摘　要:介绍了国产亚临界直流炉给水加氧处理工艺应用的经验,对加氧处理转换过程中的影响因素和凝结水精处理的运行方式进行了讨论,并评估了给水加氧处理的效果。

　　给水加氧处理技术早在70年代初就在德国等欧洲国家得到了成功的应用。目前国内的黄埔电厂、石洞口电厂等也相继采用这一工艺。其原理是通过给水加氧,使它的氧化还原电位由全挥发处理(AVT)工况下的-300/400mV上升到 100/150mV。此时,碳钢表面的磁性氧化物(Fe3O4)被一层薄而致密的γ-FeOOH(或α-Fe2O3)覆盖和保护。由于三价铁的溶解度很低,降低了锅炉中腐蚀产物的迁移和沉积。实践证明,给水加氧处理所形成的氧化膜具有较强的耐蚀性。给水加氧处理能减少锅炉的压力损失,减少凝水精处理的再生次数,减轻凝汽器铜管的腐蚀,延长锅炉的化学清洗周期。
常熟电厂1、2号锅炉是上海锅炉厂生产的SG1025/16.7-M312A型单炉膛、中间再热亚临界直流炉。凝汽器及低压加热器为黄铜管,给水泵的密封材料为硅橡胶,锅炉水汽系统调节阀和喷水减温阀无Stellite合金。锅炉补给水为一级除盐 混床,凝水精处理为管式过滤器 高速混床。正常运行时凝水全流量经高速混床处理,管式过滤器只在机组启动时投用。
1号机组于1993年7月投产,给水采用全挥发处理。锅炉水冷壁管向火侧结垢速率为87.9g/(m2·a),垢中Fe2O3占98.1。锅炉每4年必须进行化学清洗。1998年12月第二次大修后采用EDTA化学清洗。在AVT工况下运行了近3个月,于1999年3月17日转为加氧试验应用。2号机组于1999年12月大修酸洗后以AVT运行了6个月。2000年3月20日停止给水加联氨,于7月3日开始给水加氧处理。
1、2号机组给水加氧点(加入气态氧)设在给水前置泵前的除氧器下降管上,于凝升泵进口加氨,以调节给水的pH。加氧试验期间,给水控制标准为:溶氧50～150μg/L,pH8.5～8.8,DDH<0.15μS/cm。

1　加氧处理的转换过程
1.1　联氨对加氧处理转换过程的影响
1号机组加氧运行30h后,给水含氧量由1.0μg/L升至40μg/L,48h后首次达到100μg/L以上。过热蒸汽的溶氧在加氧运行第11天开始上升,第15天达到50μg/L左右。
图1显示了1号机组加氧初期给水、过热蒸汽溶氧变化趋势。1号机组实际运行67天后(在此期间该机组曾调停1次,停运12天),给水与过热蒸汽的含氧量差值由117μg/L减小到53.4μg/L。这些现象表明省煤器、水冷壁、过热器的保护膜形成十分缓慢。这与机组采用全挥发处理时加入联氨有关。有关资料表明,联氨对加氧转换过程有较大的影响,在机组向加氧转换前4～6个月停加联氨,转换时间将缩短,给水中腐蚀产物的变化会较小。
从1、2号机组加氧初期水汽系统含铁量的变化情况来看(图2),由于2号机组在加氧处理前3个多月停止了加联氨,在转换初期,水汽系统的含铁量变化幅度比1号机组小得多,证实了联氨确实对加氧转换过程和腐蚀产物的变化有较大的影响。同时,在加氧初期保持机组的连续稳定运行对缩短加氧转换过程也十分必要。
1.2　加氧初期机组负荷变化对水汽系统溶氧及氢电导的影响
由于目前电网峰谷变化较大,给水的流量变化也随之增大。300MW机组负荷由220MW升至300MW时,给水流量也由670t/h左右增大到940t/h左右。在加氧量一定的情况下,机组负荷变化对水汽系统的溶氧含量及氢电导有着较大的影响,图3显示了它们之间的关系。
1号机组在加氧初期给水pH控制在8.4～8.7,在加氧量一定的情况下,机组负荷升高,给水流量增大,给水溶氧随之下降。给水与过热蒸汽的氢电导则随负荷的升高而增大,随机组负荷的下降而减小;增大加氧量,它们的变化幅度增大,减小加氧量,则变化幅度随之减小。因此,当转换过程中给水、过热蒸汽氢电导大于0.2μS/cm时,可采用减小加氧量的方法,控制给水溶氧在50～100μg/L,即可维持给水、过热蒸汽氢电导小于0.15μS/cm。
美国电力研究院(EPRI)认为,在加氧的转换过程中,如给水氢电导在0.2～0.3μS/cm之间,应增加加氨量,将给水pH提高到9.0以上。当给水氢电导超过0.3μS/cm,应该切断加氧,恢复AVT工况运行。因为当氢电导超过0.3μS/cm时,给水系统设备的腐蚀速率会显著增加。控制给水pH9.0以上运行,对于无铜系统的机组来说是可行的,但是对于有铜系统的机组,还是采取适当提高给水pH到8.8～9.0,同时降低给水加氧量的方法更为合适。
1.3　给水pH与水汽系统铜、铁含量的关系
图4显示了1号机组加氧转换前后给水pH与水汽系统铜、铁含量的变化趋势。转换的第一阶段,给水pH控制在8.4～8.7,平均值8.6。加氧初期水汽系统的铁大量溶出,给水与过热蒸汽的含铁平均值达到15μg/L左右。随着转换过程的进行,水汽系统的含铁量呈下降趋势,在小修前达到8μg/L左右。至此1号机组加氧运行累计67天,其中4月份调停12天。6月份1号机组小修及调停34天。
1号机组投运后,水汽系统的含铁量又呈上升趋势。这说明炉管内刚刚形成的氧化膜在较长时间的停运后遭到了破坏,机组投运后又处于进行修复过程。而过热蒸汽含铁量达到20μg/L以上,这是由于过热蒸汽取样管在小修中进行了更换,并不反映过热器的真实情况。在此阶段,给水与过热蒸汽的含铜量与AVT工况时相比,没有明显上升,基本维持在5μg/L以下。而再热蒸汽的含铜量却有明显上升,而后又下降到原来的水平。这种现象可能与汽轮机高压转子叶片上沉积的铜溶出有关。
加氧处理试验的第二阶段,借鉴了国产同类型机组给水加氧的经验,将给水pH的控制范围调整到8.6～8.7运行,但此时水汽系统的含铁却又呈上升趋势,给水含铜也略有上升。说明此阶段给水的pH控制范围并不合适。
加氧处理的第三阶段,将给水pH调整至8.2～8.3运行,水汽系统的铜、铁含量迅速下降,至2000年4月,达到了加氧处理以来的最好水平。水汽系统含铁量小于3.5μg/L,含铜量小于2.0μg/L。与AVT相比,水汽系统的铜、铁含量有明显降低。由此可以看到,1号机组加氧处理的给水pH最佳控制范围为8.2～8.3。这一结论与国产同类型加氧处理机组的给水pH控制范围有明显差异。

2　凝水精处理的运行
在1号机组给水加氧试验期间,高速混床出水氢电导控制在小于0.1μS/cm是容易做到的。但在加氧处理初期,由于水汽系统的铁大量溶出,凝结水虽经高速混床全流量处理,但由于管式过滤器因压差增大后难以擦洗干净,不能正常投运,大量的铁不能有效地除去,除盐凝水的含铁量超标严重,水汽系统的腐蚀产物不能有效清除。在这种情况下,高速混床既用作除盐,又当过滤器使用,混床树脂受铁污染严重。
为尽可能使除盐凝水含铁量维持在较低的水平,只能采取以下措施:当高速混床出水含铁量大于10μg/L时,撤出运行,进行擦洗、再生。因此,在1号机组加氧处理的第一、第二阶段,高速混床的运行周期并没有因为加氨量的减少而明显延长(见图5)。由此可见,在加氧的转换过程中,凝水精处理的前置过滤除铁对确保除盐凝水的水质、降低水汽系统含铁量十分重要。采用覆盖过滤器或电磁过滤器作为高速混床的前置过滤器更为合适。
在1号机组加氧试验期间(1999年10月～2000年1月),凝汽器曾经多次发生泄漏,凝结水硬度最大为0.9μmol/L。由于有凝结水精处理,水汽品质并未受到影响,给水氢电导仍能保持在0.06～0.1μS/cm,但高速混床的运行周期受到了影响。后来利用1号机组调停的机会对凝汽器进行高位灌水查漏,消除了泄漏。此后,高速混床的运行周期明显延长。
图5反映了1号机组加氧处理前后高速混床的运行周期。加氧处理后由于加氨量的减少,高速混床的运行周期是AVT工况时的5倍左右,再生次数相应减少,经济效益明显提高。

3　氧化膜的耐蚀性
加氧处理后,锅炉水汽系统金属表面形成了较牢固的氧化膜,这种氧化膜的耐蚀性能比AVT工况下形成的氧化膜的耐蚀性要强得多。1号机组在停运小修后再次启动时,水汽回路铁含量与加氧处理前相比明显降低,水质达到合格的时间大大缩短,加快了机组的启动过程,这也体现了加氧处理的优越性。

4　水冷壁管的结垢速率
1号机组加氧处理前在AVT工况下运行了3个月,锅炉水冷壁管已经沉积了一定的垢量。由于在加氧处理前水冷壁未割管检查,结垢量无法确定。根据1号炉上次大修水冷壁管结垢速率推算,加氧处理前的结垢量约65g/m2。加氧处理11个月后(2000年2月),水冷壁割管检查测得结垢量为101.6g/m2,结垢速率为39.9g/m2·a,与AVT工况时相比,结垢速率降低了54.6。而此时1号机组加氧处理后水汽品质刚刚达到预期要求。随着加氧处理运行时间的延长,炉管的结垢速率将会进一步降低,锅炉化学清洗周期将会延长。
常熟发电有限公司1号机组给水加氧处理的试验应用摸索出了一套适合国产亚临界直炉给水加氧处理的经验,取得了令人满意的效果。目前已将这一成功的经验推广到2号机组,并将在其它300MW机组上运用,这一新技术的推广应用必将提高我厂发电机组的安全、经济运行水平.