本质安全的直流锅炉给水加氧处理方法

摘要

本发明公开了一种本质安全的直流锅炉给水加氧处理方法，包括以下步骤：1)火电机组无铜系统加氧前给水处理方式为只加氨处理，加氨将炉前给水pH25℃值调节在9.3-9.6；2)在满足一定条件后，将除氧器排气门关闭；3)在机组凝结水精处理出口加氧点加氧；4)控制省煤器入口溶解氧含量在5-50μg/L范围内且主蒸汽含氧量较加氧前无显著增加；5)待炉前给水阳离子电导率(CC)降至0.15μS/cm以下，将炉前给水pH25℃控制范围降低至8.8-9.3；6)机组停运前将炉前给水pH25℃值提高到9.3-9.6，直至停机；7)停炉保养。本发明的处理方法增强给水加氧处理缓冲能力，给水溶解氧含量等参数波动减小。

说明书

技术领域

本发明涉及一种工艺方法，尤其是一种直流锅炉给水加氧处理方法。属于电力及动力工程技术领域。

背景技术

锅炉给水加氧处理的目的是利用给水中溶解氧对金属的钝化作用，使金属表面形成致密的保护性氧化膜，以降低给水铁含量，防止炉前系统发生流动加速腐蚀(Flow Accelerated Corros ion，简称FAC)、降低锅炉管的结垢速率、减缓直流炉运行压差的上升速度、防止因减温水引起混合式过热器和再热器以及汽轮机积盐、延长锅炉化学清洗的周期和凝结水精处理混床的运行周期。

对于直流锅炉给水处理，现在使用的有三种方法：还原性全挥发处理(给水加氨和联氨的处理，以下用AVT(R)表示)、AVT(O)和OT。

在AVT(R)方式下，给水系统金属表面生成双层结构的磁性铁氧化膜，上层膜的微观结构是多孔疏松的，因此给水和湿蒸汽系统极易发生FAC。当给水DO＜1ppb且含有还原剂时，给水腐蚀产物含量较高(Fe＞5ppb)。AVT(R)是第一代直流锅炉给水处理方式，它导致锅炉水汽系统腐蚀、结垢速率较高，对火电机组的安全、经济运行造成显著影响，在当今高参数、大容量火电机组上鲜有应用，在超(超)临界压力机组上已不再采用。

在AVT(O)方式下，给水系统金属表面氧化膜主要由Fe₃O₄和少量α-Fe₂O₃组成，由于给水中溶解氧含量较低(DO＜5ppb)，所生成的α-Fe₂O₃往往不足以充填和覆盖磁性铁氧化膜。在较高pH_25℃条件下(≥9.3)给水铁离子含量可在2μg/L以下。AVT(O)的主要优点：锅炉水汽系统腐蚀和沉积速率可以比AVT(R)低。主要缺点：①要求给水pH_25℃值较高，导致凝结水精处理混床周期制水量较低，且不适用于有铜系统；②给水铁离子含量为AVT(R)方式下的三分之一，但尚不足以杜绝FAC，锅炉水汽系统仍然存在一定程度的腐蚀和沉积问题。在超(超)临界火电机组上AVT(O)方式的缺陷尤为明显。

在OT方式下，加氧点分别设置在精处理出水母管和除氧器出水管道上。给水DO一般控制30-150μg/L，pH_25℃控制在8.0-9.0范围内，并要求CC≤0.15μS/cm。当0.15μS/cm＜CC＜0.2μS/cm，维持正常加氧量但必须提高给水pH _25℃值至9.0-9.5；当CC≥0.2μS/cm时停止加氧，转变为AVT(O)方式运行。在OT方式下，给水系统金属表面氧化膜最外层为致密的α-Fe₂O₃和FeOOH，它们阻塞了多孔的磁铁氧化物的扩散通道，形成了低渗透性氧化层，从而起到保护金属表面的作用。OT的主要优点：①能将给水铁离子含量降低至AVT(O)方式下的三分之一，完全抑制锅炉水汽系统的铁基金属腐蚀和沉积；②凝结水精处理混床的运行周期将延长五倍，减少了运行成本和运行人员的劳动强度。主要缺点：①对给水系统的材质有一定限制。OT会加速水汽系统含铜合金的腐蚀和沉积，不宜用于有铜系统(凝汽器和低压加热器为铜管)。而所谓无铜系统其实往往并非绝对无铜，例如现代高参数火电机组高压给水管路材质一般为15Ni CuMoNb5，其含铜量为0.5％～0.8％，采用OT也会有一定影响；此外，常用作阀的硬表面的司太立(Stellite)合金，即钴基钨铬共晶合金在DO≥50μg/L时可能存在磨蚀-腐蚀问题；②给水DO较高时蒸汽中DO与AVT(O)方式有显著差异，会使蒸汽通流系统电化学电位(ECP)升高，从而会对蒸汽通流系统，特别是锅炉过热器、再热器中氧化皮产生影响，使其疲劳、脱落，引发金属超温甚至爆管事故。

发明内容

本发明的目的在于针对以上现有技术存在的缺点，提出一种新型给水加氧处理方法，增强给水加氧处理缓冲能力，给水溶解氧含量等参数波动减小；

给水溶解氧含量下限和上限较常规加氧处理显著降低，有效抑制给水系统流动加速腐蚀又能扩大对给水系统金属材质的适用范围，有效预防给水加氧处理引起的司太立(Stellite)合金(钴基钨铬共晶合金)腐蚀和含铜合金腐蚀；

有效预防给水加氧处理引起的蒸汽通流系统，特别是锅炉过热器、再热器中氧化皮疲劳、脱落；

有效减缓给水品质正常至异常的过渡区腐蚀性阴离子的影响。

为了达到以上目的，本发明是采用以下步骤来实现的：

本质安全的直流锅炉给水加氧处理方法，其特征在于包括以下步骤：

1)火电机组无铜系统加氧前采用AVT(O)运行方式，即给水处理方式为只加氨处理，加氨将炉前给水pH_25℃值调节在9.3-9.6，在机组采用AVT(O)运行方式期间，除氧器排汽门应处于正常开启状态；

2)在满足下列条件后，将除氧器排气门关闭。

d)确认炉前给水CC≤0.15μS/cm(目标值为≤0.1μS/cm)、pH值为9.3-9.6；

e)机组其它水汽指标正常；

f)加氧设备、系统管路、阀门、表计及取样设备和各分析仪表正常；

g)所用氧气及其它药品符合质量要求；

h)机组稳定运行；

3)按DO为100μg/L计算出的加氧速率在机组凝结水精处理出口加氧点加氧，监视给水CC和铁离子含量以及系统各蒸汽取样点CC，在确保给水CC不超过0.3μS/cm且铁含量不显著超标的前提下，逐步提高凝结水加氧点的理论计算加氧含量(上限为200μg/L)，当除氧器入口DO达到凝结水加氧点DO的80％左右时，低压给水系统转换完成，监视除氧器入口、除氧器出口、省煤器入口水样的DO，当给水DO达到30μg/L左右且达到除氧器出口DO的80％左右时，高压给水系统转换完成；

4)待炉前给水CC降至0.15μS/cm以下，将炉前给水pH _25℃控制范围降低至8.8-9.3，正常OT期间炉前给水DO控制范围为5-50μg/L；

5)机组停运前2小时，停止加氧，将炉前给水pH_25℃值提高到9.3-9.6，直至停机；

6)停炉保养采用氨水碱化烘干法。

前述的本质安全的直流锅炉给水加氧处理方法，其特征在于：在所述步骤(1)中，机组首次加氧处理前AVT(O)运行方式至少为7天。

前述的本质安全的直流锅炉给水加氧处理方法，其特征在于：在所述的步骤(4)中，炉前给水pH目标值与给水DO之间的满足以下关系式：

PH_25℃＝9.4-0.024DO     0≤DO≤20μg/L

pH_25℃＝8.9              20＜DO≤50μg/L

前述的本质安全的直流锅炉给水加氧处理方法，其特征在于：在所述步骤(4)中，正常OT期间炉前给水CC控制值≤0.15μS/cm，期望值≤0.1μS/cm。当炉前给水CC大于0.15μS/cm但小于0.2μS/cm时，提高炉前给水pH_25℃值至9.3-9.6，按照给水DO上限值与给水CC的关系式控制炉前给水DO上限值，按照炉前给水pH目标值与给水DO之间的关系式相应调整炉前给水pH目标值，24小时内恢复炉前给水氢电导至0.15μS/cm以下，当炉前给水氢电导大于0.2μS/cm时，停止加氧，转换为AVT(O)，工况给水DO上限值与给水CC的关系式为：

DO_max＝200-1000CC    0.15≤CC≤0.20μS/cm

前述的本质安全的直流锅炉给水加氧处理方法，其特征在于：在所述步骤3)中，给水加氧方式采用气态氧作氧化剂，由高压氧气瓶提供的氧气经减压阀减压后通过一针形流量调节阀加入凝结水精处理设备出口母管，加氧量的控制采用自动调节。运行中溶解氧的浓度由安装于除氧器进口、出口和省煤器进口的在线溶解氧表进行连续监测，并根据仪表测得的数据进行调节，设置在精处理出水母管和除氧器出水管道上的加氨点加氨量的控制采用自动调节。

1、加氧速率的计算

v＝7×10^-7·QC                       (1)

式中：

v：加氧速率，Nm³/h；

Q：给水流量，t/h；

C：加氧点给水中溶解氧理论含量：μg/L

2、氧气瓶极限运行时间的估算

T＝ΔPV/v                            (2)

式中：

T：氧气瓶极限运行时间，h；

ΔP：氧气瓶减压阀进、出口压差，bar；

V：氧气瓶容积，m³；

v：加氧速率，Nm³/h.

有铜给水系统采用OT方式时加氧点的选择OT宜用于无铜给水系统。对于低压加热器为铜合金材料的给水系统，加氧点可设置在除氧器出水管道上，但需要进行专门试验确定加氧参数。

本发明所达到的有益效果：在本质安全的直流锅炉给水加氧处理方法中，加氧点设置在精处理出水母管上，由于加氧点下游除氧器水箱的缓冲作用，炉前给水DO等参数波动减小；控制炉前给水DO≥5μg/L，使给水DO超过FAC阈值(5μg/L)，且保持给水pH_25℃、DO和CC等参数之间的协调关系，能有效抑制FAC；控制炉前给水DO≤50μg/L，能有效预防司太立(Stellite)合金(钴基钨铬共晶合金)腐蚀；控制给水pH _25℃在8.8-9.3范围内，兼顾碳钢和含铜低合金钢的腐蚀抑制；控制蒸汽中DO较AVT(O)方式无显著差异，从而避免OT方式引起的蒸汽通流系统，特别是锅炉过热器、再热器中氧化皮疲劳、脱落；在给水品质正常至异常的过渡区(0.15μS/cm≤CC≤0.2μS/cm)通过给水pH_25℃、DO和CC等参数之间的协调控制最大限度地减缓腐蚀性阴离子的影响。

附图说明

图1为给水pH与给水DO之间的关系曲线；

图2为给水DO上限值与给水CC的关系；

图3为无铜给水系统加氧点示意图；

图4为有铜给水系统加氧点示意图。

具体实施方式

实施例一

ISOT用于某1000MW超超临界火电机组的方法

(1)机组启动初期的给水处理方式

机组启动初期采用AVT(O)运行方式，即给水处理方式为只加氨处理。加氨使给水pH值调节在9.3-9.6。在机组启动初期采用AVT(O)运行方式期间，除氧器排汽门应处于正常开启状态。

(2)AVT过渡期的给水处理方式

机组启动后，当达到如下条件：机组处于稳定运行状态；机组给水氢电导保证值为≤0.15μS/cm，目标值为≤0.1μS/cm；机组其它水汽品质指标正常。过渡期为七天以上时间。

(3)OT初次转换期的给水处理方式

①转换条件

确认给水氢电导≤0.15μS/cm(目标值为≤0.1μS/cm)，给水pH值9.3-9.6且机组其它水汽指标正常；确认加氧设备、系统管路、阀门、表计及取样设备和各分析仪表正常；确认所用氧气及其它药品符合质量要求；确认机组将在相当长期一段时间基本稳定运行；将除氧器排气门关闭。

②高、低压给水系统转换

按溶解氧理论计算量100ppb的浓度在机组凝结水加氧点加氧，密切监视除氧器入口、除氧器出口、省煤器入口的溶解氧含量，同时密切监视省煤器入口氢电导和铁含量以及系统其它各处的氢电导，如果省煤器入口氢电导控制不住(氢电导超过0.3μS/cm或脱气氢电导超过0.15μS/cm)，可调低凝结水加氧点的加氧量，待氢电导降低并稳定后再逐步提高该点的加氧量。在确保水、汽样品氢电导不超过0.3μS/cm且铁含量不显著超标的前提下，逐步提高凝结水加氧点的理论计算加氧浓度(上限为200ppb)。当除氧器入口氧浓度达到凝结水加氧点浓度的80％左右时，低压给水系统转换完成；当省煤器入口氧浓度达到除氧器出口加氧点浓度的80％左右时，高压给水系统转换完成。

③锅炉水汽样品中溶解氧含量的控制

当高低压给水系统转换完成后，将省煤器入口给水的加氧浓度控制在20-50ppb，确保给水和蒸汽的氢电导不超过0.2μS/cm目标值是不超过0.15μS/cm。高、低压给水系统转换及正常加氧处理期间，要严格控制主蒸汽和再热蒸汽的氧含量与本底值相比没有显著升高。

④调整给水pH值

机组OT转换全部完成后，将给水pH值调整在8.8-9.0之间。

(4)机组正常OT运行期间的加氧处理

当凝结水及给水系统完成OT转换后，机组处于稳定的OT运行工况，投用凝结水自动加氧，控制省煤器入口给水溶解氧含量在20-50μg/L之间。给水氢电导保证值为≤0.15μS/cm，期望值为≤0.1μS/cm，机组其它水汽品质指标按正常OT运行工况要求监测。

(5)机组水汽品质异常及停运期间的给水处理方式

①氢电导超标

OT处理时，省煤器入口给水氢电导正常控制值为≤0.15μS/cm，期望值为≤0.1μS/cm。当省煤器入口给水氢电导大于0.15μS/cm但小于0.2μS/cm时，提高给水pH至AVT(O)工况的9.3-9.6，可维持加氧浓度不变，应迅速查明原因，24小时内恢复给水氢电导至正常值，随后恢复给水pH。当省煤器入口给水氢电导大于0.2μS/cm时，停止加氧，转换为的AVT(O)工况。

②凝汽器泄漏

当凝汽器存在严重泄漏时，停止加氧，转换为AVT(O)工况，视情况决定停机与否。

③加氧装置故障

当加氧装置故障无法加氧时，转换为AVT(O)工况。

④机组正常停运

机组停机前2小时，关闭凝结水加氧门，停止加氧，将给水pH值提高到9.3-9.6，保持AVT(O)方式至停机。停运后按正常的方式采用保养措施。

ISOT用于某600MW超临界火电机组的方法

(1)基本条件

确认给水氢电导≤0.15μS/cm(目标值为≤0.1μS/cm)，给水pH值9.3-9.6且机组其它水汽指标正常；确认凝结水加氧设备、系统管路、阀门、表计及取样设备和各分析仪表正常；确认所用氧气及其它药品符合质量要求；确认机组将在相当长期一段时间基本稳定运行；将除氧器排气门关闭。

(2)提升高、低压给水系统电化学电位

按溶解氧理论计算量100ppb的浓度在机组凝结水加氧点加氧，密切监视除氧器入口、除氧器出口、省煤器入口的溶解氧含量，同时密切监视省煤器入口氢电导和铁含量以及系统其它各处的氢电导，如果省煤器入口氢电导控制不住(氢电导超过0.3μS/cm或脱气氢电导超过0.15μS/cm)，可调低凝结水加氧点的加氧量，待氢电导降低并稳定后再逐步提高该点的加氧量。在确保水、汽样品氢电导不超过0.3μS/cm且铁含量不显著超标的前提下，逐步提高凝结水加氧点的理论计算加氧浓度(上限为200ppb)。当除氧器入口氧浓度达到凝结水加氧点浓度的80％左右时，低压给水系统电化学电位提升完成；当省煤器入口氧浓度达到5-10ppb时，高压给水系统电位提升完成。

(3)机组水汽样品中溶解氧含量的控制

当高、低压给水系统完成电化学电位提升后，将省煤器入口给水的加氧浓度控制在5-10ppb，确保给水和蒸汽的氢电导不超过0.2μS/c，目标值是不超过0.15μS/cm。高、低压给水系统电位提升及正常运行期间，要严格控制主蒸汽和再热蒸汽的氧含量与本底值相比没有显著升高。

(4)调整给水pH值

机组给水系统电化学电位提升完成后，将给水pH值严格控制在9.3±0.1。

文中的DO是英文Dissolved Oxygen的缩写，中文解释：溶解氧含量；

CC是英文Cation Conductivity的缩写，中文解释：阳离子电导；

OT是英文Oxygenated Treatment的缩写，中文解释：加氧处理。

以上已以较佳实施例公开了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采用等同替换或者等效变换方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。