给水加氧处理技术在超超临界锅炉的应用.pdf

电 力 安 全 技 术 第 1 7 卷 ( 2 0 1 5 年第 1 期 ) 给水加氧处理技术在超超临界锅炉的应用 居 强 ， ( 华电国际邹县发 电厂 ， 孙 磊 山东 邹城2 7 3 5 2 2 ) 摘要阐述了 给水 真处理的原理及影响金属氧化膜形成的因素， 介绍了莱超超临界锅炉 进行给水加氧的处理过程 ，总结 了给水加氧处理后的化学监督及运行中防氧化皮剥离的注意事项， 最后对加氧处理前后的机组技术指标和经济效益进行 了比较。 关键词超超 临界锅炉；给水加氧处理 ；全发挥处理 给水加氧处理 ( O T ) 是在高纯度给水中加入适 量的氧化剂( O 或 H O ) 以达到减缓热力设备腐蚀 的 目的，它与给水除氧的 AVT( 全挥发处理 ) 还原 性水工况截然相反 ，是一种氧化性水工况。锅炉给 水加氧是目前解决超 ( 超 ) 临界锅炉受热面和汽轮 机通流部件结垢、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。 它不仅可以提高机组整体运行的经济性和安全性， 还可以延长凝结水精处理混床的运行周期 ，降低系 统的含铁量，全面提高化学监督管理水平。 1 概述 某 电厂 7号机组为 1 0 0 0MW 超超临界发电机 护方式。但 由于该发 电公司 2期启停机方式的特殊 性，在孤岛运行方式下发生机炉故障，磁场开关将 无法跳闸，并且不能实现厂用 电切换 ，势必造成厂 用母线失电。为此，在 D C S系统中增加机组不在 网汽机打闸逻辑判据，信号送至发变组非电量保护 屏 ，并在该屏上增加独立出口和压板。机组正常启 停机过程中，在孤岛运行方式下投入此压板，待并 网后解除此压板，解决了机组孤岛运行发生汽机故 障时厂用电安全切换的问题。 5 结束语 针对该发电公司 2 期机组厂用电系统的特殊 性，专门研制的厂用电同期切换装置 目前已安装、 一 一 组 ，锅炉 为 DG3 0 0 0 2 6 1 5 一1型高效超 超临界 参数变压直流炉，采用单炉膛、一次中间再热、平 衡通风、运转层以上露天布置、固态排渣、全钢构 架、全悬 吊结构 n 型。锅炉最大连续蒸发量时的 主要参数为：蒸发量 3 0 3 3 t h；过热器 出 口蒸 汽 压力 2 6 2 5 MP a ( a ) ； 过热器出口蒸汽温度 6 0 5； 再热蒸汽流量 2 4 6 9 7 t h；再热器进 口蒸汽压 力 5 1 MP a ( a ) ； 再热器出口蒸汽压力 4 9 MP a ( a ) ； 再 热器进 口蒸汽温度 3 5 4 2；再热器出 口蒸汽温度 6 0 3；省煤器进 口给水温度 3 0 2 4 。 机组设计给水处理方式为启动期间加氨全挥发 处理和正常运行时加氧处理。投产初期，由于机组 启动试运期间机组运行和水汽品质不稳定，给水处 理方式为 A V T方式。2 0 0 9 年 5 月起，给水采用加 调试结束，各项功能验证正确并投入运行。由于该 装置功能的可靠性非常重要 ，因此设备改造投运前 进行了多次切换试验 ，均获成功。这解决了该发电 公司 2期机组接入特高压后，在正常启停机过程 中 厂用电安全切换的难题，为机组的安全稳定运行创 造了条件 。 收稿 日期 ：2 0 1 4 0 8 -0 4 。 作者简介 ： 杨从明( 1 9 6 2 - ) ， 男， 工程师， 主要从事电气一、 二次专业工作。 e ma i l ：y a n g c o n g m n g O 0 0 1 6 3 c o rn。 李晓 ( 1 9 8 4 一 ) ， 男， 助理工程师 ， 主要 从事 电气二次专业工作。 张逸群 ( 1 9 6 1 - ) ， 女， 高级工程师， 主要从事电气二次专业工作。 第 l 7 卷 ( 2 0 1 5 年第 1 期) 电力安全技术 氨不加联氨的处理方式 ( A V T ( O ) ) ， 并运行了 1 5 个 月，水质稳定，机组负荷稳定。自2 0 1 0 年 8 月实 施给水加氧处理后 ， 7 号锅炉运行效果较好。 2 给水加氧处理原理 给水加氧处理是指从凝结水精处理混床出口和 除氧器出口向纯水加入氧气、氨。在微碱性的高纯 度水中，氧气能够使碳钢表面形成双层氧化膜：一 层是紧贴碳钢表面的磁性氧化铁 ( F e O ) ，另一层 是 以 F O， 为主的阻挡层。在高温流动的水中，致 密的F e ： O 溶解度很低，可防止碳钢腐蚀。 金属表面氧化膜层要能起到保护作用，必须具 备 2个条件 ： ( 1 )氧化物层必须是难溶的、 无裂缝和无孔的， 且金属氧化成氧化物 的速度 即金属 的溶 出速度要 小，以免影响机组的使用寿命 ； ( 2 )若 因运行 中的机械或化学原因，损坏了氧 化膜层 ，则必须有修复损坏膜的条件和能力。 碳钢表面形成 的表面保护膜 ( 氧化物层 、钝化 层 ) 的成分和结构 ， 不仅受碳钢在水中电位的影响， 还受水溶液 中 p H值 和阴离子种类的影响。因此 ， 在碱性调节的给水或中性 、加氧调节的给水 中，碳 钢表面的保护层是不同的。 2 1 铁氧化膜的形成机理 给水全挥发性处理时 ，与纯水接触的金属表面 覆盖的铁氧化物层主要是 F e ， O ，其形成过程如下： 由金属表面逐步向金属内部氧化生成了比较致密的 内伸 F e 3 O 薄层，F e O 层从钢的原始表面向内部 深入，铁素体转化为 F e ， O 的内伸转变是在维持晶 粒形状和晶粒定位的情况下完成的。F e O 层呈微 孔状( 孔隙率 1 1 5 ) ， 并有沟槽将孔连接起来， 从而使介质能瞬时进入到钢表面。同肘部分 F e 抖 从铁素体颗粒中扩散进人液相 ，生成多孔的、附着 性较差的F e 。 O 颗粒，沉积在较致密的 F O 内伸 层上 ，形成传热性较差的外延层 ，该膜在高温纯水 中具有 定的溶解性 。 ， 在 OT工况下， 由于不断向金属表面均匀供氧 ， 金属表面仍保持一层 F e 3 O 内伸层，而由F e O 微 孔通道 中扩散出来进入水相的F e 被氧化，生成 F e 2 0 的水合物，沉积在外而生成 F e 2 0 保护层， 从而使金属表面形成致密的 “ 双层保护膜” 。 2 2 电化学原理 从电化学的角度分析 ，在流动的高纯水 中添加 适量氧，可提高钢的自然腐蚀电位数百毫伏，使金 属表面发生极化或使金属的自然腐蚀电位超过钝化 电位，生成致密而稳定的氧化性保护膜，从而起到 抑制钢铁被腐蚀的作用。 2 3 对铜的氧化膜的影响 根据资料可知，氧化铜溶解度最低的p H值为 8 09 0 。低压 加热器为 铜合金 管时 ，给水 p H 值的下限不应低于 8 6 。在加氧条件下，铜合金表 面生成双层结构的氧化膜，内层为氧化亚铜膜，外 伸层为氧化铜膜。由于氧化铜的溶解度大于氧化亚 铜，因此给水中铜离子的质量浓度会有所增加。给 水中的铜将沉积在锅炉受热面和汽轮机高压缸 ，这 是含铜材料的机组中难以采用给水加氧处理技术的 根本原 因。 2 4 影响氧化膜形成的因素 2 4 1 电导率 在加氧水中，电导率与碳钢腐蚀产物溶出速 度 之 间存在 着 线性关系。水 中杂质 ，特别是 C l 一 会妨碍正常的磁性氧化铁保护膜的生成。给水必 须是高纯度的方可进行加氧处理，其电导率应在 0 1 50 2 0 S c m( 2 5) 。 研究结果表明： 当水的阳离子电导率为 O 1 0 n S c m 时，随着氧浓度的增加 ( 超过 5 0 p g L ) ， 碳钢的腐蚀速度会显著下降；当阳离子电导率达到 O 3 0 S c m 时，腐蚀速度开始增大。因此，将 阳 离子电导率为 0 3 0 S c m作为门限值，当给水阳 离子 电导率大于此值时，应停止加氧处理。 2 4 2 给水 p H值 在无氧除盐水中，碳钢的腐蚀速率随着 p H值 的升高逐步降低。在有氧的除盐水 中，碳钢的腐 蚀速率在 p H值为 7 0时降得很低 ，并且不再随着 p H值的升高而改变。 2 4 3 溶解氧浓度 保持纯水中一定的氧浓度是为了保证碳钢的腐 蚀电位高于其钝化电位。溶解氧浓度的确定与纯水 的流动状况和温度有关。 在碳钢表面氧化膜形成期， 需要 的氧量比形成后要大得多。 2 4 4 给水流速 在加氧情况下，使水保持适当的流速有利于碳 钢表面形成均匀的氧化膜，而水的流动是保持防腐 一 一 Y_ 效果的必要条件 。 电 力 安 全 技 术 第 1 7 卷 ( 2 0 1 5 年第 l 期 ) 3 给水加氧处理在超超临界锅炉上的应用 3 1 给水加氧应具备的条件 ( 1 ) 加氧设备处于良好的备用状态，加氧管道 通畅无泄漏 。用氮气进行耐压和严密性试验 ，加氧 母管耐压试验压力为 1 3 0 MP a ，精处理出口加氧 管耐压试验压力为 4 0 MP a ，除氧器出口加氧管耐 压试验压力为 1 4MP a 。 ( 2 )氧气量充足 ( 1 0 瓶以上) ， 氧气质量合格 ( 纯 度 9 9以上的工业氧气 ) 。 ( 3 )在线化学仪表测量准确 ，运行可靠。 ( 4 )加药、取样系统运行正常，无缺陷。 ( 5 )凝结水精处理设备运行正常 ，每台混床出 水电导率均小于 0 1 0 S c m。 3 2 加氧处理转换 ( 1 )机组 给水 按现有方 式进行处理 ，即在精 处理出口加氨 ( 控制给水 p H值为 9 2 9 4 ) ；凝 结水全部经过精处理 ，以保证 锅炉给水氢导小于 0 1 5 S c m，保持除氧器排气门处于微开状态。 ( 2 ) 打开精 处理 出 口加 氧调 节阀和就地加 氧 阀，根据凝结水流量控制加氧量。当除氧器入口氧 含量监测值达到 1 0 0“ g L时 ，调整加氧量使除氧 器入 口给水的氧含量维持在 3 01 0 0 la g L。 ( 3 )打开 除氧器 出 口加氧调节 阀和就地 加氧 阀 ，根据给水流量控制加氧量 ，控制给水初始氧加 入浓度不超过 3 0 0“ g L。 ( 4 )加氧后密切监测给水的氢电导率，若氢电 导率上升接近 0 。 5 0 S c m， 应降低给水加氧量。 ( 5 )控制过热蒸汽氧含量不超过 3 0 la g L 。 ( 6 )省煤器人 口给水或过热蒸汽氧含量开始升 高时 ，调整 除氧器排 汽门使之微开 。同时关闭高 加向除氧器的连续排汽门。高加疏水监测到有氧 ( 1 0 3 0 I g L ) 时，即为系统氧转化结束。若关闭 高加连续排汽门影响到高加的换热效率时，可根据 机组的运行情况定期开启连续排汽门或保持排汽门 微开 ，维持疏水系统有微量氧 ( 5 g L ) 。 3 3 监督注意事项 ( 1 ) 转换过程中，水汽系统氢电导率有小幅度 上升 ( 这与氧化膜中的杂质释放有关) ，铁含量也 稍有升高，都是正常的情况。只要凝结水精处理出 一 口的氢 电导率小于 0 1 0 S c m，便可继续进行加 氧处理。 ( 2 )机组需要停运时，在机组停运前 1 2 h ， 停 止加氧并提 高加氨量 ，使 给水 p H值 大于 9 0 ， 同时打开除氧器排汽门，转换为不加联氨的全挥发 处理 ( AVT ( O ) ) 后再停机。 ( 3 )转换结束后应按加氧工况的水质标准进行 控制。 4 注意事项 4 1 加氧过程 ( 1 )机组带负荷稳定运行 ，精除盐出口母管氢 电导率小于 0 1 2 ta S c m，省煤器入 口给水氢电导 率小于 0 1 5 S c m 时 ，方可进行加氧处理。 ( 2 )加氧转化过程中，热力系统和取样管的杂 质会溶出。加氧转换初期，热力系统及取样管氧化 膜形态发生变化，氧化膜中有少量杂质溶出，如甲 酸 、 乙酸、 C O ， C l 一 等， 使水汽的氢 电导率稍有升高。 但只要氢电导率未超过 0 3 0 S c m，而且精除盐 处理出口的氢电导率变化不大 ，则可保持给水中含 氧量在 3 0 0 g L以下。若给水和蒸汽的氢电导率 超过 0 3 0“ g L ，则适当减小加氧量，以保持给水 和蒸汽的氢电导率小于 0 3 0 la g L 。 ( 3 )加氧转换中后期，省煤器入 口检测到有少 量 s O 一 和 c r O ； 溶出，这是给水氢电导率偏高的 主要原因。现已 查明：其中的s o t 一 ，c r o 一 是省 煤器人 口取样管表面氧化膜转换过程中的溶出物 ， 它与取样管材质、温度、氧含量有关，不会影响热 力系统的水汽品质。随着氧化膜的转换完成，杂质 溶出逐渐减少 ，直至消失 ，水汽氢电导率逐渐降低 至正常水平。 ( 4 )由于取样管本身也消耗较多的氧，因此实 际热力系统氧化膜转换时间比取样管检测到有氧的 时间短。 ( 5 )低加疏水系统处于热力系统末端，加入的 氧难以到达，因此降低 p H值后低加疏水铁含量会 稍有上升。随着运行时间的延长，低加疏水的铁含 量会逐渐降低。由于低加疏水返 回凝汽器 ，与凝结 水一起全部经过精处理系统，因此这部分铁不会进 入锅炉受热面。 ( 6 )凝结水、给水加氧量为 3 01 0 0 la g L ， 第 1 7 卷 ( 2 0 1 5 年第 1 期 ) 电力 安 全 技 术 每台机组每天消耗约 l 瓶氧气。 4 2 防止过热器管氧化层剥离 给水加氧处理后可能会造成过热器和再热器管 表面的氧化层脱落，堵塞过热器管路。大量的机组 运行数据和理论分析 已经证明：过热器和再热器管 表面 的氧化层脱落与水工况无关，气体在干蒸汽中 不会对过热器管造成腐蚀，过热器和再热器管表面 的氧化层脱落主要是由运行工况造成的。因此 ，在 运行 中应注意 以下问题 ： ( 1 ) 在新炉投产前，一定要用蒸汽对过热器进 行吹洗 ，将易脱落的氧化铁颗粒冲掉 ，否则在投运 后汽轮机会产生大量冲蚀坑 ； ( 2 )机组首次启动进行酸洗时 ，应保证酸洗的 效果 ，保证洗去加工时形成的易脱落的氧化层 ，然 后重新钝化 ，以便在运行时形成 良好的氧化层 ； ( 3 ) 机组在启动时，负荷、温度和压力的变化 较大，特别在机组停用后再启动时，容易发生氧化 层剥离，所 以应尽量减少机组的启停次数 ； ( 4 )改善锅炉 的运行工况 ，减少机组的负荷 波 动和汽温波动 ，减少 因金属交变应力大而造成的氧 化层剥离 ，特别应减少机组的超温幅度和次数 ，保 证机组主再热蒸汽的稳定 ； ( 5 )如有条件，金属表面应采用镀铬的方法 。 5 结论 该 电厂 7号锅炉给水处理成功地实现了运行条 件下由A v T方式直接向O T方式的转换，并取得 了较好的效果 ，主要表现在以下几方面 ： ( 1 )减少了给水系统的铁离子溶出率，比采用 A V T方式处理减少4 0 的铁离子溶出率，抑制了 热力系统内的流动加速腐蚀； ( 2 )凝结水精处理混床的运行周期延长 2 3 倍 ， 减少了精处理树脂的再生用药 品量和 自用水量 ， 从而节省了运行费用 ，预计延长锅炉酸洗周期在 1 倍以上 ； ( 3 )关小除氧器、高压加热器和低压加热器排 汽门，减少了热损失，提高了机组效率 ； ( 4 )间接效益表现为可以提高机组可利用率， 降低运行成本 ，保证机组长期、安全、经济运行。 参考文献： 1 D L T 8 0 5 1 2 o 0 2火电厂汽水化学导则 【 S 2 GB T1 2 1 4 5 -2 0 0 8火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质 量 【 S 3 王兴国火电厂水处理与化学监督 M】 北京 ：化学工 、 I 出版社 ，2 0 0 8 收稿 日期 ：2 0 1 4 -0 8 - 2 6 。 作者 简介 ： 居 强 ( 1 9 7 7 -) ，男 ，工程师 ，主要从事火力发 电厂集控运行 方面的工作，e ma i l ： z d j u q i a q n g t o m c o m。 孙 磊 ( 1 9 7 9 -) ，男 ，工程师 ，主要从事火力发 电厂集控运 行 方面的工作。 国网安庆供电公司首次开展 2 2 0 k V架空输电线路融冰演练 2 0 1 4 -1 2 - 2 8 ，国网安庆供 电公司在 2 2 0 k V独秀变首次开展并圆满完成的 2 2 0 k V独天 4 8 6 8 线直流融冰演练，检验了该公司移动式融冰装置的性能和融冰操作方案的科学性、合理性，提高 了各专业人员直流融冰应急处置能力。 据悉，为组织好本次演练，2 0 1 4 -1 2 - 2 9 ，该公司即全面启动该项工作，制定架空输电线路实 战性融冰指挥方案、试验方案、各专业操作方案以及各类应急预案。实战演练于 2 8日 上午 l 1 ： 0 0 开始。随着现场指挥一声令下，装置操作组组长下达操作任务，操作员开始进行融冰操作。此次 演练分为 2 个阶段 圆满完成。 据 了解 ，由于低温潮湿的气候特征 ，每年冬季，安庆部分地 区会出现不同程度覆冰。在极端 灾害天气下， 导线覆冰厚度超过线路设计条件， 易使导线断裂、 铁塔倒塌， 威胁电网安全稳定运行。 此次开展线路融冰演练，旨在规范直流融冰应急处置流程，锻炼应急指挥机构和应急队伍，为国 网安庆供 电公司抗覆冰打下坚实基础。 ( 来源：国家电网公司网站2 0 1 4 1 2 - 3 0 ) 一 一