超超临界机组汽水控制技术

1 超超临界机组汽水控制技术 超（超）临界机组汽水控制技术内容 超（超）临界机组目前存在的问题 提高机组水汽品质技术-凝结水精处理技术 1. 腐蚀产物控制技术-OT 2. 提高电厂化学水汽监测可靠性技术 存在问题 从目前投运的超（超）临界机组停机检查结果看，由于水汽品质控制不当，锅炉受热面结垢速率高、汽轮机积盐和腐蚀问题在大多数超（超）临界机组中普遍存在，已经危害到机组的安全经济运行。 锅炉受热面结垢速率高的问题 超（超）临界机组普遍存在高压加热器、锅炉省煤器、水冷壁沉积速率高的问题部分机组锅炉结垢速率高和压差上升快已经影响到机组出力。 锅炉受热面结垢速率高的问题 某电厂1000 MW超临界机组给水处理方式为AVT(O)，运行不到一年，#3机组水冷壁向火侧沉积速率为119.2 g/(m2.a)。 某630MW机组投运以来省煤器结垢速率高，锅炉压差半年左右升高1兆帕左右，使得给水泵的出力达不到机组满负荷运行的要求。 某电厂1000 MW超临界机组给水处理方式为AVT(O)，运行不到一年，#3机组水冷壁向火侧沉积速率为119.2 g/(m2.a)。 某630MW机组投运以来省煤器结垢速率高，锅炉压差半年左右升高1兆帕左右，使得给水泵的出力达不到机组满负荷运行的要求。 小孔结垢问题 国内目前投运不久的超超临界机组发生了水冷壁入口节流孔沉积四氧化三铁问题，沉积的氧化铁减小了节流孔孔径，造成水冷壁管超温爆管，已经成为该类型机组非计划停机的主要影响因素。 汽轮机通流部分积盐和腐蚀问题 超临界机组停机开缸检查也发现存在汽轮机通流部分积盐和腐蚀问题，某些超临界机组甚至出现高压缸严重积盐问题，如江苏某厂600MW超临界机组调速级喷嘴结盐速率达160mg/（cm2.a），高压缸叶片积盐速率在2.5～13mg/（cm2.a）。 中、低压缸通流部件不同程度的积盐和腐蚀问题 某厂4号机组检修过程中，在汽轮机中压缸后几级锈蚀严重；低压缸通流部分锈蚀严重。 叶片沉积物成分分析 2

水汽品质优化处理 上述问题说明对超（超）临界机组水汽品质优化处理是非常必要的. 超（超）临界机组关键技术 超临界火电技术已经历几十年的发展，多个先进国家的运行经验证明，解决好材料和化学二个专业方面的问题，是保证超（超）临界机组设计和运行成功的关键。 超（超）临界机组化学控制 水的特性 水的理论临界状态 水的理论临界状态为：压力22.115MPa、温度374.15℃和密度0.32g/cm3。当水的状态到达这一临界点后，水汽共为一体，不再有汽水两相共存区，二者参数也不再有任何差别 超临界压力工质状态 超临界压力与临界压力时情况相同，当水被加热到相应压力下的相变点温度时，即全部汽化。 由此可知，超临界压力直流锅炉中，由水变成过热蒸汽经历了两个阶段，即加热和过热，而工质状态由未饱和的水变为干饱和蒸汽，后变为过热蒸汽。 超临界压力下的传热特性 在亚临界压力下，水达到饱和温度时，开始蒸发，工质的比容和焓值迅速增加。在超临界压力时，达到相变点，工质比容和焓值仍有迅速增加的现象，但随压力的增加，其增加幅度逐渐减小。另外到达相变点，工质的动力粘度μ，导热系数λ和密度ρ均有显著下降 防止传热恶化、降低管壁温度的措施 控制适当的热负荷并维持较高的重量流速；使工质的大比热区避开受热最强的燃烧器区域是超临界锅炉机组设计和运行的关键, 防止传热恶化、降低管壁温度的措施，主要有采用内螺纹管和提高工质质量流速 ，尽量降低腐蚀产物和盐类的在受热面的沉积速率。 盐类的溶解和沉积 在超临界条件下，蒸汽已具有和水一样的特性，盐类在蒸汽中的溶解度已很高。在SC和 3

USC条件下，由于压力温度进一步提高，盐类在蒸汽中的溶解度得到进一步的升高。因此，若水中含盐量较高，在蒸汽中的盐类，可以达到较高的浓度，这些溶解在蒸汽中的盐类，在汽轮机和再热器中，由于蒸汽的降压，降温和膨胀的作用，又会由于溶解度降低而沉淀或变成浓液，对金属产生危害。 腐蚀产物的沉积问题 USC锅炉的温度比超临界锅炉的要高。在“蒸发段”沉积的，主要并非是盐类，主要的是从给水带入的腐蚀产物氧化铁。它是影响现代高参数锅炉安全运行最主要的杂质。 波纹状四氧化三铁 腐蚀产物四氧化三铁进入锅炉受热面沉积后还会形成波纹状垢。 在亚临界和超临界锅炉水冷壁中的条件下在铁上面形成的氧化膜，可以生成一定的厚度和某种形态厚度和形态，对管壁金属温度和压力降产生显著影响。 波纹状四氧化三铁的效应 虽然紧密的内层和多孔的外层都能提供对穿过管壁热流密度的阻力，但是由于多孔结构导致其热导率降低，因此多孔氧化物外层会产生较大问题，这一层能够生长到相当于内层几倍的厚度。此外，由于外层粗糙的粒状结构及其外表面上大波纹图案，外层会扰乱流体流动，最终导致压力降沿管子增大。 金属腐蚀产物的沉积现象 由于水的密度随温度升高而逐渐变小，水中氧化铁的溶解度也随之降低，因此给水系统腐蚀释放出的铁离子会在下游的部件的金属表面随温度的升高而沉积下来。 沉积铁的来源 这种沉积的铁来源于： a)局部生成的铁氧化层溶解在介质流体的同时立刻再沉积 b）锅炉回路中其他地方的腐蚀产物在流体中迁移并在条件适合时沉积。 如果炉管氧化层外层厚度明显大于内层厚度，增加的铁来源于水回路的其他方。 如何解决氧化铁沉积的问题 由于多孔的四氧化三铁外层通过来自流体中铁沉积在（内层）氧化皮表面上的方式生长，因此采取措施最大限度地减小能够沉积在表面上的铁的来源，能够最大限度地减小此外层的生长。 因此凡是能够减小热力系统回路中其他地方铁的溶解量的将是非常有益的。 德国大部分直流锅炉只有4%多孔四氧化三铁外层来源于迁移的腐蚀产物，这显然是使用给水加氧处理结果。 小结 SC机组要防止水冷壁管内发生类膜态沸腾，水中的盐类等杂质在受热面浓缩。 USC机组要防止蒸汽中的盐类沉淀或浓缩，对金属产生危害。 防止给水带入的腐蚀产物带入锅炉。 超（超）临界机组化学控制 凝结水精处理 超(超)临界机组存在问题 丹麦曾在运行的超超临界机组的水冷壁蒸发段上部、再热器、汽轮机叶片以及高压加热器的汽侧处发现有沉积物，沉积物的主要成分为钠盐，阴离子为硫酸根。这与硫酸钠盐的汽液分配系数有关。硫酸钠盐的挥发性较小，随蒸汽带入硫酸盐极易随温度的降低而析出，沉积在再热器和下游的热力设备器壁表面。 对蒸汽中的Na含量的要求 Na2SO4 和NaOH二种盐类溶解在蒸汽中后，会对过热器、再热器及汽轮机产生影响。当蒸 4

汽中钠含量超过1 µg/kg 时，Na2SO4会在第一再热器工作压力高于7.0 MPa时产生沉淀，并随后在含钠量0.1 µg/kg的条件下，在压力低于7.0 MPa的汽轮机中产生沉积。当再热器存在干状态的Na2SO4时，锅炉停用时就会引起再热器的停用腐蚀。而NaOH会在USC锅炉的运行时，在二级再热器中形成浓缩液，对奥氏体钢产生腐蚀。因此必需控制蒸汽中的Na含量小于1µg/kg 才行。 凝结水精处理技术 对凝结水精处理的出水水质的要求 凝结水精处理过滤系统的设置 凝结水精处理系统深度除盐与过滤系统的匹配 超（超）临界机组凝结水精处理系统的选择 凝结水精处理过滤系统的设置 前置过滤的配置重点应考虑机组在启动阶段去除固体腐蚀产物、杂质和长期运行后氧化皮颗粒。 前置过滤系统对颗粒状腐蚀产物的去除率应该在80%以上。前置过滤装置可以选用的设备有管式过滤器、阳树脂床和树脂粉末过滤器。 过滤器选择 对于超超临界机组而言，如果要考虑去除Na离子、非晶型腐蚀产物以及凝汽器泄漏引入的各种盐类杂质，应该采用阳床作为前置过滤，这除了有利于除去非晶型腐蚀产物以外，还可以大大提高和改善后续离子交换设备的除去盐类杂质的能力，同时，也为后续离子交换设备的设置和选型提供了更高的灵活性。 树脂粉末过滤器 华能福州电厂二期工程，2×350MW机组的凝结水精处理系统是美国GRAVER公司的POWDEX凝结水过滤除铁系统（简称“树脂粉末过滤器”），其功能主要是除铁氧化物等腐蚀产物，除盐作用很差，其离子全交换容量不到混床的1%。 在凝汽器发生泄漏时，不能保证给水水质的要求。 国外的经验指出，采用粉末树脂凝结水精处理系统的机组所发生的汽轮机腐蚀积盐问题较多，而采用深床精处理的机组上较少发生。因此一般不考虑在超超临界机组的凝结水精处理系统上配备粉末树脂过滤器作为前置过滤用。 高速混床 目前国内多数电厂均采用不设前置过滤器的高速混床，国外也称为裸混床。高速混床同时承担除盐和除铁的作用。 混床除盐装置的去除效率：对铁可达60%～85%；对铜达75%～93%；对镍达70%～90%。 虽然单一高速混床系统具有节省投资和占地面积等优点，但树脂易受铁污染。遭受铁污染后的树脂（尤其是阴树脂）密度增加，不利于混床内两种树脂的分离 。 每次再生前，都要进行多次擦洗，将增加树脂的磨损和破碎； 单床串联系统 单床串联工艺系统为：前置棉管过滤器→阳床（浮床）→阴床（浮床）→二级阳床（顺流）。 在阴床出水质量符合要求时，就旁路不通过后级的阳床，以免阳树脂释放的微量硫酸根进入热力系统 。 阳－阴－阳单床系统生产的水质的普通杂质含量范围大约为0.2μg/L ~1μg/L，这个极限值能满足许多火力发电厂的设计要求。 凝结水深度除盐与过滤系统的匹配 将前置过滤的过滤性质与除盐系统的除盐性质相结合，可以最大限度地发挥两个设备的作用，得到最佳的凝结水精处理的效果。根据前置过滤器和离子交换器的搭配，主要有几种方