本无变化 ， 给水和高加疏水含铁量稍 许降低 ， 给水平均值 为 4 ． 5 t~ g ／ L ， 高加疏水平 均值 为 1 ． 7 t ~ g ／ L； 2 )在精处理出 口一点加氨 ， 可使整个热力系统 p H值都控制在较 高范 围， 有利于抑制从精处理 出 口至除氧器出口碳钢的腐蚀 ； 3 )虽然改为一点加氨 ， 但省煤器入 口的 p H值 仍维持 9 ． 3 ～ 9 ． 5 ， 因此 系统加 氨量 不变 ， 仍约 为 1 0 0 0 b ~ g ／ L． 2 3 #机组给水加氧( OT) 转化试验 2 ． 1 给水 加 氧处理 转 化及 氧 平衡试 验 2 0 0 9年 4月 5日 9 ： O 0 —1 0 ： O 0开始向精 处理 出口和除氧器出 口下水管加氧 ， 手动调整加氧量 ， 维 持初始加人氧量 1 0 0 ～3 0 0／ ~ g ／ L， 开始加氧转化过 程 ； 4月 7日1 1 ： 3 0调整除氧器排气 门开度至微开 ， 少量冒汽 ； 4月 1 5日 1 1 ： O 0关闭 1 ～3 #高压加热器 汽侧运行连续排气一次 门． 加氧处理转换过程 ： 4月 5日 1 0 ： 0 0开始加 氧， 除氧器人 口 1 h有氧 ， 省煤器入 口给水 4 7 h有 氧， 高加疏水 1 0 d后( 4月 1 5日1 5 ： 3 0 ) 有氧， 冷再热蒸 汽 1 1 d后 ( 4月 1 6日9 ： o o ) 有氧 ， 过热蒸汽 2 1 d后 ( 4月 2 6 E l 1 6 ： 0 0 ) 有氧． 以上取样点氧出现时间与 热力系统流程不符的原因是热力系统氧化膜形成消 耗氧． 同样 地 ， 取 样 管也 消耗氧 ： 主蒸 汽 取样 管为 3 2 mm7 ． 5 mm， 2根 ( T 9 1 ) 合并 ， 并且取 样流量 有 限， 要消耗大量氧． 实际上热力系统氧化膜形成钝 化过程比以上时间要短得多． 2 ． 2 给水 p H 值调 整试 验 1 )给水 p H 值按 9 ． 3 ～9 ． 5运行． 3 #机组开始加氧转化前 ， 给水加氨为精处理出 口一点加入 ， 通过调整精处理 出 口加氨量控制 给水 的 p H 值． 至 4月 1 7日9 ： 0 0 ， 加氧转化试验平衡前 ， 一 直维持省煤器入 口给水 p H值为 9 ． 3 ～9 ． 5 ． 监测 热力系统水质变化情况． 2 )给水 p H值按 8 ． 5 ～9 ． 0运行． 4月 1 7日 9 ： 0 0至 4月 2 4日 1 1 ： 0 0 ， 降低精处 理出口加氨量 ， 使精处理出 口、 除氧器人 口和省煤器 入 口给水 的 p H值 降低至 8 ． 5 ～9 ． 0 ． 监测热力系统 水质变化情况． 2 ． 3氧含 量调 整试 验 4月 2 4 —2 9日控制给水 p H值为 8 ． 5 ～9 ． 0 ， 不 同负荷下维持除氧器人 口和省煤器入 口给水含氧量 3 0 ～1 5 0 g ／ L， 进行精处理 出口和除氧器 出口的加 氧量试验． 同期调试 自动加氧控制装置 ， 精处理出口 加氧量给定值为 5 0 t ~ g ／ L， 除氧器 出 口加氧量给定 值为 7 0 t~ g ／ L ． 监测热力系统水质变化情况． 2 ． 4 试 验 结果 1 )3 #机组加氧过程省煤器人 口含铁量大幅下 降 ， 如图 1 所示． i 删 缸 ! 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0l 1 1 21 3l 4l 51 6l 71 8l 92 o2 1 2 2 2 3 2 4 2 5 日期 ( 4月份) 图 1 省煤器入 口含铁量变化趋势 F i g u r e 1 I r o n r a t e v a r i a t i o n s t r e n d s a t c o a l e c o n o mi z e r e n t r a n c e 1 2 6 电 力 科 学 与 技 术 学 报 2 0 1 1 年 6月 2 )3 #机组加氧过程高 加疏水含铁 量明显下 降， 如图 2 所示． i 咖I 缸 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0l 1 1 21 3l 41 51 6l 7l 8l 92 02 1 2 22 32 42 5 日期( 4月份) 图 2 高加疏水铁含 量变化趋 势 Fi g u r e 2 I r on r a t e v a r i a t i on s t r e nds o f LCH H P h e a t e r d r a i n s 3 )加氧工况与其他工况相 比， 铁含量均明显下 降， 如图 3所示． i 删 抽 ． ． ． 。 主蒸汽 凝结水 糟出除人除出 高加疏水 给水 处理方式 图 3 3 #机 组 不 同 处理 方 式铁 含 量 Fi gu r e 3 I r o n r a t e o f d i f f e r e n t p r o c e s s me t h o d s f o r 3# u n i t 4 )制定 3 #机组给水加氧处理控制标准． 通过 4月 5 —2 9日加氧期 间水质调整试 验结 果 ， 结合文献E 5 3 和[ 8 ] 中的相关规定 ， 制定 3 #机组 给水加氧处理控制标准 ， 如表 1 所示． 表 1 3 #机组水汽控制标准 Ta b l e 1 W a t e r a n d s t e a m c o n t r o 1 s t a n d a r d i n 3# u n i t 3 应用效果 1 )水汽质量． 2 0 0 9 年 5月份 3 #机组采用 O T工况和 2 0 0 8年 5 月份采用的水汽品质( 月平均值) 对 比如表 2所示． 2 )经济、 安全效益分析． ①3 #机组加氧一年所需 的氧气运行费用仅需 0 ． 5万元 ， 加氧 自动装置只需定期清扫， 基本无维护 费用和工作量． ②除氧器排氧门基本全关 ， 按 1 ～2 t ／ h的排汽 量计算 ， 可节约除盐水成本费用约 3 5万元／ 氖 O O O O O O 0 O 7 6 5 4 3 2 1 第 2 6 卷第 2期 潘定立 ， 等 ： 超临界机组给水加氧处理技术 1 2 7 表 2 A VT( R ) 工况和 OT工况下的汽水品质对 比 T a b le 2 w a t e r a n d s t e a m q u a li t y c o m p a r is o n 5 结语 b e t we e n AVT( R) a n d 0T 氢 电导率 溶解 氧／ 全铁／ p H值 监测 点 工况 ℃ ‘ g ‘ g ， ( 5 ℃ ) ( ~ s ／ c m) L ) L ) 凝泵 出口 精处理 出口 ( 加氨后) 省煤器 人 口 主蒸汽 AVT( R)0 ．1 2 23 ． 2 4． 5 — 0T 0 ．0 9 1 9 ．1 1 ． 2 一 AVT( R)0 ． 07 — 2． 1 9 ． 3 0T 0 ． 07 —0 ． 9 8 ． 8 AVT( R)0． 0 9 3 ． 2 6 ． 6 9 ． 4 0T 0 ．0 8 6 8 1 ． 0 8 ． 8 AVT( R)0 ． 09 2 ．1 2． 0 一 高加疏水 AVT( R) 0 4 5 0T O ． 2 5 ③联胺停加 ， 氨水量降低至原来的 1 ／ 4 ， 可节约 联胺费用和氨水费用约 1 O万元／ a ； 停用加联氨设备 和给水泵入 口加氨设备 ， 可节约设备维护费用约 3 万元 ／ a ． ④精处理高速混床 的再生周期 由原来 1周延长 到 1 个月以上 ， 每年可减少再生次数 7 O余 次 ， 每次 再生酸碱费用 以 3 0 0 0元计 ， 每 年可节约 2 O多万 元 ； 每次 自用水以 2 0 0 t 计算 ， 可节约 1 4 0 0 0 t ／ a除 盐水 ， 若每吨除盐水成本 按 2 O元计算， 可节约制水 费用 2 8万元／ a ， 同时降低 了运行人员的劳动强度． ⑤加氧工况运行稳定 ， 水质 良好 ， 有效抑制了锅 炉的结垢、 腐蚀速率 ， 提高 了锅炉的热效率 ， 可将酸 洗年限延长到 i 0 a左右． ⑥停用联胺 ( 剧毒药剂 ， 致癌) ， 减少了一个安全 隐患 ； 有强烈刺鼻气 味的氨水使用量的减少大大改 善了值班员的工作环境． 给水加氧处理主要是通过 向弱碱性水 中加入氧 气 ， 促使金属表面生成更加致密、 溶 出率更低的保护 性氧化膜 ， 整个系统 的含铁量将会稳定在一个很低 的水平 ， 通过在 3 #机组上的实际应用 ， 证 明加氧工 况在降低锅炉结垢速率、 减少炉内加药量 、 延长精处 理运行周期、 降低运行费用等提高机组的安全性和 经济性方面有着明显的优势 ， 值得在超临界机组上 推 广． 参考文献 ： [ 1 ]李志刚， 李贵成 ， 沈保中， 等． 华能石洞口电厂 6 0 0 Mw 超临界机组 给水加 氧 、 加氨联合处理应用研 究[ J ] ． 热力 发电 ， 1 9 9 8 ， 2 7 ( 6 ) ： 4 2 — 5 0 ． LI Z h i — g a n g ，LI Gu Pc h e n g ，S HEN Ba o — z h o n g，e t a 1 ． Ap p l i c a t i o n a n a l y s i s o f 6 0 0 M W s u p e r c r i t i c a l u n i t c o m— b i n e d wa t e r t r e a t m e n t wi t h Ox y g e n —- a d d i n g a n d Ammo —- n i a — a d d i n g f o r Hu a n e n g S h i d o n g k o u p o we r p l a n t [ J ] ． Th e r ma l Po we r Ge n e r a t i o n， 1 9 9 8， 2 7 ( 6 )： 4 2 — 5 0 ． [ 2 ]DL ／ T 8 0 5 ． 4 --2 0 0 4 ． 火电厂汽水化学导则第 4部分： 锅 炉给水处理I s ] ． [ 3 ] D o o l e y R B ，L a r k i n B，We b b L，e t a 1 ． Ox y g e n a t e d t r e a t me n t f o r f o s s i l p l a n t s[ C] ．I n t e r n a t i o n a l Wa t e r Co n f e r e n c e 5 3， Pi t t s b u r g h ，P A ， 1 9 9 2 ． [ 4 ] Qu a d r i G，S e o l a r i P V，S c a l a r i G P ，e t a 1 ． C o mb i n e d wa t e r t r e a t me n t( CWT)i n o n c e t h r o u g h b o i l e r s ：ENEL e x p e r i e n c e[ C] ．I n t e r n a t i o n a l Wa t e r C o n f e r e n c e 5 1 ， Pi t t s b u r g h，PA ， 1 9 9 0 ． [ 5 ]D L ／ T 8 0 5 ． 1 —2 0 0 2 ． 火电厂汽水化学导则第 1部分 ： 直 流锅炉 给水 加氧处理导则I s ] ． [ 6 ]D L ／ T 7 9 4 —2 0 0 1 ． 火电厂锅炉化学清洗导则I s ] ． [ 7 ]G B 5 O O 3 O 一9 1 ． 氧气站设计 规范I s ] ． [ 8 ]D L ／ T 9 1 2 —2 0 0 5 ． 超临界火力发电机组水汽质量标准[ S ] ． [ 9 ]D L ／ T 6 7 7 --2 0 0 9 ． 发电厂在线化学仪表检验规程I s ] ．