给水加氧处理技术在火电厂中的应用

给水加氧处理技术在火电厂中的应用

[摘要] 介绍加氧处理的发展及其在我国汽包炉上的应用。我国汽包炉使用加氧处理的应用经验表明, 与全挥发处理(AVT)相比, 加氧处理具有降低受热面上的结垢速率、延长锅炉酸洗周期,减缓炉前系统的腐蚀, 延长凝结水精处理的制水周期等优点。

[关键词] 加氧处理 给水处理 汽包炉 停加联氨

高参数大容量锅炉给水加氨、加氧联合处理( 简称为CWT, combined water technology 以下相同)是西德在七十年代末,发展起来的一种给水处理技术。此技术后来除了在德国得到广泛应用外, 还先后在日本、苏联、美国、意大利、韩国等国家得到采用并获得成功。1988年我国在一台亚临界燃油直流锅炉机组上进行给水加氧处理的工业试验，取得了令人满意的结果，后来又分别在燃煤亚临界和超临界直流锅炉机组上均取得了成功的运行经验。随着给水加氧处理技术在世界范围的普及，原来的给水联合处理逐渐由更合理的名称—给水加氧处理OT（Oxygenated Treatment）所代替。我国在《直流锅炉给水加氧处理导则》行业标准中将已在电厂普遍采用的给水加氨、加氧处理称为给水加氧处理，简称OT[1]。

1.给水加氧处理的原理及目的

1.1 原理

加氧处理工况下,水中溶解氧促使二价铁氧化为三价铁,因此,在铁/纯水系统中,氧的去极化作用直接导致金属表面生成四氧化三铁和三氧化二铁的双层氧化膜, 从而完全中止了热力系统金属的腐蚀过程。热力系统中氧的电化学作用还表现在当热力系统金属表面氧化膜破裂时, 氧在氧化膜表面参与阴极反应还原, 将氧化膜破损处的Fe2+氧化为Fe3+,使破损的氧化膜得到修复，不但很好地解决了炉前系统存在的水流加速腐蚀问题，还消除了水冷壁管内表面波纹状氧化膜造成的锅炉压差上升的缺陷。

1.2 目的

给水加氧处理的目的是通过改变给水处理方式，降低锅炉给水的含铁量和抑制炉前系统流动加速腐蚀(Flow-Accelerated Corrosion，简称FAC)，达到降低锅炉水冷壁管氧化铁的沉积速率和延长锅炉化学清洗周期的目标。

2.给水加氧处理技术的应用

2.1国内外研究结果

2.1.1国内存在问题

目前我国300MW及300MW以上机组的给水处理主要采用全挥发处理(AVT)，炉水处理采用全挥发方式和磷酸盐处理方式。主要问题是给水系统的铁腐蚀产物溶出率较高和无氧条件下的流动加速腐蚀，使铁的腐蚀产物在锅炉高热负荷区沉积下来，因而造成频繁的化学清洗。除腐蚀问题外，积盐现象在我国300MW及300MW以上机组也较为突出。

2.1.2 国内直流炉加氧处理

直流炉给水加氧处理技术，在很大程度上减小了给水系统铁的溶出率和抑制了流动加速腐蚀，使得进入炉内的腐蚀产物大大减少。目前我国已有部分直流锅炉机组的给水采用加氧处理技术并已取得明显的效果。

2.1.3 国内加氧处理的效益

国内直流炉给水加氧处理的效果如表1所示：

采用加氧处理取得的效果表明,给水加氧处理除了有减少给水系统铁的溶出率，降低锅炉水冷壁管结垢速率，延长酸洗周期的效果以外，还有减少给水泵的动力消耗，增加水冷壁的传热效率等作用。

2.1.4 国外研究结果

在美国、南非、澳大利亚、爱尔兰以及德国，均有采用汽包炉给水加氧处理技术，据介绍其效果均非常好。国外的研究成果表明，给水采用加氧处理是防止系统发生FAC腐蚀，减少锅炉给水含铁量，降低炉管结垢速率的有效措施。

2.2加氧处理前的系统评定

系统评定的目的是考察机组的设备状况是否能满足加氧工艺的要求。

2.2.1.设备

实施给水加氧工艺的机组应具备两个条件，即机组配备有凝结水精处理设备和机组没有铜合金材料的设备。

2.2.2.汽水循环系统水汽质量：

*PH：pH主要由氨的加入量来控制.给水pH.约为9.2—9.5。

*凝结水精处理水质：凝结水精处理混床出水的氢电导基本能保持在0.06-0.07μs/cm。当阳树脂开始失效，混床出水的Na+含量升高时，混床退出运行。

*阴离子水平:系统中的阴离子水平与凝结水精处理运行状况有关,当凝结水精处理停运时,给水的氢电导值与凝结水相同,约为0.17μs/cm。当凝结水精处理量为大于200T/h，给水的氢电导可维持在＜0.15μs/cm， 给水的Cl-约为 2—4μg/L，炉水的Cl-约为20—50μg/L。在汽水循环系统中有微量的F-， 在凝结水、给水、炉水中均未检出SO42-。

*炉水：炉水的pH为9.0-9.3，电导值为5-8μs/cm.，氢电导为0.2-1.0μs/cm，钠含量为10μg/L左右，SiO2为20μg/ L，氯含量为15-50μg/L。根据估算，炉水氯离子的浓缩倍率在400MW负荷时为10-20，600MW时的浓缩倍率为40-50。

*炉水下降管的水质：由于给水的稀释作用，下降管中水质比汽包内取样的炉水水质略好一些。氯含量约为炉水中含量的50%-80%。

*蒸汽：蒸汽的氢电导一般为0.12-0.13,氯离子的含量约为1-4μg/L，蒸汽携带氯离子的量约为8%-15%。

2.2.3 热力系统结垢状况

锅炉结构不同，在实施加氧过程中，进入汽包炉下降管的氧含量将控制在5μg/ L左右，远远小于进入直流炉水冷壁的氧含量（50-150μg/ L）。

2.2.4加氧处理的预备试验-停止加联氨试验

停止加入联胺。需要20天的预备试验期间，观察给水和炉水的氧化还原电位有无升高的趋势。给水的氧化还原电位变化，炉水氧化还原电位变化，下降管炉水的氧化还原电位变化。停加联胺后，观察给水铁含量，锅炉下降管的炉水铁含量，主蒸汽的铁含量有无较大变化。

2.3实施加氧处理的方案

2.3.1安装加氧设备

氧化剂采用气态氧,由高压氧气瓶提供的氧气经减压阀针形流量调节阀加入系统。加氧点为二处，其中一处为凝结水精处理出口母管（压力为3.5MPa～3.7MPa），另一处为除氧器出口母管（压力为0.5MPa～1.0MPa）。系统中选用精密的逆止阀防止发生给水的倒流现象。加氧控制方式采用手动调节和自动调节并联控制。给水溶解氧浓度一般控制在30μg/L -50μg/L。

2.3.2系统氧平衡试验

维持省煤器入口给水pH为9.0～9.3,向给水泵入口添加气态氧。在向CWT水工况转换的过程中, 加强监测汽水系统各测点溶氧含量和水质变化。为加快转化速度在保证系统的氢电导不超过0.15μs/cm的条件下,给水中初始氧含量可维持在100μg/L.当主蒸汽中出现溶氧时，给水的加氧量调至50±10μg/L。

2.3.3 给水中溶解氧含量的调整试验

系统氧含量平衡后，维持给水PH 8.5～9.0, 调整给水泵入口加氧量,保持锅炉下降管的溶氧含量保持在5μg/L左右, 在不同负荷测定下降管炉水溶解氧的变化情况,确定给水氧最佳加入量。

2.3.4 给水和炉水pH值调整试验

维持省煤器入口给水溶氧含量在40±10μg/L, 调整给水加氨量使省煤器入口给水pH保持在8.5～9.0, 测定汽水系统各测点含铁量的变化。同时，炉水中加入适量的NaOH,维持炉水pH不低于9.0。

上述试验期间, 给水的氢交换电导率应小于0.1μs/cm,在调试期间主要监控pH,溶氧,氢电导和铁含量等。

2.3.5 水质恶化的有关对应措施

当凝汽器发生泄漏时，凝结水的氢电导大于0.5μs/cm，加氧控制系统发出警报，提醒运行人员检查原因或加大凝结水精处理的量。若给水的氢电导相继升高，大于0.3μs/cm，加氧系统自动关闭，同时发出信号，提醒运行人员提高加氨量，维持pH9.2-9.6。

正常运行时，如果给水的氢电导大于0.2μs/cm，炉水的氢电导大于3.0μs/cm，需要增加排污量。如果给水的氢电导大于0.3μs/cm，炉水的氢电导大于5.0μs/cm，则立即停止加氧，恢复为不加联胺的AVT方式运行。

在加氧期间，要根据加氧实施方案的要求，加强汽水品质监督，并保持与机炉的的协调和联系。

2.4汽水品质控制指标

锅炉给水采用加氧处理的汽水品质按表2执行，未列入的其余控制指标按原有标准控制

注：①括号内表示期望控制值；②星号表示下降管氧含量具体应根据炉水水质、炉水循环方式和试验来确定。

3.给水加氧处理技术的影响

3.1 对疏水系统的影响

给水处理采用加氧处理，可使加热器疏水系统的水相金属表面生成保护性氧化膜，有效地抑制水流加速腐蚀和停备用腐蚀。直流炉采用给水加氧处理的氧含

量控制范围（30～150 μg/L）在关小加热器排汽门的前提下，可满足疏水中氧含量大于30 μg/L的要求。但在汽包炉，由于给水氧含量一般控制在10～60 μg/L，由蒸汽带入的氧含量很小，即使在加热器排汽门关小的情况下，也很难满足疏水系统的氧含量要求。因此，为确保疏水系统得到保护，必须尽量提高疏水的氧含量，必须在运行时完全关闭排汽门。为防止停运期间的氧腐蚀，在机组停机和启动期间又需要打开排汽门，一方面防止停运期间的氧腐蚀；另一方面确保机组启动阶段排出二氧化碳等不凝性气体。

3.2对蒸汽系统的影响

加氧处理工艺问世近30年来，全世界85%的直流炉和5%以上汽包炉已成功应用了给水加氧处理工艺。至今还没有关于采用给水加氧处理会明显引起热力系统高温段金属表面氧化皮增厚或脱落问题的报道。目前最新发展的超超临界机组的给水处理工艺唯有采用加氧处理这一结论也已得到举世公认。给水加氧处理对高温段金属氧化的影响到底有多大，可根据氧气和水蒸汽分压来判断。假设1 kg水蒸汽的分压为1 Pa，由给水加氧处理所带入蒸汽中的氧气一般小于150 μg/L，氧气与水蒸汽的分压比为10－7～10－8 Pa，与高温水蒸汽的氧化作用相比，如此微量的氧气的氧化作用微乎其微。美国EPRI在机组蒸汽系统高温氧化方面的研究结果[2]明确了高温氧化皮问题与温度和材质有关，与水工况无关（包括给水加氧处理工况）。

3.3给水加氧处理是否会引起氧腐蚀问题

加氧处理之所以可使炉前系统金属的表面产生钝化，除水质高纯度这一先决条件外，还必须有水流动的条件。氧腐蚀发生的一般原理是在不流动的水中溶解氧在局部发生了浓度差，浓差电池引起金属氧化膜局部破坏，形成点状腐蚀[3]。在采用给水加氧的条件下，原则上经化学清洗的锅炉受热面没有盐类沉积物或大量的氧化铁沉积物。直流炉蒸汽中氧含量在50～150 μg/L，汽包炉蒸汽中氧含量在10～50 μg/L。采用加氧处理的机组，在启动时首先采用无氧工况运行，待水质条件达到加氧处理的要求后方可开始加氧。在加氧工况下，系统的氧化还原电位一般在＋50～＋300 mV之间，金属处于完全钝化状态，加氧前已存在点腐蚀不会进一步扩展。

4.给水加氧处理技术的效果及效率

4.1 改善汽水品质，增强热力系统防腐蚀防结垢效果

给水加氧处理技术提高了水的纯度，减小了加药量。炉水由磷酸盐处理改为氢氧化钠处理，降低了炉水的含盐量，减小了锅炉的排污率，消除了磷酸盐酸性腐蚀的可能性；由于热力系统金属的表面形成了良好的保护性氧化膜，提高了机组停运时的抗锈蚀能力，使机组启动时水冲洗的时间大大减少，缩短了机组启动的时间。

4.2增加了凝结水精处理混床运行效率

凝结水混床的运行周期增加一倍以上；周期制水量增加三倍左右。

参考文献：

[1] DL/T 805.1—2002，火电厂汽水化学导则 第一部分：直流锅炉给水加氧处理导则[s]. 中华人民共和国经济贸易委员会发布，2002.

[2] T H McCloskey, R B Dooley, W P McNaughton. Turbine Steam Path Damage: Theory and Practice[M].EPRI, 1999.

[3] U R Evans. 金属的腐蚀与氧化[M].北京：机械工业出版社, 1976.