1.华北电力科学研究院 北京100045 2.盘山电厂（天津301900
盘山电厂现有2台俄罗斯引进的500 MW超临界机组。其直流锅炉的主要参数：最大连续蒸发量为1 650 t／h；一次蒸汽出口压力为25MPa；一次蒸汽出口温度为545℃；给水温度为270℃。
汽轮机为单轴、四缸、四排汽。1、2号低加为混合式加热器，3、4号低加为表面式加热器，高低加均为碳钢管。凝汽器为MHЖ5－1－1铜管，相当于我国BFe5－1－1白铜管。
给水联合水处理工况（以下简称CWT）的试验研究是在2号机组上实施的。
1 机组在全挥发性工况（以下简称AVT）运行时存在的问题
2号机组于1996年5月正式投产，锅炉给水按设计采用AVT工况运行。控制标准：pH为9．0～9．3，N2H4浓度为20～60μg／L，DDH＜0．2μS／cm，溶氧浓度低于7μg／L，铁含量低于10μg／L，钠离子浓度低于5μg／L。机组在运行中水汽质量合格率达98％以上，给水氢电导率小于0．1μS／cm，但锅炉水冷壁的沉积率仍然较快，下辐射区的沉积率为89 g／（m2·a）。
1998年5月，2号机组中修时，锅炉下辐射区最大垢量达224 g／m2，已接近锅炉酸洗标准。如按AVT工况运行，预计在一年内达到酸洗标准。
锅炉运行中的压差上升速度较快，已从投产初期的4．4 MPa上升至7．7 MPa。
另外，在AVT工况下凝结水精处理装置运行周期较短，再生药剂消耗量、自用水量和树脂磨损量大，精处理装置运行成本高。
2 给水联合水处理工况试验的准备工作
2．1 确定系统材质
盘山电厂2号机组热力系统为全铁系统，精处理装置出水水质DD＜0．1μS／cm，给水水质长期保持DDH＜0．1μS／cm。经仔细检查，确认2号机组的热力系统中没有钨铬钴合金材料制成的部件，因此认为2号机组具备CWT工况的试验研究和实机运行条件。
2．2 AVT工况转换为CWT工况前不进行酸洗
2号机组1998年5月进行了中修，水冷壁下辐射区向火侧最大垢量为224 g／m2，德国有关CWT运行经验为，当水冷壁垢量达到250 g／m2时，最好进行化学清洗后再转换为CWT工况运行。考虑到500 MW锅炉系统庞大，进行锅炉化学清洗工作量大、费用高、工期长，机组在转换为CWT工况前，不进行锅炉化学清洗，直接进行CWT工况试验研究并实机运行，为垢量较高的机组实施CWT工况提供有益的经验。
2．3 加氧系统
为使气态纯氧均匀地加入热力系统并保持溶氧浓度稳定，决定采用二点加氧法。主要加氧点设在给水泵入口处，即在除氧器下降管上；辅助加氧点设在三级凝泵入口处。
3 AVT工况向CWT工况转换过程
图1给出了转换过程中给水溶解氧、电导率的变化情况。从图1可看出，加氧1 h后，DDH由0．072μS／cm上升至0．107μS／cm，省煤器入口氧浓度出现并达到140μg／ L时，给水DDH上升至最高点，为0．198μS／cm；氧浓度在120～160μg／L稳定，DDH逐渐缓慢下降；当DDH小于0．12μS／cm时，为了加快转换过程以便尽快生成Fe2O3保护膜，将给水氧浓度上调至大于200μg／L，给水DDH随着氧浓度上升而上升，但是上升幅度较开始加氧时小得多，只从0．112μS／cm上升至0．136μS／cm，然后逐渐下降，最后稳定在0．1μS／cm左右。
图2给出了在转换期间给水、主汽和高加疏水铁含量的变化情况。加氧前给水停止加联氨，给水铁含量从6．3μg／L上升至17．0μg／L，然后下降至8．4μg／L，最后稳定在4～5μg／L，略比停止加联氨前的AVT工况低一些。在加氧后的48 h内，系统铁含量明显上升，随着加氧时间的延长，给水铁含量逐渐下降；当主汽出现溶氧时，给水、主汽的铁含量同时降至2～3μg／L并稳定，当再热器和高加疏水出现溶氧时，高加疏水铁含量从24μg／L降至2μg／L；也就是从9月8日以后，热力系统各测点的铁含量均降至1～3μg／L，比AVT工况时铁含量降低50％以上，说明在原有Fe3O4保护膜上已形成了更难溶的Fe2O3保护膜，抑制了铁离子的溶解，表明转换过程是成功的。
4 CWT工况运行的效果
2号机组完成CWT工况的转换和最优工况试验后，机组一直在CWT最优工况下运行。在这期间，机组经历了二次停用启动；经历了112天的大修，取得热力系统水质明显提高，给水铁、铜含量大幅度降低，启动时冷热态冲洗时间缩短，锅炉沉积率大幅度降低，精处理运行周期延长，锅炉压差下降等效果。
4．1 氧的迁移
比较图3的给水和主汽的溶氧浓度可以看出，随着CWT工况运行时间的增长，主汽中溶氧浓度与给水溶氧浓度越来越接近，其差值由开始的30～40μg／L逐渐减少至10μg／L左右，这说明炉管表面的Fe2O3／Fe3O4保护膜逐渐形成得比较完整，由于保护膜本身有一定的溶解性，以及水流的冲刷侵蚀造成的破坏，需要不断地生成新的Fe2O3来修补，这样会有少量的氧被消耗。当CWT工况连续运行较长时间后，水汽系统生成的氧化物保护膜具有较好的抗蚀性，因此需要的氧量较小。2号机组主汽溶氧与给水溶氧仅相差10μg／L左右，说明2号锅炉受热面的保护膜质地较致密完整。
4．2 热力系统中的铁含量
2号机组在AVT工况运行期间，给水铁含量为2～8μg／L，平均为5．6μg／L；而CWT工况运行期间，给水DDH为0．06～0．08μS／cm，pH为8．0～8．5，溶氧浓度为50～100μg／L，给水铁含量经大量数据汇总，其平均值为0．3μg／L，比AVT工况降低了80％以上。主汽、一级凝泵等部位在CWT工况下的铁含量均小于1μg／L。以上说明在AVT工况下，靠提高给水pH使钢铁表面进入钝化状态，其生成的Fe3O4钝化膜致密性较差，在高温纯水中仍有一定的溶解性，给水的铁含量难以降得很低。而在CWT工况下由于不断地向碳钢表面均匀供氧，使碳钢电位上升至生成Fe2O3所需的电位，在Fe3O4膜上生成溶解度极小、颗粒细小的Fe2O3，此外，从Fe3O4层扩散出的Fe2＋被水中充足的氧迅速氧化，封闭了Fe3O4垢的孔隙，在碳钢表面形成了致密的双层保护膜，使热力系统金属的腐蚀得到有效的抑制，腐蚀产物大为减少。2号机组热力系统各部位的铁含量很低，而且随着CWT工况运行时间增长，铁含量越来越低，说明产生的保护膜致密性随时间增加而增大。
从高加疏水的铁含量可看出，在AVT时为9．3μg／L，在CWT工况运行下，再热器出现溶氧时，高加疏水铁含量急剧下降；溶氧浓度为30μg／L时，铁含量为2．0μg ／L，最后溶氧为50～70μg／L时，铁含量小于1μg／L，说明高加疏水只要有30μg／L左右的溶氧，就能明显地降低高加汽测的腐蚀，随着运行时间增加和溶氧浓度的增大，高加汽测的碳钢表面也形成了致密的保护膜。
2号机组在CWT工况运行时，凝结水铁含量很低，仅为AVT时的10％～20％。这表明加氧工况不会对汽轮机缸体材料造成腐蚀。大修期间对汽机叶片、隔板进行了检查，并与1号机（AVT工况）进行比较，CWT工况下汽轮机叶片、隔板较AVT工况下清洁得多。
4．3 锅炉结垢情况
表1列出了2号锅炉在AVT和CWT工况下，省煤器、水冷壁的结垢量和沉积率。
从表1可看出，2号机组在CWT工况运行后，省煤器的沉积率下降了69％，水冷壁的沉积率下降了87％。
对AVT工况和CWT工况的垢样进行了X－射线衍射分析，在AVT工况下，省煤器垢的成分中Fe3O4占65．7％，Fe2O3占30．4％；水冷壁垢Fe3O4占79．4％，Fe2O3占15．3％。而在CWT工况下，省煤器垢Fe3O4占39．8％，Fe2O3占57．2％；水冷壁垢Fe3O4占56．7％，Fe2O3占41．8％，即Fe2O3所占比例明显增加，说明在CWT工况下管壁表面已形成了以Fe2O3为主的Fe2O3／Fe3O4保护膜。
4．4 锅炉的运行压差
2号机组在AVT工况运行的2年多时间里，锅炉压差从4．4 MPa上升至7．6 MPa，上升幅度较大，原因是AVT工况下，垢的主要成分为Fe3O4，颗粒大，摩擦阻力大，而且垢的沉积率快，因此锅炉压力损失也大。而在CWT工况运行半年后，锅炉压差随CWT工况运行时间的延长而缓慢下降，压差已从7．6 MPa下降至6．1 MPa；给水泵（汽泵）转速随压差下降而下降，满负荷下汽泵转速从4 425 r／min下降至4 222 r／min，耗汽量相应减少，机组效率提高。
4．5 精处理装置的运行
在AVT工况下，给水pH控制在9．0～9．3，给水含氨量为500～700μg／L，精处理装置中的前置阳床、混床平均运行周期为15天，而在CWT工况下，给水pH控制在8．0～8．5，给水含氨量仅为20～70μg／L，混床和阳床的运行周期平均在90天以上，这样节省了大量的再生药剂和自用水量，相应减少了近万吨再生废水，环境污染的程度也相对减少。
4．6 机组大修后的启动
2号机组在CWT工况下经历了一次112天的大修，停机前只是将给水pH提高至9．0～9．3，溶氧仍维持在50～100μg／L，停机后也只采取了带压放水，负压抽干的保护方式。
大修结束后启动，机组冷态冲洗时间比AVT工况减少了90 min；热态冲洗时间仅为65 min，比AVT工况少用了近300 min，说明机组采用CWT工况后，生成的双层保护膜有效地抑制了碳钢基体在停用期间的腐蚀，而且在长达112天的停用时间内没有遭到破坏，保护膜的耐蚀性好。
5 CWT工况运行的经济效益
2号机组采用CWT工况运行取得了如下的经济效益。
5．1 直接经济效益
每年可节省燃油费用约5．0万元，节省除盐水冷壁管向火侧水费用约3．0万元；由于精处理装置运行周期延长，每年可节省再生药剂费用46万元；给水处理用药减少了，每年可节省药品费用24．8万元；锅炉运行压差下降，给水泵转速下降了203 r／min，折合每年节约标煤1 834 t，可节省30．4万元；除氧器排汽阀开度减少，每年可节省23．4万元；锅炉化学清洗周期延长，检修工期缩短，每年可节省106．6万元。累计每年可产生272．5万元的可计算经济效益。
5．2 间接经济效益
机组结垢速率大幅度下降，结垢致密，锅炉的传热性能得到改善，机组的热效率提高了。由于精处理运行周期延长，再生次数减少，每年减少再生废液近万吨，减少了废水处理费用和对环境的污染程度。
6 结论
（1）盘山电厂500 MW超临界机组实施CWT工况后，热力系统金属表面形成了Fe2O3／Fe3O4双层保护膜，保护膜致密完整，耐蚀性好，有效地抑制了碳钢的腐蚀，运行过程中水汽回路铁含量明显减少，锅炉压差不断下降；缩短了启动期间的冲洗时间。
（2）机组在CWT工况下运行，锅炉沉积率大幅度降低，水冷壁的最大沉积率为10．4 g／（m2·a），是AVT工况沉积率的1／8，可大幅度延长锅炉化学清洗周期。
（3）明显地延长了精处理运行周期，减少化学药品的耗量及再生废液排放量，减少了离子交换树脂的磨损及排放废液对环境的污染程度，取得了显著的经济效益和社会效益。
（4）在锅炉水冷壁垢量高达224 g／m2的条件下，顺利地实现了机组从AVT工况转为CWT工况的运行，取得了在高垢量条件下CWT工况运行的宝贵经验和技术数据。
（5）机组在CWT工况下直接停机，停用时只采取了带压放水，负压抽干的常用保护方式。经112天长时间停运后再启动，冷热态冲洗时间比AVT工况下大为缩短，启动水质良好，表明了在CWT工况下的保护膜具有很好的耐蚀性。
