660MW超临界机组给水加氧处理试验.pdf

第3 7卷第 1期 2 0 1 5年 1月 华 电 技 术 Hu a d i a n Te c h n o l o g y V0 1 3 7 NO 1 J a n 2 0 1 5 6 6 0 MW 超 临界机 组给水加 氧处 理试 验 献 ( 华北电力科学研究院( 西安) 公司， 西安7 1 0 0 6 5 ) 摘要： 某电厂 6 6 0 MW超临界机组采用还原性全挥发处理方式进行给水处理 ， 存在锅炉受热面结垢速率偏高、 锅炉化 学清洗周期缩短等问题。为解决上述问题 ， 依该机组进行了给水加氧处理试验。试验表明， 加氧处理后 ， 水汽系统铁的 质量浓度明显降低， 省煤器人口给水铁的质量浓度由8 01 3 5 L降低至 1 0 L以下； 给水加氧后氨加入量减少 6 0 以上 ， 精处理混床运行周期延长2 3倍， 预计周期制水量将超过 2 0万 t 。不但可减少精处理再生酸、 碱耗及 自用 水量， 而且可降低再生废液排放量， 有利于环保。 关键词： 超临界机组； 还原性全挥发处理方式 ； 给水加氧处理； 精处理混床 中图分类号： T K 2 2 3 5 文献标志码： B 文章编号： 1 6 7 41 9 5 1 ( 2 0 1 5 ) 0 1 0 0 0 5 0 4 0 引言 某电厂 6 6 0 MW 国产超临界表面式 间接空冷燃 煤发 电机组 ， 于 2 0 1 1 年 3月通过 1 6 8 h试运行后投 入商业运行。该机组 目前给水处理方式为还原性全 挥发处理 ( A V T ( R) ) 方式 。A V T ( R) 是通过降低给 水的含氧量并加入氨提高水汽系统的 p H值， 同时 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 A V T( R) 时， 碳钢表 面形 成 F e O 保护膜 ， 该氧化膜在高温水 中有较高的溶解度 ， 使碳 钢制造的高压加热器 、 给水管 、 省煤器及疏水系统等 容易发生流动加速腐蚀 ， 从而使给水 、 疏水的含铁量 较高， 由此带来锅炉受热面结垢速率偏高、 锅炉化学 清洗周期缩短 等 问题 。提 高水汽 p H值至 9 5左 右 ， 能够在一定程度上降低碳钢的腐蚀 和给水铁含 量。此时 ， 凝 结水 中氨 的质 量浓 度 为 8 0 01 0 0 0 g L， 这会明显缩短混床运行周期 ， 树脂再生频繁 ， 再生剂的消耗量 、 自用水量及废水排放量等会大大 提高。 锅炉给水加 氧是 目前解 决超 ( 超 ) I 临界锅炉受 热面结垢 问题和汽轮机通 流部件沉积 、 腐蚀 问题 的 先进处理工艺 ， 也是大型火力发 电机组 实现节能降 耗的有效措施之一。根据国内外有关电厂的运行经 验 ， 给水加氧处理可以解决直流锅炉给水 和疏水含 铁量较高 、 水冷壁管结垢速率偏大以及精处理混床 氢型运行周期短等多方面的问题。 1 给水 加氧处理 的原理 锅炉给水加 氧处理技术 的原理 ： 当水的纯度达 收稿日期： 2 0 1 4 0 6 2 6 ； 修回日期： 2 0 1 40 9 2 7 到一定要求后 ( 一般氢电导率小于 0 1 5 Ix S c m) ， 一 定浓度的氧不但不会造成碳钢的腐蚀 ， 反而能使碳 钢表 面形成均匀致密的 F e O +F e O 双层结构 的 保护膜 ， 从而抑制给水 、 疏水系统碳钢制设备的流动 加速腐蚀 。为了保证 给水加氧处理的水质 ， 凝结水 应进行全流量精处理， 严格控制高速混床出水 电导 率小于 0 1 0 S c m。 2主要试 验结果及分析 2 1 水汽品质查定 2 0 1 1年 4月 2 5日至 2 8日， 给水采用弱氧化性 全挥发处理( A V T ( 0 ) ) ， 控制给水 p H值为9 2 9 5 ， 在此工况下机组进行水汽品质全面查定试验 ， 结果见表 1 。检测结果显示 ， A V T ( O) 工况下 ， 给水 、 过热蒸汽氢电导率均小于 0 1 0 Ix S c m， 主要杂质为 c l 一 及 F 一 ， 但含量很低； C 1 一 来源于精处理混床氨型 运行时的排代泄漏 ， F 一 主要来源于热力系统焊接点 含氟焊料 的溶 出物 。再热 蒸汽 氢 电导率较 高 ， 在 0 2 I S c m左右 ， 主要 由含量较 高的磷酸根离子 引 起 ， 磷酸根可能来源于取样管基建期磷 系防锈剂的 残留物 ， 由于再热蒸汽取样流量较小 ， 因此需要较长 时问才能冲洗干净 ， 通过连续几天加强排污 ， 再热蒸 汽氢电导率已逐渐下降到 0 1 0 lx S c m左右。 以上查定结果表 明， 机组水汽品质完全能够满 足 G B T 1 2 1 4 5 -2 0 0 8 ( 火力发电机组蒸汽动力设备 水汽质量 和 D I r T 9 1 2 -2 0 0 5 超临界火力发电机 组水汽质量标准 的要求， 也能达到给水加氧处理 对水汽品质的要求。 A V T ( O ) 工况下， 水汽系统腐蚀产物中铁的质 量浓度检测结果见表 2 。结果表 明， 水汽系统铁 的 质量浓度偏高， 除氧器出口、 给水、 高压加热器疏水 6 华 电技 术 第 3 7誊 表 1 A V T ( O) 工况下水汽 系统氢 电导率和阴离子查定结果 ( 2 0 1 1年 ) 注 ： 后 的数值为离子色谱仪对该离子测定值 的检 出限。 表 2 A V T ( O) 工况下水 汽系统腐蚀产 物中铁 的质量浓度测试 结果 ( 2 0 1 1年 ) L 铁的质量浓度均在 1 0 g L左右， 表明 A V T ( O) 工况 下水汽系统存在一定程度 的流动加速腐蚀现象 。 2 2给水加氧转换调试结果 2 0 1 1年 4月 2 8日， 1 6 ： 1 2开始 向除氧器 出口下 水管加氧 ， 维持初始加氧量 1 0 01 5 0 g L； 1 6 ： 1 6开 始向精处理设备 出口加氧 ， 维持初始加氧量 3 01 5 0 L 。在精处理设备出17 1 加氧约0 5 h后 ， 除氧器入 口氧含量开始明显升高 ， 表 明低压给水 系统很快被 钝化； 0 4 2 9 T 1 9 ： 0 0 ， 通知主控关闭高加疏水连续 排气 门和除氧器排气 门。0 51 2 T 1 6 ： 3 0 ， 省煤器入 口给水取样点监测到氧含量升高， 表明给水系统实 现加氧工况的转换 ， 随后继续进行氧量的平衡过程 。 由于取样管本身氧化膜转换也要 消耗氧 ， 而取样流 量一般很低 ， 携带溶解氧量很少 ， 因此取样管氧化膜 的转换需要较长时间， 即实际热力系统氧化膜转换 时间应 比检测到有氧时间短得 多。此外 ， 省煤器入 口给水取样管在 1 7 I 1 1 平 台以上为 3 2 m m 的碳钢 ， 管径较粗且管线较长( 估计超过 1 0 0 Il 1 ) ， 取样管氧化 膜转换需要消耗较多的氧 ， 因此省煤器人 口给水监 测到有氧的时间延长， 存在明显滞后现象。 2 3 p H值调整过程及结果 加氧调试初期阶段 ， 机组加氨方式为凝结水和 给水两点加氨 ， 即精处理设备 出 口母管和除氧器 出 口各一点 。在此加氨方式下 ， 低压给水系统 p H值控 制较低 ， 可通过除氧器 出口加氨提高给水 p H值 ， 这 种加氨方式主要用于低压加热器为铜材质 的系统。 由于低压给水加热器为不锈钢 ， 因此可将加氨方式 改 为精处理设 备出 口一点加氨 ， 以保证除氧器入 口 第 1期 杨彦科 ： 6 6 0 M W 超临界机组给水加氧处理试验 7 较高的 p H值 ， 从而有利于低压给水管路、 除氧器等 于凝汽器真空度 ； 另一方面 ， 即使凝结水系统 由于空 设备的防腐 ， 并节约给水加氨泵的运行和维护费用。 气 的漏人而处于有氧状态 ， 但 由于凝结水温度较低 0 5 0 1 T 2 0 ： 1 4停止给水加氨， 改 为精处理设 备 出 及 C O 的影响 ， 金属表面难 以形成 良好的氧化膜 ， 口一点加氨。 因此加氧前 、 后凝结水铁含量变化不大。由于凝结 5月 1 5日至 1 7日， 调整凝结水加氨泵 ， 控制除 水全部经过精处理系统 ， 因此 ， 这部分铁不会进入锅 氧器入 口给水 电导率在 3 5 4 5 S c m， 以维持给 炉受热面而产生沉积。 水 p H值为 9 1 9 2 。从 5月 1 7日开始 ， 进一步降 2 5 氢电导率变化原因分析 低凝结水加氨量 ， 控制 除氧器入 口给水的电导率为 加氧转换过程中， 热力系统氧化膜一般会释放 2 5 3 5 S c m， 给水 p H值降至 9 0- 9 1 。 出少量杂质， 从而引起水汽氢电导率的升高。5月 2 4 加氧调试过程水汽系统铁含量的变化 1 4日进行加氧转换的高含氧量试验时 ， 水汽系统 的 炉前给水系统腐蚀产物铁的生成、 迁移量明显 氢电导率明显升高， 省煤器人 口给水氢电导率最高 降低 ， 是加氧处理工艺优越性 的特征之一 ， 也是给水 升至 0 2 7 4 I x S c m， 主蒸 汽的氢 电导率最高上升至 加氧处理效果 的最直接体 现。机组 加氧转换过程0 2 8 8 I x S c m。随着加氧转换完成 ， 热力系统水汽氢 中， 水汽系统腐蚀产物铁含量的变化情况见表 3 。 电导率均恢复至正常水平， 小于0 1 0 S c m 。在加 由表 3可知 ， 完成加 氧处理 ( O T ) 后 ， 省煤器入 氧转化初期阶段 ， 引起水 汽氢 电导率升高的主要是 口给水铁的质量浓度由 A V T ( O) 工况下 的9 3 L 少量 的氟离子 、 氯离子、 硫酸根 、 磷酸根和二氧化碳 下降到 0 4 L， 而除氧器人 口、 出口铁的质量浓度 等杂质。当给水加 氧使 金属氧化膜状 态发生变化 也降至0 5 L以下。降低水汽p H值后铁的质量 时， 原先氧化膜中的含碳化合物会被氧化形成有机 浓度仍维持在很低 的水平 ， 表 明炉前给水系统金属 酸和二氧化碳 ； 而氧化膜 物相变化时微孔中其他 阴 表面形成 良好 的保护性氧化膜。给水铁的质量浓度 离子如 C I 一 ， S O 等也会被挤 出， 这些 阴离子杂质 明显降低 ， 利于降低锅炉的结垢速率 ， 提高机组运行 的溶 出主要 与热力系统及取样管 氧化膜 的转变有 的经济性和可靠性。降低 水汽 p H值后 ， 高压加热 关。此外 ， 水汽系统 F 一 主要来源于热力系统焊接点 器疏水取样 点检测 到铁 的 质量浓 度有 所升 高 ， 由 含氟焊料的溶 出物 ， 磷酸根可能源于取样管基建期 A V T ( 0) 工况下 的 1 1 7 g L升高至 2 0 9 g L ， 随 间磷 系防锈剂的残留物 ， 随着机组运行时间的延长 ， 后缓慢下降。考虑到高压加热器疏水会 回收至除氧 会逐渐减小直至消失。 器 ， 其流量一般 占给水 总流量 的 1 5 以上 ， 当高压 2 6 凝结水精处理混床出水水质和运行周期 加热器疏水铁 的质量浓度为 1 1 7 g L时 ， 除氧器 给水 A V T ( R) 处理 时， 给水 和疏水系统的保 护 出口铁的质量浓度至少增加 1 6 g L 。但检测结果 膜为 F 3 O ， 其在纯水中有较高的溶解度， 为了降低 显示 ， 降低 p H值后除氧器 出 口铁 的质量浓 度一直 水汽系统的铁含量 ， 通过 向精处理设备 出口凝结水 稳定在 1 0 g L以下 ， 因此认为高压加热器疏水铁 加氨来调节水汽 系统 的 p H值处于较高 的范 围， 标 的质量浓度增加可能是由降低 p H值后取样管 内原 准规定给水 的 p H值为 9 2 9 6， 1机组给水 p H 沉积的氧化铁溶出造成的， 并不具有代表性。目 前 ， 值实际控制范围为 9 2 9 6 ， 除氧器入口电导率为 高压加热器疏水铁的质量浓度呈缓慢下降趋势。根 4 57 5 S c m， 相应 氨 的加 入量 为 8 0 01 0 0 0 据其他加氧机组 的实际运行经验 ， 随着时间延长 ， 高 L 。 压加热器疏水铁 的质量浓度会下降至较低水平。 加氧转化结束后 ， 由于给水和疏水系统 的保护 此外 ， 给水加氧处理前后 ， 凝结水铁 的质量浓度 膜为 F 2 0 +F 3 O ， 并 且氧化 膜靠 水 中的溶解氧 维 变化不太明显， 维持在 1 0 3 0 L 。一方面， 凝 护， 所以可适当降低水汽系统的 p H值， D L T 9 1 2 一 结水氧含量基本不受给水加氧量影 响， 而主要取决 2 0 0 5 超临界火力发 电机组水汽质 量标准 规定给 表 3 不 同给水处理方式下水汽 系统铁 的质量浓度 L 处理旅 主蒸 汽凝结水 E 器 l 备 出口 入 口 出口 人 器疏水 蒸汽 器疏水 A V T ( O) ( p H值 9 2 9 5 ) 3 5 9 6 O T ( p H值 9 2 9 5 ) 3 2 2 9 O T ( p H值 9 1 9 2 ) 3 2 1 5 O T ( p H值9 0 9 1 ) 2 5 2 3 O O n 2 4 9 9 8 5 3 2 4 “ 加 3 2 2 4 9 9 1 O 9 5 3 4 5 8 5 4 3 0 O 0 2 7 4 3 1 0 0 0 8 华 电技 术 第 3 7卷 水的 p H值范 围为 8 0 9 0 ， 1 机组给水 p H值实 2 0 0 5 ( 超I 临界火力发 电机组水汽质量标准 期 望值 际控制范围为8 8 9 1 ， 除氧器入口电导率设定值 小于 1 0 g L的要求。实际上， 给水加氧处理后混 为 3 0 tx S c m， 相应氨的加入量约为 3 0 0 L 。 床氢型运行周期大大延长 ， 精处理? 昆床出水水质得 与 A V T ( R) 工况相 比， 加氧工况下凝结水中氨 到进一步的改善 ， 这对提高机组水汽品质 ， 确保水汽 的质量浓度从 8 0 0 1 0 0 0 L降低到约 3 0 0 L ， 质量满足超J 临界机组的要求起到至关重要的作用。 氨的质量浓度减少超过 6 0 ， 由此推算精处理混床 对于精处理混床的运行终点， 通常以氢电导率 氢型方式运行周期将延长 23 倍 ， 预计氢型运行周 大于 0 1 ix S c m作为主要控制指标之一 。但当混床 期制水量可达到 2 0万 t 以上 ( A V T ( R) 工况下周期 开始漏氨时或进入氨型运行 阶段后 ， 即使氢 电导率 制水量仅为 6万 8万 t ) 。由于混床再生次数大幅 小于 0 1 i x S c m， 出水钠离子和氯离子的质量浓度 度减少 ， 其 自用水量、 再生用酸碱使用量以及再生废 也往往会超过 1 0 g L 。而对于超 临界机组来 说， 水排放量也随之大幅度减少。 N a 和C l 一 是引起汽轮机腐蚀与积盐的主要因素， 精处理混床运行 出水水质情况见表 4 。由表 4 应尽可能使水汽 中 N a 和 c l 一 的质量浓度在期望值 可知， 当混床以氢型方式运行时， 出水的杂质泄漏量 之内( 小于 1 0 g L ) ， 因此对于给水加 氧机组来 均很低 ， N a 和 c 1 一 的质量浓度能满足 D L T 9 l 2 一 说 ， 精处理混床应以氢型方式运行 。 表 4 精处理混床运行 出水水质情况 离子色谱法检测) 混床 时间 电导率 ( Ix S e mI 1) 质量浓度 ( g L ) 。 、 制水量 t 二 _ 一备注 氢电导率比电导率 F C 1 一 S O 4 N a N H4 ( 下转第 l 2页) 1 2 华 电技 术 第3 7卷 鲤 图 7 7 0 负荷模 型验证结果 4 结论 图 8 1 0 0 负荷模型验证结果 基于标准粒 子群算 法， 建立 了某 6 0 0 M W 超临 界机组给水流量 与分离器 出 口( 中间点 ) 焓值 的数 学模型， 结果表明 ， 这种模型结构合理， 应用实际数 据所辨识出的模型包含了实 际干扰因素 ， 更接近实 际应用 ， 粒子群辨识方法快速、 准确。 超临界机组在 7 0 负荷和 1 0 0 负荷 时具有不 同传递 函数 ， 施加相同扰动得到不同响应 ， 验证了超 临界给水对象的非线性特性 ， 说明超 临界机组给水 控制系统不能 固定不变 。在其他负荷工况下 ， 文 中 所述模型结构仍然适用 ， 机组工况发生变化时 ， 将机 组变工况实际运行数据重新导入辨识程序即可得任 意工况下 的传递函数 ， 所得结果能正确反映超 临界 机组给水系统的动态特性 ， 利于超 临界机组给水控 制器 的设计与研究。 参考文献： 1 米克嵩， 王波， 杨建蒙 基于系统辨识的超临界6 0 0 k W机 组给水控制热工对象建模与仿真 J 应用能源技术， 2 0 1 1 ( 9 ) ： 2 6 2 9 2 韦根源， 王兵树 ， 马磊 基于粒子群算法的 1 0 0 0MW火电 机组模型辨识 J 计算机仿真， 2 0 1 3 ， 3 0 ( 7 ) ： 4 0 0 4 0 2 3 张洪涛 ， 胡 红丽 ， 徐欣 航 ， 等 基 于粒子 群算 法 的火 电厂 热工过程模型辨识 J 热力发电， 2 0 1 0 ， 3 9 ( 5 ) ： 5 9 6 1 4 韩璞 智能控制理论及应用 M 北京 ： 中国电力出版 社 ， 2 0 1 2 5 刘峰 超临界直流锅炉给水控制系统优化及应用 D 河 北 ： 华 北电力大学 ， 2 0 1 3 6 于荣生， 徐二树 ， 马进 超临界压力直流锅炉的数学模型 及其仿真 J 中国电力， 1 9 9 6 ， 2 9 ( 7 ) ： 2 0 2 5 7 何同祥， 牛玉广 采用控制 中间点焓值 的直流锅炉给水 控制系统 J 华东电力， 1 9 9 9 ( 2 ) ： 2 6 2 8 8 马良玉， 高志远 基于神经网络的超临界机组数学模型 J 动力工程学报 ， 2 0 1 3 ， 3 3 ( 7 ) ： 5 1 7 ( 本文责编 ： 白银雷) 作者简 介： 卢 晓玲 ( 1 9 8 8 一 ) ， 女 ， 河北保定人 ， 在读 硕士研究 生 ， 从 事火电机组建模与仿真方面的研究工作( E m a i l ： 9 9 3 9 2 7 2 1 0 q q c o rn) 。 马平( 1 9 6 1 一) ， 女， 河北保定人， 教授， 从事过程控制、 火电厂单元机组控制和优化、 计算机原理及应用教学科研工 作( E m a i l ： m a p i n g 2 0 6 7 1 6 3 c o rn) 。 ( 上接第 8页) ( 4 ) 精处理氢型运行周期延长及给水 p H值 的 3结 论 差 汽 品 质 ，对 防 止 汽 轮 机 ( 1 ) 给水加氧处理后 ， 省煤器人口给水铁的质量浓 度由9 3 L降低至 1 0 L以下。在较低 p H值 ( 9 0 9 1 ) 条件下， 省煤器人 口给水铁的质量浓度仍 保持在低水平， 小于 1 0 g L ， 表明给水系统已形成 良 好的保护膜。给水铁的质量浓度降低将有效减缓锅炉 受热面的结垢速度， 延长锅炉的化学清洗周期。 ( 2 ) O T工况下 ， 给水 p H值控制范 围为 9 0 9 1 ， 相应氨的加入量约 3 0 0 g L， 与 A V T ( R) 工况 相比， 凝结水中氨含量减少 6 0 以上。 ( 3 ) 凝结水氨含量的降低使得精处理氢型运行周 期明显延长 ， 氢型运行周期制水量超过 2 0万 t ， 可以降 低树脂再生酸碱耗、 自用水量及酸碱废液排放等。 参考文献 ： 1 李培元 火力发电厂水处理及 水质控制 M 北京 ： t 旧 电力 出版社 ， 2 0 0 0 2 何辉纯 重视水流加速腐蚀( F A C ) 的危害 C 中国电 机工程学会电厂化学专委会第六届学术研讨会论文集 苏州： 中国电机工程学会 ， 2 0 0 0 3 D IMT 8 0 5 4 2 o 0 4火电厂汽水化学导则第 4部分： 锅炉 给水处理 S ( 本文责编 ： 白银雷) 作者简 介 ： 杨彦科 ( 1 9 7 5 一 ) ， 男 ， 宁夏中宁人 ， 高级工程师， 从事 电厂 化学研究及基建调试方面的工作( E - m a i l ： y y k l 2 1 0 q q C O n 1 ) 。