麥寮12c950t2fh超臨界鍋爐之水質控制由全揮發物處理(avt)改為注氧控制處理(cwt)改善報告

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1、麥寮1,950T/H超臨界鍋爐之水質控制由全揮發物處理(AVT)改為注氧控制處理(CWT)改善報告陳俊宏、陳文義台塑石化股份有限公司公用事業部公用二廠摘要：火力發電及汽電共生廠所使用之鍋爐均為極高溫、高壓之型態，汽水循環中從鍋爐給水至高壓蒸汽產生的過程中，給水與蒸汽的品質關係著電廠營運效率與可靠性，同時對電廠之鍋爐、汽機等重要設備的使用壽命有著極深遠的影響。依據統計，電廠於運轉中被迫停機之原因中有21%為爐管破裂所引起。爐管破裂除了材質腐蝕、飛灰衝蝕、壓力或過熱問題外與鍋爐給水水質的好壞有很大的關聯性。公用二廠鍋爐為超臨界貫流式鍋爐，無汽鼓裝置可以沉降部分

2、雜質及排放，且鍋爐水係以汽機作功後之蒸汽冷凝回收循環使用，故水質要求比汽鼓式鍋爐更加嚴苛。先前本廠鍋爐給水水質處理方法，採一般常用之揮發性物質處理方法(AllVolatileTreatment,簡稱AVT)，但爐管腐蝕結垢速率徧高，造成初期運轉經常發生水牆管入口阻塞破管及酸洗頻繁。經過檢討及參考國外實績，將鍋爐給水處理方式改為注氧防蝕處理技術(oxygenatedtreatment,OT亦稱combinewatertreatment,CWT)，其主要是控制水中溶存氧濃度，提高水中電位而使爐管內壁形成一層鈍性赤鐵礦(α-Fe2O3)薄膜，來防止爐管腐蝕發生。

3、本文針對AVT與CWT的理論基礎、實務問題及改善效益進行論述分析。一、超臨界貫流式鍋爐的特性及水質控制分析：貫流式鍋爐由於無汽鼓，整個鍋爐是由許多單管或多管併聯，然後再以管集(HEADER)連續不斷的串聯而成。在鍋爐給水泵之壓力作用下，給水依序通過水牆管之加熱、蒸發、過熱等各段加熱面而將蒸汽加熱至設定溫度。由於鍋爐水的流動係靠水泵的水頭來推動，故貫流式鍋爐內所有受熱面中的鍋爐水均為強制流動。汽鼓型鍋爐之蒸發受熱面中，循環一次大約僅有部份的水被汽化為蒸汽，相反的貫流型鍋爐其蒸發受熱面內鍋爐水係採單次通過而100%被蒸發完成，變成過熱蒸汽，故穩定流動時給水量等

4、於蒸發量。1.超臨界貫流式鍋爐的特性：(1)無汽鼓作汽水分離，亦即蒸發受熱面和過熱器之間無中間分離器隔開，因此水加熱過程中，蒸發和過熱受熱面並無明顯之界限。當鍋爐及其他條件均不變時，若給水量減少，僅須吸收少量水即可使水至沸點，故初始沸騰點前移，加熱段及蒸發段之水牆管勢必縮短，而過熱段的長度勢必增長而增加過熱段的受熱面，導致過熱溫度上升；反之當給水量增大時，過熱段蒸汽溫度會下降。(2)貫流式鍋因為無汽鼓，故鍋爐水容量及相對應之蓄熱能力大幅下降，一般為同容量汽鼓型鍋爐之25%~50%。當負載發生變化時，貫流式鍋爐之壓力變化也比較快，故貫流式鍋爐須配置較為靈敏的

5、控制技術。(3)貫流式鍋爐的蒸發受熱面中有時會出現不穩定的流動或脈動現象，有可能影響鍋爐的安全性。(4)由於無汽鼓，貫流式鍋爐無法採連續沖放方式排污，給水帶入鍋爐的雜質除利用蒸汽帶走一部份外，其餘均將沉積於鍋爐之受熱水管而降低熱傳效率，因而對水質純化之要求極高。(5)貫流式鍋爐的蒸發受熱面給水後即處於沸騰狀態，直到完成蒸發。在高熱負荷，高含汽量之運轉條件下，極可能出現熱傳惡化而處於部份汽膜沸騰狀態，導致表面不再繼續保濕而使管壁溫度劇升，危及安全運轉，故防止貫流式鍋爐的熱傳惡化為重要控制需求。(6)貫流式超臨界鍋爐的蒸發受熱面入口及出口閥組並非匯集於同樣壓力

6、下，而是存在固定壓力差(流動壓降值)，因此需要較高之循環水泵壓力。整體而言汽鼓鍋爐之汽水側阻力約為1~2MPa，貫流型則為3~5MPa。(7)自動運轉時汽鼓鍋爐之蒸發受熱面利用鍋爐給水自然循環冷卻保護；貫流式鍋爐則另行設計專門系統，以便於自動運轉時有足夠的水量通過受熱面，保護受熱面管壁不致燒毀。(8)貫流型鍋爐中蒸發受熱面不構成循環，無汽水分離問題，當壓力增大時汽水密度差縮小，在超臨界的壓力環境下仍能可靠地工作；汽鼓型自然循環時其壓力不宜超過16MPa，強制循環者，亦不宜超過19MPa。1.超臨界鍋爐水質分析系統超臨界貫流式鍋爐之熱力循環為朗肯(Ranki

7、ne)循環的再生、再熱改良，其中包括7~8段之飼水加熱器及1~2段的蒸汽加熱，前者提高飼水的溫度與壓力，後者則將作功後之蒸汽溫度加以提高。本廠採用八段抽汽加熱之飼水加熱器，由汽機抽取不同的壓力等級之能源作為再生熱源。本廠所使用的是貫流式鍋爐，由給水輸出的給水泵，經過省煤器後直接送入爐膛之蒸發管中加熱為蒸汽，接著通至過熱器加熱成為高溫過熱蒸汽送至汽輪機做功。貫流式鍋爐之特徵為水在鍋爐內成為受熱蒸汽的過程中間，並無汽水鼓可供汽水分離及爐水循環，自然亦不能施行爐水沖放，以調節爐水之水質。故當給水一旦進入鍋爐，受熱即全部成為蒸汽，因此，給水中之不純物全部進入蒸汽中

8、或殘留於爐管內壁，而影響汽機輪機做功效率或引起爐管之傳熱不良而過熱