全保护加氧处理在1000MW超超临界间接空冷机组的应用
时间：2023-02-11 11:00:09 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
杨 丽 陈雅楠 刘 焕 焦育峰 付 刚 胡振华
（1. 陕西榆林能源集团横山煤电有限公司，陕西 榆林 719000；
2. 国网陕西省电力有限公司 榆林供电公司，陕西 榆林 719000；
3. 西安热工研究院有限公司，陕西 西安 710054）
水资源对国民经济的快速发展有重要影响[1]，而我国燃煤发电厂是用水大户，其用水量约占工业用水量的40%[2,3]，废水排放量约占工业废水排放总量的10%[4]，在我国部分地区，水源问题已经成为制约电力市场发展的主要因素[1,5]。“十四五”期间，将全面落实“节水优先”方针，通过节水措施抑制不合理的用水需求，提升用水效率，减少废水排放。为了可持续发展，在保证机组安全稳定运行的条件下，节约用水、减少废水排放对构建节水型火电厂具有重要意义。
某电厂1、2号1000MW超超临界燃煤机组自投产来，给水处理方式采用氧化性全挥发处理（AVT（O）），给水系统、高加疏水系统存在流动加速腐蚀，影响机组的安全稳定运行；
凝结水精处理混床再生频繁，再生酸、碱、除盐水用量高、混床再生废水排放量高等相关问题，不利于该电厂节水减排政策实施。为了解决以上问题，该电厂对其给水处理方式实施了全保护加氧处理（OT）。
1.1 锅炉
某电厂地处北方地区，其1、2号机组为1000MW超超临界间接空冷无铜机组，两台机组分别于2019年10月29日、2018年12月13日通过168h试运行正式投产。锅炉为东方锅炉（集团）股份有限公司生产的型号为DG-2973/29.3-II3超超临界直流锅炉，采用单炉膛、对冲燃烧、一次中间再热、平衡通风、固态排渣、全钢架悬吊Π型结构。冷却系统采用表面式间接空冷系统，循环水为除盐水，若发生凝汽器泄露，对凝结水的水质影响小，机组水汽品质良好，可采用全挥发处理或加氧处理[6]。间接空冷系统相比湿冷系统能够明显降低耗水量[7,8]，尤其对北方“富煤缺水”地区具有重要的节水意义。
1.2 凝结水精处理系统
凝结水精处理系统由2×50%的前置过滤器单元、4×33%的混床单元、1套100%容量的前置过滤器旁路单元、1套100%容量的混床旁路单元以及再循环单元组成，混床内阳阴树脂比例为3∶2，树脂体积为7.8m3。两台机组共用一套体外再生系统，采用高塔分离技术。
机组在AVT（O）工况运行中，热力设备表面的氧化膜主要成分是疏松的Fe3O4，易发生流动加速腐蚀[9]，给水pH控制为9.2～9.6，精处理周期制水量低，混床再生频繁，再生酸、碱、除盐水用量较高，混床再生废水排放量高，不利于构建节水型电厂。而全保护加氧处理能够解决以上问题[10,11]，因此，该电厂对其两台机组实施了全保护加氧处理。
2.1 全保护加氧处理
加氧处理（OT）通过向弱碱性水中加入氧气，促使金属表面生成致密稳定的Fe3O4+Fe2O3双层保护性氧化膜。
全保护加氧处理[12]是向低压给水、高压给水、高加疏水同时加氧的水处理方式。通过向给水中加入低浓度溶解氧，使管道内壁金属表面形成Fe3O4+Fe2O3的双层氧化膜，达到给水系统防腐钝化要求，维持蒸汽中基本无氧，避免蒸汽中较高浓度氧可能促进蒸汽管道氧化皮剥落的风险，同时向高加汽侧单独加氧以解决高加疏水系统的流动加速腐蚀问题，实现了水汽系统热力设备的全面保护。
2.2 全保护加氧处理的实施
2.2.1 AVT（O）工况查定
根据DL/T 805.1-2011 《火电厂汽水化学导则 第1部分：锅炉给水加氧处理导则》，在加氧转化前对1、2号机组在线化学仪表检验校准，保证在线化学仪表准确可靠。同时对两台机组水冷壁及省煤器垢量测定、对机组水汽品质查定。主要测定结果如表1、表2所示。
表1 1、2号机组水冷壁管、省煤器管垢量测定结果(单位：g/m2)
表2 1、2号机组省煤器入口氢电导率测定结果（单位：μS/cm）
结果表明，两台机组水冷壁管、省煤器管垢量均小于250g/m2的标准，在线仪表满足整机工作误差符合标准要求；
两台机组水汽品质良好，其中省煤器入口氢电导率小于0.15μS/cm，满足GB/T 12145-2016《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》以及DL/T 805.1-2011《火电厂汽水化学导则第1部分：锅炉给水加氧处理导则》对机组加氧处理的要求。
2.2.2 加氧转化
2021年4月15日及6月19日分别向1、2号机组精处理出口母管、除氧器出口、1号高压加热器汽测加氧，转化完成后，控制1、2号机组除氧器入口溶解氧为10～150μg/L，省煤器入口给水溶解氧为10～30μg/L，高加疏水溶解氧为10～150μg/L，给水pH值控制为8.9～9.1。两台机组给水溶解氧随负荷变化曲线如图1、图2所示。
通过图1、图2可看出，机组负荷在发生较大变化时，给水溶解氧能够保持稳定，确保蒸汽中无氧，有效的避免蒸汽中较高浓度氧可能促进蒸汽管道氧化皮剥落的风险。
图1 1号机组给水溶解氧随负荷的变化曲线
图2 2号机组给水溶解氧随负荷的变化曲线
3.1 有效防腐
加氧转化平衡后，控制给水pH值在较低的条件下，给水及高加疏水铁含量可稳定在较低水平，有利于抑制给水系统和高加疏水系统的流动加速腐蚀，同时能够降低锅炉受热面的结垢速率。1、2号机组AVT（O）工况和OT工况下水汽系统铁含量对比如图3、图4所示。从图中可看出，OT工况下，控制两台机组给水pH值为8.9～9.1，水汽系统铁含量均维持在较低水平，其中省煤器入口及高加疏水铁含量平均值均在1μg/L以下，表明全保护加氧处理能够有效抑制给水、高加疏水系统的流动加速腐蚀。
图3 1号机组不同给水处理方式下水汽系统铁含量对比结果
图4 2号机组不同给水处理方式下水汽系统铁含量对比结果
3.2 减少加药量
3.2.1 减少氨水使用量
在25℃超纯水中[13]，氨水的电离见式（1），结合水的离子积常数见式（2），可推导出超纯水中pH跟电导率（SC，μS/cm）的关系式（3）、电导率跟氨水浓度的关系式（4），因此通过给水pH可计算出对应的氨水浓度。
与AVT（O）工况相比，全保护加氧处理后1、2号机组给水pH平均值分别由加氧前的9.38及9.29降低至9.0，对应的氨含量平均值由原来的965μg/L及699μg/L降低至264μg/L，两台机组全年能够减少25%氨水使用量约74.17t，即约2967桶25kg重量的25%氨水手动加入，节约氨水用量不仅对节约资源起到了促进作用，还减少了电厂运行人员的工作量，节省了人力。
3.2.2 减少酸碱使用量
通过给水加氧处理，可提高凝结水精处理周期制水量，减少再生酸碱使用量，减少再生废水总量。实施全保护加氧处理后，根据pH优化调整后系统的加氨量推算，两台号机组精处理周期制水量提高至原来的200%以上，全年混床再生次数减少约47次，再生用酸量减少约98.7t，再生用碱量减少约117.5t。同时减少了混床再生过程中的废酸液、废碱液、冲洗水等废水排放。凝结水精处理混床的再生工艺如图5所示。
图5 凝结水精处理混床的再生工艺
3.3 节水减排
3.3.1 减少除盐水使用
全保护加氧处理后，两台机组混床再生次数减少约47次，再生过程中，冲洗混床、配制再生酸液、碱液等使用的除盐水用量全年减少约18800t。
同时，由于加氧处理后热力设备表面形成致密的Fe3O4+Fe2O3双层保护膜，机组停机腐蚀减少，机组启动加快约50%，用于机组启动阶段冲洗的除盐水量降低。
3.3.1 减少废水排放
除盐水系统的产水效率约为74%～83%，其制备过程中会产生冲洗废水、清洗废水、再生废水等废水，该废水排放是造成新鲜水取用量大的主要原因之一。加氧处理后，除盐水使用量减少，因此制备量减少，相应减少了新鲜水的取用和制水过程中产生的废水排放。除盐水的制水工艺如图6所示。
图6 除盐水的制水工艺
3.4 经济效益
全保护加氧处理后，将两台机组1年节约的氨水、再生用酸、碱、除盐水及化学清洗费用计算，1、2号机组分别能够产生约71万元和52万元的直接经济效益，若再算上混床再生时的电费、压缩空气费用、人力成本以及再生废液处理成本等，节约的费用将更多，由此可见，实施加氧处理后，其产生的经济效益非常显著。
（1）全保护加氧处理后，两台机组除氧器入口溶解氧为10～150μg/L，省煤器入口给水溶解氧为10～30μg/L，高加疏水溶解氧为10～150μg/L，给水pH值控制为8.9～9.1，水汽系统中铁含量维持在较低水平，其中省煤器入口及高加疏水铁含量平均值均在1μg/L以下，有效抑制了给水、高加疏水流动加速腐蚀问题，实现了水汽系统热力设备的全面保护；
（2）全保护加氧处理后，两台机组给水pH平均值由9.38和9.29降低调整至9.0，全年减少25%氨水使用量约74.17t；
精处理周期制水量提高至原来的200%以上，全年混床再生次数减少约47次，再生用酸量减少约98.7t，再生用碱量减少约117.5t；
再生除盐水用量全年减少约18800t，相应的减少了新鲜水取用及制水过程中产生的废水排放，促进了节水减排政策实施；
（3）全保护加氧处理后，1、2号机组1年节约的氨水、再生用酸、碱、除盐水及化学清洗费用分别约为71万元和52万元，产生的直接经济效益非常显著。
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