660MW超超临界锅炉长周期给水加氧试验研究

洪文超

摘 要：安徽华电芜湖发电有限公司两台660MW超超临界燃煤机组原采用只加氨的全挥发处理AVT（O），锅炉受热面的沉积速率较快，省煤器和水冷壁垢量较大，水汽系统含铁量较高。本试验通过分析氧化膜保护机理，锅炉给水加氧实施，加氧参数优化试验，试验前后数据比较，成功得出了有效抑制水冷壁流动加速腐蚀（FAC）并保证高温过热管道不发生大量氧化皮剥落的OT处理方法和参数控制范围，大大提高了机组安全性。

关键词：给水；加氧；腐蚀

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.23.133

当代经济快速发展，电力需求飞速增长。火电机组向着高参数、大容量、更清洁的先进发电技术不断前进。然而在机组能耗更低、容量更大发展过程中也逐渐出现了一些新问题，尤以水冷壁流动加速腐蚀（FAC）和奥氏体钢氧化皮大量脱落导致超温爆管对机组长周期安全运行影响最大。

本文旨在通过对安徽华电芜湖发电有限公司加氧工作开展、参数确定、效果评价等研究，探索出精确加氧处理技术，保证锅炉运行安全。

1 加氧处理原理

给水加氧处理（OT）是在高品质水（氢电导<0.15?S /cm）中加入氧化剂（气态O2或H2O2），并同时加入氨调节给水PH值。氧将金属表面氧化成一层稳定、完整的Fe3O4内伸层，但是Fe3O4晶粒较大有微孔，部分Fe2+不可避免的扩散出来，被持续供给的氧逐渐氧化生成Fe2O3的水合物FeOOH或是Fe2O3沉积在Fe3O4层的微孔或者颗粒的空隙中，从而在Fe3O4保护层表面再覆上一层新“保护膜”。这层保护膜很难溶于纯水中，而且Fe2O3是光滑圆润致密的晶体，能极大的减小流体阻力。当Fe3O4区有裂纹时还可实现自发愈合。

2 加氧处理情况

公司锅炉型号为HG-2060/26.15-YM2，2008年投产。投产后FAC现象明显，为保证机组长期安全运行，2012年4月启动了OT处理，并同步进行了一系列试验。

（1）PH值优化试验。通过对给水加氨量的调节来调节给水PH值，监测系统水汽品质特别是给水、凝结水、主蒸汽铁含量（μg/L）的变化。从测量结果看，给水PH值的提高系统铁含量均呈下降趋势，抑制水汽系统的腐蚀效果明显。但是提高PH值会增加氨水耗量，同时也会导致凝结水精处理树脂加速失效，增加树脂再生成本，综合考虑，最终确定给水PH值控制在9.25-9.3。

（2）加氧量优化试验。高限值：将给水溶氧控制均值提高到50μg/L观察运行，跟踪测量给水氢电导、主蒸汽含氧量、主蒸汽含CrO42-质量浓度，取多点均值得出下表数据。

按照ASME POWER 2011年诞生的“环境破坏说”理论核心内容：OT可能导致蒸汽中氧含量显著升高，破坏金属氧化皮所处的环境。金属氧化皮中夹杂的氧化铬与高温含氧蒸汽反应生成气态羟基氧化物，双层氧化皮界面由于铬蒸发散逸形成空穴。空穴逐渐增加，导致双层氧化皮界面结合强度逐步降低，最终发生灾难性的氧化皮剥落事故。

公司受热面材质允许的CrO42-最大质量浓度Super 304 H、TP347H分别为为110、75μg/L，从上表看主蒸汽含氧量40μg/L时已经超出了允许值，公司取与之对应的给水溶氧53μg/L作为加氧量的高限值，为使更少的氧进入蒸汽侧，取10～30μg/L作为正常运行值。

低限值：2013年底，国内多台机组相继发生高温爆管，割管检查发现炉管内有大量氧化皮堆积，怀疑加氧过量。鉴于此，公司将给水溶氧均值下调至10μg/L运行了观察，5天后给水氢电导开始逐渐升高，一个半月后高加正常疏水阀在相同工况下开度偏大，分析为给水系统氧化膜遭到破坏释放出部分Fe2+造成氢电导升高，解列高加，检查疏水阀笼，发现有堵塞物，检测其成分为四氧化三铁，进一步证明氧化膜遭到破坏。随后立即提高加氧量重新钝化，约10天左右恢复正常状态。

3 加氧效果评价

（1）锅炉差压。OT前额定负荷下锅炉总压差在3.5～4.5MPa，高加压差基本大于1MPa，本体压差2.4～3.2MPa（设计值为2.1MPa），几个压差均有随着运行时间推移越来越大的趋势。OT后各压差均逐步下降至略高于设计压差值后保持稳定。压差下降，给水泵转速降低，能耗减小。

（2）汽水系统含铁量。OT处理前给水、高加疏水铁含量均值分别为7.3μg/L、4.5μg/L。OT后给水、高低加疏水、主蒸汽铁含量均≤1.5μg/L，给水铁含量降幅最大，说明水汽系统的腐蚀情况大大减轻。

（3）水冷壁结垢速率及节流孔堵塞。OT处理前测定水冷壁结垢速率基本达到《火力发电厂水汽化学监督导则》（DL/T1115-2009）所确定的三类水平，节流孔结垢有的堵塞过半，通流能力减小，水冷壁频繁超温。OT处理后，利用大修机会割管检查，水冷壁结垢速率下降至一类标准，可以极大延长锅炉酸洗周期，节流孔处干净光滑，无明显沉积物。

随着OT技术的发展和成熟，公司从最开始的凝水加氧逐步转为给水和凝水分别加氧，凝水加氧设置在精处理出口管道，瓶装氧气经减压后直接加进管道，凝水段多余氧通过除氧器排气门除氧到0。给水加氧设置在除氧器出口管道上，引进西安热工院研发的给水自动加氧机，将高纯氧饱和溶解于除盐水中后加入给水系統，加氧机根据给水流量大小自动调节加入系统的含氧除盐水量，基本实现氧完全消耗于给水系统中，不进入蒸汽，既有效抑制了FAC的发生，又避免了过多氧进入蒸汽侧导致氧化皮大量剥落的情况。效果显著，公司已经实现了锅炉连续五年“四管”零泄漏，为同行业提供了较好的参考作用。

参考文献：

[1]黄强.超临界锅炉蒸汽侧氧化皮生成的原因分析及对策探究[J].科技创新与应用，2013（15）：1.

[2]徐洪.给水加氧处理引起蒸汽通道氧化皮剥落机理[J].动力工程学报，2011，31（09）：110-113.