给水AVT(O)处理方式在600 MW超临界直流炉机组中的应用

张小霓，吴文龙，王琳，陈亮，李长鸣，何俊峰

(1.河南电力试验研究院，郑州市，450052;2.南阳天益发电有限责任公司，河南省南阳市，474671)

0 引言

河南某600 MW超临界直流炉机组于2008年4月投产运行。该机组为凝汽式机组，其给水处理采用还原性全挥发处理(all volatile treatment(reduction)，AVT(R))方式。机组运行期间，汽水系统铁含量合格率较低，总体呈降低趋势，但数值普遍高于GB/T 12145—2008《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》［1］中规定的铁的标准值小于5 μg/L，期望值小于3 μg/L的规定。至2011年4月，该机组在600 MW工况运行时，频繁出现给水闭锁限制情况，汽动给水泵转速上升至5 850 r/min，已无余量，负荷经常下滑至590 MW。投产至2011年4月，汽轮机调节级压力增加了近2 MPa，炉侧压力增加约2.6 MPa。由于汽水品质铁含量长期超标，已经影响机组满负荷运行，直接威胁机组的安全、经济运行。从该电厂同类机组2011年首次大修检查情况看，水冷壁、省煤器、汽轮机叶片沉积率和积盐率都很高。其中，铁氧化物占水冷壁、省煤器沉积物成份的95%以上，同时也是汽轮机叶片的主要积盐成份，以不同比例分布于高、中、低压缸叶片［2］。

该机组上述运行状况是超临界直流炉机组的一个典型例子。为抑制和缓和该机组运行情况继续恶化，将机组给水处理由AVT(R)方式改为氧化性全挥发处理(all volatile treatment(oxidation)，AVT(O))方式，以降低机组受热面的沉积率。

1 给水处理方式的选择

1.1 给水处理方式的种类

DL/T 805.4—2004《火电厂汽水化学导则第4部分:锅炉给水处理》［3］给出了3种锅炉给水处理方式。(1)AVT(R)方式:凝结水、给水加氨和除氧剂(通常为联氨)的还原性处理方式。(2)AVT(O)方式:锅炉凝结水、给水只加氨的处理方式。(3)加氧处理(oxygenated treatment，OT)方式:锅炉给水加氧处理方式。

1.2 机组状况和给水处理方式的选择

该机组给水处理采用AVT(R)方式，由于铁含量长期超标，精处理运行周期过短，采用氨型处理方式。机组自投产以来汽水铁含量见图1。

图1 汽水铁含量统计Fig.1 Iron content of steam and water

从图1可以看出，铁含量整体呈降低趋势，但普遍高于文献［1］中规定的铁的标准值小于5 μg/L的要求。

美国电力研究协会(Electric Power Research Institute，EPRI)的加氧导则［4］中明确指出，OT 方式可使给水的流动加速腐蚀(flow-accelerated corrosion，FAC)现象减轻或消除，给水含铁量降低。AVT(O)方式在国内机组的应用中也取得了较好的效果［5-7］。可见，氧化处理是改善汽水品质中铁含量的途径之一，也是机组给水处理方式的发展趋势。将该机组采用的AVT(R)给水处理方式，改为AVT(O)或OT方式，是降低汽水铁含量，缓解目前机组运行状况，延长精处理运行周期的有效途径。根据该机组的运行情况和该厂同类600 MW超临界直流炉机组大修检查情况［2］分析，机组运行近3年，其水冷壁、省煤器、汽轮机叶片垢量较高，其中，水冷壁垢量很可能已经达到酸洗垢量。根据DL/T 805.1—2002《直流锅炉给水加氧处理》［8］中的要求，锅炉水冷壁垢量达到200～300 g/m2时，采用OT运行方式前应进行化学清洗。由于机组未停机未能进行化学清洗。此外，虽然OT方式转化周期短，效果较AVT(O)方式更明显，但很可能会在短期内剥落金属表面疏松的Fe3O4，存在一定风险。AVT(O)方式虽然转化周期长，但与OT方式相比相对安全。经综合考虑，决定将给水处理方式由AVT(R)改变为AVT(O)方式。

2 AVT(O)方式工况控制

2.1 精处理运行方式

精处理氨化运行虽然能够延长运行周期，但氨化运行的除盐效果远不及氢型运行方式，加之AVT(R)方式会使系统铁含量偏高。改为AVT(O)方式后，精处理运行周期由氨化运行转为氢型运行，并保证氢电导率小于0.15 μS/cm。

2.2 加氨量的控制

原设计采用测量pH值来监控加氨量。但超纯水的电阻很大，几乎是一个绝缘体，测定高纯水的pH值受到温度补偿、测量校正误差的影响，准确测定比较困难，致使监控加氨量存在一定误差。相对而言，超纯水的电导率是比较容易准确测量的项目［9-10］。根据氨和水的电离常数，设计了相应的加氨量和电导率关系的程序，用监测电导率来控制加氨量，确保转化期间给水加氨的准确性。

2.3 溶解氧的控制

AVT(O)方式转化期间，利用凝汽器系统自身的溶解氧进行转化，并彻底关闭除氧器排氧门。在转化期间，凝结泵入口的溶解氧为7～10 μg/L。

2.4 铁含量测定方法的改进

水汽铁含量是直接评价系统防腐效果的化学监测指标，是AVT(O)方式转化期间评价转化效果的重要化学监督参数。邻菲啰啉(1，10-Phenanthroline)分光光度法是GB/T 14427—1993《锅炉用水和冷却水分析方法:铁的测定》［11］提供的普遍应用的传统方法。随着机组容量的增大、对铁含量的要求越来越高和分析检测方法的改进，GB/T 14427—2008《锅炉用水和冷却水分析方法:铁的测定》［12］要求使用石墨炉原子吸收方法作为铁的分析检测方法。由于石墨炉原子吸收仪器价格昂贵，操作、维护复杂，大部分发电企业仍选择用分光光度法测定铁含量，但是如果铁含量低于5 μg/L，该法的灵敏度、精度、可靠性、重现性均显著下降。采用自动蒸发浓缩装置［13］，将水样浓缩10倍，采用邻菲啰啉分光光度法分析铁含量，以实现水汽痕量铁的准确、可靠测定，为保证可靠评价AVT(O)方式的处理效果提供依据。

3 AVT(O)方式处理效果

AVT(O)方式转化期间，每日测定铁含量3～5次。省煤器入口铁含量见图2。

图2 省煤器入口铁含量Fig.2 Iron content at economizer inlet

由图2可以看出，转化初期，铁含量有波动，随着转化时间的增加，波动减小，铁含量基本稳定在3 μg/L以下。由于该机组热力系统垢量较大，给水含铁量测定值的波动，源于转化中金属表面疏松的铁沉积物被氧化后剥落，微小的铁颗粒带入汽水取样系统。这种现象是正常的，是转化时必然经历的过程。

转化稳定后(自2011年8月9日至9月1日)统计铁含量值，根据GB/T 12145—2008要求的期望值小于3 μg/L和标准值小于5 μg/L，划分为3个区域，统计结果如图3所示。由图3可知，在稳定期间，铁含量小于3 μg/L的数据占了82.76%，说明情况已经得到明显好转。随着AVT(O)方式转化的继续进行，铁含量仍会逐渐减低。

图3 稳定期间不同铁含量所占百分比Fig.3 Proportion of iron content in steady state

4 效益

(1)AVT(O)方式在该机组的应用，明显降低了热力系统铁含量，经过近2个月的转化，大部分水汽铁含量已经小于3 μg/L，提高了机组的防腐蚀水平和安全运行水平。

(2)由于汽水品质的改善，给水泵和汽轮机调节级压差在转化期间无明显升高，可以初步判断水冷壁、省煤器、汽轮机叶片垢量和积盐无明显增加，沉积速率和积盐速率明显降低，可降低机组运行能耗。虽然这些效果的直接经济效益还难以量化，但是机组腐蚀、沉积、积盐情况已经得到有效缓解。

(3)AVT(O)方式的应用，取消了联氨这种可疑致癌物质的使用;关闭了除氧器排气门，节能显著。

(4)自动蒸发浓缩装置［13］的使用，保证了邻菲啰啉分光光度法测定的准确性，可节省设备购置费用。

5 结论

(1)机组给水处理采用AVT(O)方式后，系统铁含量明显降低，大部分数据已经达到了GB12145—2008中要求的铁的期望值小于3 μg/L的规定，有效缓解了机组运行恶化的状况。

(2)实施AVT(O)方式期间，必须保证精处理氢型运行方式，确保氢电导率小于0.15 μS/cm。

(3)建议采用电导率在线表控制加氨量。

(4)高沉积率超临界直流炉机组在不具备OT方式给水处理条件时，可以考虑采用AVT(O)方式替代AVT(R)方式。

［1］GB 12145—2008火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量［S］.北京:中国标准出版社，2008.

［2］张小霓，王琳，吴文龙，等.600 MW超临界直流炉机组高沉积率分析及对策［J］.电力建设，2011，32(9):78-80.

［3］DL/T 805.4—2004火电厂汽水化学导则.第4部分:锅炉给水处理［S］.北京:中国电力出版社，2004.

［4］EPRI.Cycle chemistry guidelines for fossil plants: Oxygenated treatment［S］.New York，US:EPRI，2005.

［5］钱洲亥，陆继民，陈颖，等.AVT(O)给水处理方式在600 MW机组上的实践［J］.浙江电力，2006，53(1):53-55.

［6］周可师，黄兴德，曹恩楚，等.300 MW机组给水AVT(O)处理技术试验研究［J］.华东电力，2009，37(4):72-75.

［7］顾庆华.超临界600 MW机组直流锅炉给水AVT(O)处理的探索［J］.热力发电，2007(11):74-76.

［8］DL/T 805.1—2002直流锅炉给水加氧处理［S］.北京:中国电力出版社，2002.

［9］陆达年.在超纯水中电导率和pH、氨浓度的关系［C］//全国火力发电技术学会.第四届全国火力发电技术学会年会论文集.北京:全国火力发电技术学会，2003:548-550.

［10］曹杰玉，陈新超.火电厂纯水pH值测量应注意的几个问题［J］.热力发电，2004(5):62-65.

［11］GB/T 14427—1993锅炉用水和冷却水分析方法［S］.北京:中国标准出版社，1993.

［12］GB/T 14427—2008锅炉用水和冷却水分析方法［S］.北京:中国标准出版社，2008.

［13］李长鸣，郝党强.用于化学分析的液体样品自动蒸发浓缩装置:中国，CN 2667484Y［P］.2004-12-29.