论超超临界机组给水加氧处理技术的应用现状

论超超临界机组给水加氧处理技术的应用现状

王月洪

国家能源集团公司国电浙能宁东发电有限公司 宁夏 银川 750000

摘要：给水加氧处理（OT）是在给水水质高度纯净的条件下，添加适量的氧气利用给水中溶解氧对金属的钝化作用，使热力设备金属表面形成一层光滑致密的保护性氧化膜。随着我国电力工业的发展，大量的超临界、超超临界机组都采用了给水加氧技术并取得了显著的经济及安全效益。目前除了直流炉之外，汽包炉也开始使用给水加氧技术。基于此，本文主要对超超临界机组给水加氧处理技术的应用进行分析探讨。

关键词：超超临界机组；给水加氧；处理技术；应用

前言

随着当前人们环保意识的日益增强，具备高效而环保特性的超超临界燃煤发电技术受到越来越多电力企业的青睐。但是值得大家注意的是，超超临界燃煤发电机组同时具备高温和高压的特点，对材料的选择以及水汽的质量品质提出了更高的要求。鉴于此，相关工作人员应当想方设法根据实际情况控制机组水汽品质，对于超超临界机组的安全、稳定而又高效的运行意义显得十分重大。

1、机组的具体情况概述

国华徐州发电有限公司1号机组锅炉为1000MW超超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉，锅炉采用一次再热、单炉膛单切圆燃烧、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构塔式布置。汽轮机为上海汽轮机厂有限公司制造，型号：N1000－26.25／600／600（TC4F），超超临界、一次中间再热、四缸四排汽、单轴、双背压凝汽式。笔者了解到，该公司1号机组于2011年12月通过168h试运，2012年10月开始进行给水加氧工作。。

2、加氧处理的机理和目的

众所周知，给水中所溶解的氧是对金属有严重腐蚀性的。发生氧腐蚀的一般性原理是：在静止的水中，由于溶解氧在局部的浓度差形成了浓差电池，从而引起局部金属氧化膜破坏，造成了点状腐蚀。而当机组正常运行，机组内水质纯度很高的情况下，加入适量浓度的氧不但不会使金属发生腐蚀，反而会在金属表面形成一层致密的金属氧化膜，此氧化膜是一层钝化膜，起到保护金属管材的作用。给水之所以采用加氧的方式来处理，其主要的目的就是：经过改变给水处理模式，尽可能的降低锅炉给水的铁离子含量，有效的抑制锅炉省煤器入口管以及高加管束的流动加速腐蚀，从而达到减缓锅炉水冷壁管道铁氧化物的沉积速率的目标。

3、1000MW超超临界机组的给水加氧预期应用

七号和八号机组的过热器和再热器出口温度分别为605℃和623℃，温度参数极高，为了最大限度的防止氧腐蚀对金属管材的不良反应，机组准备在168h试运后在给水水质满足加氧要求的前提下，采取进一步的加氧处理。

在高纯度给水中加入适量的氧化剂（一般为氧气），以达到减缓热力设备腐蚀，这就是给水加氧处理（OT）的目的。采用OT加氧处理后，锅炉中沉积物减少进而腐蚀损坏降低，而且直流炉的炉管和加热器压降快速升高的问题也得到了有效解决，对于后续锅炉清洗的次数也有所降低，凝结水净化装置运行的周期也得到了延长，并且给水管道FAC也有所改善。

如何来评定给水加氧处理技术所产生的效果呢？主要用锅炉压差、给水中铁含量、水冷壁管道的结垢速率等指标，还可用凝结水混床的运行时长以及运行的成本等指标进行评定。具体表现在以下几个方面：

3.1有效控制锅炉运行压差

众所周知，在直流锅炉运行的过程中，锅炉压差及其上升速度通常情况下是衡量锅炉炉管内部是否清洁的一个至关重要的参数。因为一旦锅炉设计完全定型之后，同样代表着处于一定负荷条件下的基础压差也无法进行更改了，在这种情况下运行中的压差上升速度，仅仅与锅炉运行过程中炉管内部所结垢的成分、结垢速率以及表面形态等因素存在着一定的关联。经过相关研究与多次的实践表明，影响锅炉运行压差上升的因素有很多，其中起到最为显著作用的当属锅炉管道中垢的表面形态，然后才是结垢量。为什么会这么说呢？因为机组在AVT还原性水工况运行的过程中，由于炉管内所结垢主要是四氧化三铁（Fe3O4），会产生较大的结垢速率，而且垢表面通常比较粗糙会呈波纹状（沿水流方向），随之而来的就是压差上升速率较大。实践证明，采用OT方式运行后，由于炉管表面生成的四氧化三铁与三氧化二铁混合物的垢层致密光洁，造成炉管内沿程阻力比起过去有明显的变小，所以锅炉压差必然会随锅炉持续运行时间的延长而持续性的下降，然后不断的接近锅炉的设计运行压差之后才稳定下来。锅炉压差经过这种处理之后已经得到了效果非常显著的控制。这样一来可以在一定程度上提高给水泵的运行效率以及机组运行的经济效益。与此同时，还可大大延长锅炉的酸洗周期，减少了人力的开支。

3.2降低水汽中的铁离子含量。

给水中的金属腐蚀产物主要是铁氧化物。铁的氧化物在过热蒸汽中的溶解度较小。随着蒸汽压力的逐渐增高，铁的氧化物在蒸汽中的溶解度有一定增加；而在蒸汽压力一定时．随着过热蒸汽温度的提高，铁的氧化物在蒸汽中的溶解度降低。因为能被过热蒸汽带走的铁的氧化物量很小，所以，当给水含铁量增高时，沉积在炉管中的铁量就增加。而当机组在加氧的CWT方式下运行时，随着加氧时间越来越长，铁离子的浓度逐渐会随之慢慢的稳定下来。给水和除氧水不但所含铁量比较低，而且其数值也很相近，这有力的说明了高压加热器中的铁的腐蚀溶出得到了有效的抑制。高加给水温度达到一定程度后就会抑制铁的溶解，这是氧起了决定性的作用，所以只须保持高加疏水中含有适量的氧量，就能很明显的降低高加汽侧发生腐蚀的可能性。同时，在给水经过加氧处理后，可以有效控制锅炉管道的腐蚀程度（尤其是加速流动腐蚀），水汽系统中铁离子的浓度下降趋势明显，浓度大大降低，通过这种方式可以有效降低锅炉系统由于铁垢而产生节流圈堵塞、炉管过热进而发生爆管所带来的隐患。

3.3降低了锅炉的结垢速率

在不加氧工况下，结垢造成压力损失迅速上升，水动力分配不均匀十分明显。在温度较高的管内，垢的沉积倾向较大，结垢速率教高。铁氧化物垢几乎绝大部分都是氧化铁，它们来源于Fe离子通过化学反应生成和水中悬浮铁氧化物颗粒的沉积。氧化铁的生成反应在温度>200℃时速度很快。而且如果水中有氧化性的物质存在，会使氧化铁更易生成。而在加氧的CWT工况运行的条件下，水的氧化还原电位较高，铁氧化物的反应有利于向增大FeO溶解和Fe减少的方向进行，因而减小了结垢倾向。

实践表明，用加氧CWT方式运行仅一年时的结垢量推算年结垢速率约50ｇ/ｍ2，比不加氧工况下的结垢速率要低许多。随着加氧方式运行时间延长，结垢率的降低将更为明显。

4、结语

国华徐电1000MW机组成功实施了给水加氧处理工艺，通过实际应用效果看，加氧处理技术在减缓金属腐蚀、提高水汽品质、减少化学加药量、降低运行费用等方面有着明显的效果，提高了机组的安全经济性，达到了预期的目标。在加氧过程中将氧化还原电位作为调整加氧量的依据，以避免加氧量过大造成下游系统水汽中剩余氧量过高。加氧初期和维持期可以分别以给水和高加疏水作为氧化还原电位的主要控制点。若需保护整个水汽系统的金属，高加疏水中应存留少量的氧（1μg／L～5μg／L）以维持其氧化还原电位（25℃）大于－50mV。加氧前尽可能使更多可以清洗的系统参与锅炉化学清洗，金属表面清洁有利于机组加氧的转换。运行时监控锅炉蒸汽温度和过热器管壁温度。提高锅炉起动时的冲管系数，避免氧化皮累积。

参考文献： [1]居强，孙磊.给水加氧处理技术在超超临界锅炉的应用[J].电力安全技术，2015，17（1）：12～15.

[2]张远.给水加氧在超超临界锅炉的实际应用[J].科技与创新，2015，（20）：111，114.