1000MW超超临界机组给水加氧处理应用报告

1000MW超超临界机组给水加氧处理应用报告

一、问题的提出

国电泰州发电有限公司（以下简称“国电泰州”）1000MW超超临界压力机组配置的是哈尔滨锅炉厂有限责任公司制造的1000MW超超临界压力机组Π型锅炉，其炉膛水冷壁下部和上部均采用垂直管屏，下部水冷壁管采用外径为28.6mm、壁厚为5.8mm的内螺纹管炉膛上、下部水冷壁均采用带有二级混合器的中间集箱过渡。在水冷壁入口处安装不同孔径的节流孔板，以调节水流量使其与吸热量相适应。配置的水冷壁节流圈规格不一，侧墙节流孔孔径规格7.5～10mm，平均孔径9.0mm；前后墙节流孔孔径规格7.0～14mm，平均孔径为11.0mm。

国电泰州2×1000MW一期超超临界燃煤#1机组于2007年12月4日、#2机组于2008年3月31日投产，投产后给水采用AVT(O)处理，给水铁含量能达到目前国内超临界机组AVT（O）的运行水质要求。#2机组自投产以来，锅炉多次发生水冷壁管超温的现象。2008年10月30日右侧水冷壁第332号管超温至583.6℃，经反复调整无效后，停炉对超温水冷壁节流孔板进行割管检查，发现有黑色沉积物，且沉积物占节流孔通径的1/2以上。随后进行扩大检查，发现左、右侧墙靠后水冷壁凡有超温现象的，其节流孔板上均存在或多或少的沉积物。对前、后墙水冷壁管节流孔板进行割管检查，发现沉积物较少。2008年11月5日，#1机组小修期间对#1锅炉前、后墙水冷壁及左、右两侧靠后水冷壁进行节流孔板割管检查，结果发现#1锅炉左、右侧墙靠后水冷壁节流孔板也存在明显的沉积物污堵现象，而前、后墙水冷壁节流孔沉积物较少。2009年初，#2锅炉则发现水冷壁进口节流圈结垢已经严重，严重影响机组的安全经济运行。两台锅炉相比，总体情况是#1锅炉比#2锅炉稍好。如图1、2。

图1 #1炉节流孔 图2 #2炉节流孔

采集水冷壁节流孔板上的沉积物，对沉积物进行元素分析，结果显示主要成分为磁性氧化铁，含量达95.6%。

国内某同类型电厂#2锅炉于2008年10月23日发生爆管，经检查发现节流孔板上有沉积物。该锅炉于同年11月28日再次发生爆管，将所有的两侧墙全部割开，发现均存在不同

程度的结垢现象，其中有18根管结垢比较严重。前、后墙局部有轻微结垢，两侧墙联箱中有较多氧化皮，而前、后墙联箱中较少。

经分析研究，我们认为国产1000MW超超临界压力锅炉垂直管屏水冷壁失效事故频繁发生的直接原因是水冷壁入口节流孔板存在较严重的磁性氧化铁沉积，导致水冷壁流量分配异常，进而引起局部超温。根本原因则是炉前给水流动加速腐蚀（FAC）导致产生了过多的腐蚀产物在节流孔处沉积而所致。

在AVT工况下，给水系统金属表面所生成的氧化膜主要为磁性氧化铁，双层结构，内层是局部定向结构，外层是外延的非规整结构。外层膜的微观结构是多孔、疏松的。从给水泵出口至省煤器入口这段区域，给水扩散系数很大，介电常数也较大。由于在AVT水化学工况下金属表面生成的磁性氧铁是多孔、疏松的，给水极易通过毛细孔道扩散，而且磁性氧化铁溶解度较大，因此极易发生流动加速腐蚀（FAC），导致给水中铁离子含量较高。

在还原性全挥发处理(AVT(R))工况下，磁性氧化铁的溶解度较大，250℃时对应全范围pH的最小溶解度以Fe计大约为5.6?g/L。因此，采用AVT(R)的超超临界压力机组给水中铁离子含量较高。采用氧化性全挥发处理(AVT(O))时，给水中铁离子含量有可能降低至2?g/L以下。国电泰州将给水pH值(25℃)标准从9.0～9.6提高到9.2～9.6，目标值定为9.4,起到了明显效果，给水中铁离子含量从3?g/L左右降低到了2?g/L左右。

影响超临界水中铁离子溶解度的因素很多，除了化学因素以外，温度和压力是两个主要影响因素。超临界水中铁离子的溶解度随着压力的升高而增大，随着温度的升高而降低。超临界和超超临界压力机组主蒸汽中铁离子含量一般为0.5～1?g/kg，可将其理解为超临界和超超临界水中铁离子的平衡浓度。省煤器入口给水中的铁离子含量若高于主蒸汽中铁离子含量，则超出部分必然沉积在省煤器、节流孔板和水冷壁向火侧受热面上。反之，若省煤器入口给水中的铁离子含量低于一定数值(与主蒸汽中铁离子含量接近)时，则省煤器、节流孔板和水冷壁受热面均不会产生沉积。这个数值可通过水汽系统铁离子查定试验(在机组水汽循环系统各有关部位同步取样检测铁离子含量)确定，应作为省煤器入口给水中铁离子含量的控制标准。显然，无论是AVT(R)还是AVT(O)都不能保证省煤器入口给水中铁离子含量低于超超临界水(汽)平衡浓度，因此磁性氧化铁沉积在所难免。

二、所做的努力

该问题发生后，国电泰州发电有限公司化学专业人员联系了公司监督服务单位江苏方天电力技术有限公司专业技术人员一道研究分析该问题。

为解决迫在眉睫的#2锅炉水冷壁超温爆管问题，2009年年初曾采用“常温浸泡一步清洗法”对#2锅炉节流孔板磁性氧化铁沉积污染物进行过清洗，效果良好。但没有从根本上解决此问题。

泰州公司、江苏方天专业人员经分析研究一致认为，要从根本上解决此问题，需实施给

水加氧。为此，化学专业做了许多前期的研究准备工作。如《超超临界机组腐蚀和沉积控制的研究》（方天徐洪）、《超超临界压力直流锅炉垂直管屏水冷壁的失效分析及防爆策略》（方天徐洪）、《超超临界机组实施给水加氧处理的可行性研究》（泰州黄校春等）。

另外，公司相关专业两次专门组织人员到省内相关电厂进行加氧调研。调研了省内扬州二电厂、华润常熟电厂、国华太仓电厂。情况不一，华润常熟较为成功，但其机组参数与泰州相比偏低，不具可比性；另外两厂则发现加氧之后出现了新的问题，有的厂加氧后锅炉水冷壁、过热器、再热器还是曾频繁出现爆管的问题，大部分是氧化皮脱落所造成，有的厂则出现主汽门卡涩等严重影响汽机安全的问题，个别厂一度停止加氧。

三、项目实施情况

2009年5月公司研究确定#2机组给水加氧。为保证加氧取得成功，2009年5～6月还专门对加氧处理前的系统水质进行进一步的查定和评估，结果表明#2机组满足加氧处理的要求。

为保证机组加氧的顺利进行，国电泰州与江苏方天专门编制了《国电泰州1000MW超超临界#2号机组加氧（OT）处理措施》予以执行。转换期间，专门安排专业人员值班对其进行跟踪，发现问题及时调整。

2009年7月21日#2机组开始加氧。截止目前，#2机组加氧正常运行，#2机给水溶解氧控制在30～80?g/L，给水pH值控制在8.8～9.0，从化验监督数据来看，#2机给水氢电导率基本在0.10?s/cm以内；铁基本在0.42～1.20?g/L内。#1机主蒸汽溶解氧控制在＜5?g/kg，氢电导率基本在0.08?s/cm以内，水质情况很好。

为确保加氧安全，#1机组于2010年1月份进行了一次锅炉酸洗，2010年4月21日对#1机组开始给水加氧。从参数控制和监督数据方面来看，截止目前，#1机给水溶解氧控制在30～80?g/L以内；给水pH值控制在8.8～9.0；氢电导率基本在0.12?s/cm以内；铁基本在0.34～1.10?g/L内。#1机主蒸汽溶解氧控制在5?g/kg以内，氢电导率基本在0.07?s/cm以内，水质情况很好。

四、取得的重要成果

1加氧后，两台锅炉水冷壁节流孔处及附近水冷壁均没有发生超温、爆管的问题。大修检查时也没有发现节流孔处有明显的氧化铁沉积。给水含铁量得到了控制，减缓了炉前给水的流动加速腐蚀，降低腐蚀产物在省煤器及水冷壁进口节流圈处的沉积。

2降低了运行成本。采用给水加氧工况后,热力系统金属表面形成了氧化铁和四氧化三铁双层保护膜,保护膜致密完整,耐蚀性良好,有效地抑制了碳钢的腐蚀,运行过程中水汽系统中铁含量显著降低。机组启动过程中,铁离子达标时间比AVT工况下短得多。缩短了机组冷、热态冲洗时间,降低启动过程中水、电、煤的消耗。

精处理运行周期可得到明显地延长。通过采用给水加氧工况前、后对比,同期氨用量减少20～30%,精处理运行周期延长50%～100%。降低水质控制药品的消耗,减排了再生废液,

降低了废水处理费及对环境的污染。

3延长了锅炉的化学清洗周期。机组在加氧工况下运行，给水铁含量显著下降，系统中金属腐蚀得到抑制，锅炉沉积速率大幅度下降，可以延长锅炉清洗周期。从目前的铁含量来看，清洗周期至少可以延长到5年以上。

4锅炉压差。加氧处理后，受热面结垢平缓，节流孔没有结垢，锅炉压差得到降低。 5掌握了超超临界机组给水加氧处理的关键技术。加氧控制得当，没有造成大面积的过热器、再热器氧化皮脱落，没有出现因氧化皮脱落而造成的爆管问题，没有出现主汽门卡涩的问题，克服了兄弟电厂加氧未曾克服的问题。成功解决了锅炉水冷壁节流孔氧化铁的沉积和由此造成的水冷壁超温爆管问题，有力地保证了机组的安全运行。

机组给水加氧处理技术在国产引进型1000MW超超临界火电机组获得成功应用，取得了较好的直接经济效益和间接经济效益。

一、直接经济效益

1加氧后，两台锅炉水冷壁节流孔处及附近水冷壁均没有发生超温、爆管的问题。大修检查时也没有发现节流孔处有明显的氧化铁沉积。给水含铁量得到了控制，减缓了炉前给水的流动加速腐蚀，降低腐蚀产物在省煤器及水冷壁进口节流圈处的沉积。如图3。

图3 给水加氧处理后的#2炉节流孔

2降低了运行成本。采用给水加氧工况后,热力系统金属表面形成了氧化铁和四氧化三铁双层保护膜,保护膜致密完整,耐蚀性良好,有效地抑制了碳钢的腐蚀,运行过程中水汽系统中铁含量显著降低。机组启动过程中,铁离子达标时间比AVT工况下短得多。缩短了机组冷、热态冲洗时间,降低启动过程中水、电、煤的消耗。

精处理运行周期可得到明显地延长。通过采用给水加氧工况前、后对比,同期氨用量减少20～30%,精处理运行周期延长50%～100%。降低水质控制药品的消耗,减排了再生废液,降低了废水处理费及对环境的污染。

3延长了锅炉的化学清洗周期。机组在加氧工况下运行，给水铁含量显著下降，系统中金属腐蚀得到抑制，锅炉沉积速率大幅度下降，可以延长锅炉清洗周期。从目前的铁含量来看，清洗周期至少可以延长到5年以上。

4锅炉压差。加氧处理后，受热面结垢平缓，节流孔没有结垢，锅炉压差得到降低。 二、间接经济效益

掌握了超超临界机组给水加氧处理的关键技术。加氧控制得当，没有造成大面积的过热器、再热器氧化皮脱落，没有出现因氧化皮脱落而造成的爆管问题，没有出现主汽门卡

涩的问题，克服了兄弟电厂加氧未曾克服的问题。成功解决了锅炉水冷壁节流孔氧化铁的沉积和由此造成的水冷壁超温爆管问题，有力地保证了机组的安全运行。

对预防节流孔板污堵引发的垂直管屏水冷壁失效事故以及给水加氧引起的蒸汽通道氧化膜剥落危害，确保高参数大机组安全运行，具有很好的示范作用和极大的现实意义。