超臨界機組給水加氧處理西安熱工研究院有限公司二○一三年十一月胡振華一、前言

超臨界、超超臨界火電機組發電效率較高，具有顯著的節能和改善環境的效果，是目前我國火力發電的主力機型。從目前投運的超（超）臨界機組停機檢查結果來看，由于水汽品質控制不當，鍋爐受熱面結垢速率高、汽輪機積鹽和腐蝕問題在大多數超（超）臨界機組中普遍存在，已經危害到機組的安全經濟運行。1、超臨界水的物理化學特性水的臨界壓力是22.1MPa，臨界溫度是347.15℃；在這個壓力和溫度時，水和蒸汽的密度是相同的，叫做水的臨界點。超臨界水與普通水在性質上有很大的差異。包括：水的密度、介電常數、粘性、熱容、離子積以及許多物質在水中溶解性等在超臨界態時都表現得很特殊，因而對發電機組設備的腐蝕與結垢產生影響。2、超臨界機組水質控制的目的與手段

防止設備腐蝕（熱力系統）⑴pH值（給水加氨）⑵氫電導率（補給水處理、凝結水精處理）⑶溶解氧（熱力和化學除氧、給水加氧）防止鍋爐受熱面結垢降低鍋爐給水中腐蝕產物Fe的生成與遷移防止蒸汽系統、汽輪機積鹽與腐蝕⑴SiO2

、Na、Cl；（補給水處理、凝結水精處理）⑵腐蝕產物Fe

（給水優化處理，降低Fe遷移）3、鍋爐補給水控制鍋爐補給水—補充機組正常運行時的水汽損失（如取樣、排污等）。補給水控制指標，是指原水經補給水系統處理后出水應控制的指標，主要為二氧化硅及電導率兩項。嚴格控制這兩項水質指標，對保證電廠整個水汽循環系統的水汽品質，減少鍋爐及汽輪機的結垢、積鹽與腐蝕有著直接的影響。選擇二氧化硅作為補給水質量控制指標的原因：采用離子交換樹脂去除水中的離子時，以SiO32-最難除去。因而只要SiO32-含量達到標準要求，其他陰離子在水中則更少，不至于對水質產生什么影響。電導率指標：指水中離子導電能力的大小，通常反映了水中含鹽量的多少。對同一種水，電導率越大，含鹽量就越多，水質就越差；反之，則水質就越好。4、爐內水質監督項目(1)（1）pH值：用于提高金屬表面氧化膜穩定性、防止腐蝕。（2）溶氧：影響金屬腐蝕的重要因素—氧腐蝕或鈍化。（3）電導率：電導率是反映水中含鹽量高低的指標。在超臨界機組水汽中，通常反映氨含量，可用來間接控制pH值:pH=8.57+lgSC（4）氫電導率：表征水質純度的重要指標，是水中陰離子雜質含量的綜合體現（常見的有Cl-、二氧化碳、有機酸等）。其危害在于破壞金屬氧化膜，加速腐蝕。4、爐內水質監督項目(2)（5）氯、鈉離子。水汽中最常見，對水汽系統的腐蝕、汽輪機積鹽影響最大。（凝汽器泄漏、精處理混床排代泄漏）（6）二氧化硅。蒸汽攜帶能力強，可產生汽輪機積鹽。（補給水膠體硅，能穿透精處理系統）（7）腐蝕產物鐵、銅。表征熱力設備腐蝕情況，產生結垢→影響傳熱→導致垢下腐蝕、爆管。（腐蝕產物是影響現代高參數鍋爐安全運行最主要的雜質）5、超臨界機組常見循環水化學問題（1）熱力系統系統普遍存在流動加速腐蝕(FAC)問題，嚴重時可造成設備腐蝕減薄最終導致泄漏事故。流動加速腐蝕FAC：是指高速流動純水中，金屬氧化膜發生溶解而產生的腐蝕現象；與流體形態（湍流）、流速、材質和介質條件(溫度、pH、溶解氧)等有關。給水采用傳統還原性全揮發處理（AVT(R)工況）時，爐前給水系統、疏水系統容易發生流動流動加速腐蝕。

FAC一般發生在120～220℃給水溫度范圍內（除氧器、高加水側、給水管路等）；某機組高加盤式換熱管FAC典型流動加速腐蝕典型流動加速腐蝕120℃～

200℃汽液兩相流中（疏水系統、抽氣管路），FAC腐蝕較嚴重。疏水管路的FAC抽氣管路的FAC省煤器入口管進入省煤器入口聯箱的管段高壓加熱器的管板和管段鍋爐給水泵周圍的管段除氧器殼體低壓加熱器的管板和管段加熱器疏水管段低壓加熱器殼體電廠水汽系統中發生FAC的部位爐前系統發生流動加速腐蝕，腐蝕產物遷移、再沉積，帶來一系列結垢問題：

溫度大于220℃時開始出現氧化鐵沉積，溫度越高，pH值越大，沉積越嚴重。（末級高加、省煤器、水冷壁）FAC腐蝕造成鍋爐給水鐵含量高，腐蝕產物遷移、再沉積，帶來一系列結垢問題。

溫度大于220℃左右時開始出現氧化鐵沉積，溫度越高，pH值越大，沉積越嚴重。（末級高加、省煤器、水冷壁、汽輪機葉片）流動加速腐蝕帶來的危害

某600MW超臨界機組省煤器沉積速率260g/(m2.a)某超臨界機組水冷壁管沉積速率200g/(m2.a)末級高加管口沉積氧化鐵沉積造成鍋爐受熱面結垢速率普遍偏高，影響鍋爐換熱效率，鍋爐酸洗周期短，超臨界機組一般在1～4年。氧化鐵沉積造成水冷壁節流孔頻繁堵塞爆管以及高加疏水調閥、減溫水調閥堵塞問題。（在有縮孔變徑部位，例如節流孔、調節閥、濾網等，磁性氧化鐵會發生聚積。）流動加速腐蝕帶來的危害

水冷壁節流孔堵塞

高加疏水調門結垢堵塞

給水泵濾網結垢堵塞結垢造成鍋爐壓差上升、受熱面換熱效率下降，制約發電機組運行的經濟性

。(受表面形態、垢量大小、垢樣成份的影響）腐蝕產物四氧化三鐵進入水冷壁沉積后會形成波紋狀垢或晶粒粗大、疏松垢層，對管壁金屬溫度和壓力降產生顯著影響。流動加速腐蝕帶來的危害腐蝕產物在汽輪機高壓缸葉片沉積，降低汽輪機效率。流動加速腐蝕帶來的危害

AVT工況下，化學加氨量較大，凝結水精處理混床運行周期短。（AVT工況下周期制水量8萬噸左右、頻繁再生、酸堿耗高、自用水耗高、廢液排放等）超臨界機組普遍存在汽輪機高、中壓缸積鹽和低壓缸腐蝕問題。超（超）臨界機組有關循環水化學問題（2）1）水汽純度差是導致汽輪機沉積、腐蝕的根本原因。AVT工況下，pH值控制較高，精處理混床出水雜質（氯離子和鈉離子）的平衡泄漏量也較高。凝結水精處理銨型運行漏氯離子和鈉離子。凝汽器泄漏（海水），而沒有嚴格控制精處理運行出水水質。2）超臨界參數過熱蒸汽對鹽類的攜帶能力強（特別是氯化鈉、硅等），給水中微量鹽類進入鍋爐后，都會被過熱蒸汽溶解攜帶進入汽輪機，蒸汽做功后，壓力降低其溶解鹽類則沉積在汽輪機中、低壓缸，尤其是低壓缸相變區。汽輪機停機后，濕份進入形成氯化鈉溶液引起葉片腐蝕。汽輪機沉積與腐蝕的原因

圖、主要蒸汽雜質經過超臨界機組汽輪機時的溶解度

給水中氯化鈉幾乎全部溶解超臨界過熱蒸汽中；GB/T12145-2008超臨界蒸汽鈉標準值小于3μg/kg，期望值小于1μg/kg。為防止超臨界機組汽輪機積鹽，蒸汽中鈉和Cl含量應低于1μg/kg。解決超臨界機組循環水化學問題的技術途徑給水加氧處理OT；能有效解決上述AVT工況下超（超）機組普遍存在一系列循環水化學問題，是超（超）臨界機組給水處理工況的最佳優化方式。去極化劑—強化陰離子的腐蝕作用鈍化劑—形成和修復保護性氧化膜取決于水的純度1、給水加氧的原理腐蝕性陰離子如Cl-、SO42-等在純水條件下，一般要求KH<0.15us/cm1）氧的兩重性

水中的雜質特別是氯離子由于絡合作用而影響正常磁性氧化鐵保護膜的生成，從而加速腐蝕，反應如下：

2Fe2++H2O+1/2O2+8Cl-——2[FeCl4]-+2OH-1、給水加氧原理

在流動純水條件下，加入適量的氧使碳鋼表面形成一層均勻致密的保護膜，取代還原性工況下形成的疏松、多孔性磁性四氧化三鐵氧化膜，降低金屬腐蝕速率，達到抑制流動加速腐蝕的效果。加氧原理圖AVT工況下，氧化層晶粒為典型Fe3O4晶粒，較粗大、有明顯切面，晶粒粒徑在8~10μm，對流體阻力較大。OT工況下，氧化層為細小和致密的Fe2O3晶粒，平均晶粒直徑2~3μm，有助于改善表面流態，降低系統阻力。兩種工況下，氧化膜結構與形態對比有效抑制了熱力系統流動加速腐蝕2、加氧處理的典型效果福建可門3號機組數據濾膜法測給水腐蝕產物含量對比A廠600MW機組給水AVT(O)工況A廠

3、4號機組給水OT2