超臨界直流鍋爐給水加氧的關鍵問題

韓美晶

【摘 要】 當前超臨界鍋爐結合不同的給水方式，了解了其基本原理與給水加氧的特點，對于給水加氧的處理技術的問題上，超臨界鍋爐有效的降低了凝結水以及在管內的腐蝕，增加了其機組運行的效率。本文在針對超臨界直流鍋爐給水加氧的關鍵問題上進行分析與研究，與加氧裝置進行改造的必要，在經過針對此問題的優化改造，對超臨界直流鍋爐給水加氧的處理技術方面有顯著的提高。

【關鍵詞】 超臨界直流鍋爐 給水加氧 關鍵問題

在二十世紀七十年代德國首先應用了鍋爐給水加氧處理，此處理方式的良好性能使它被廣泛應用于日本或歐美等國家[1]。隨著現今社會給水加氧技術的不斷發展下，在加氧運行技術在發電機組中可以正確應用，可以大大提升鍋爐清洗周期，鍋爐中結垢速度也在不斷降低，對于化學藥品降低了使用率，大大減少了廢物排放和殘留的有害物質，起到了環保作用同時也對于經濟運行有益。但對于超臨界鍋爐給水加氧問題還有很多關鍵問題需要我們值得去研究，例如安全運行方面以及電廠的經濟效益。根據鍋爐給水加氧的原理，對于常規機組給水的弊端與給水加氧運行時會出現的問題，提出了對于加氧系統以及運行中的關鍵因素，綜合以上，對于超臨界直流鍋爐給水加氧的研究處理有著重要的意義。

1 給水加氧、氧化

1.1 氧化

在鍋爐給水達到一定的情況下對于純度的要求下才會進行給水加氧處理，鍋爐內加入適量的氧，并加入了少量的氨進行調節，受熱表層的自然腐蝕電位增加，使其金屬表層產生極化從而進入鈍化電位區，金屬表層形成保護膜，從而阻止腐蝕情況。在對應的直流鍋爐給水加氧的方式與處理技術方面，對爐前存在水流腐蝕的問題都有效的解決了，并且表面波紋狀氧化膜所造成的爐壓差上升的缺陷也因此消除了。

1.2 pH值

在一定的給水加氧時，相對于pH值的上升大幅度提高了金屬的腐蝕電位，進入其鈍化電位區，在水中消耗量減小，腐蝕速度降低，溶解度明顯升高，在pH值增大的同時對于金屬腐蝕明顯降低。所以在給機組進行加氧時的運行過程中，要根據情況在水泵前加入微量的氨，調節給水的pH值，否則在此情況下的腐蝕性會根據給水加氧而加劇。

1.3 給水加氧

在對于超臨界鍋爐來說在水汽循環系統中所受熱面腐蝕可以說是電化學腐蝕與化學腐蝕。水與鋼在20～300 ℃內在電化學反應形式中會生成氧化物；溫度在在400℃以上，水蒸氣與鋼會產生化學反應腐蝕。與此同時在給水無氧與高pH值的情況下，凝結水系統受熱面腐蝕會形成活性氧化膜，溶解性很大；水流動條件局部呈現惡化時，溶解出的鐵就會轉變為侵蝕性腐蝕，反而加速了腐蝕速度。結合以上觀點，可以針對給水加氧的的特點以及反應因素，以此來設計除可以控制加氧量的加氧設備，加氧設備包括了加氧匯排流與加氧控制柜、加氧管道、閥門等等。

1.4 給水加氧關鍵點

直流鍋爐給水加氧的過程中，對于氧氣的控制是尤為重要的，要重點監測氧氣調節閥的開關與釋放氧氣的度，此檢測設備可以防止使用調節閥放水時的微調節作用失效，避免出現加氧量的波動。對于已經運行多年的機組，應檢查其內部結垢情況，檢測管內結垢量不應大于250g/m2，否則，在爐前給水系統中應先使用化學清洗，之后才可以轉換為給水加氧處理。同時對于加氧的微控設施也應微開或者定期開啟。

1.5 直流鍋爐給水加氧的處理條件

超臨界直流鍋爐給水加氧的處理條件主要分為以下幾點：（1）給水水質保證其純度；（2）采用微開或者定期開啟除氧器以及排氣門；（3）定期檢查再熱器和過熱器高溫氧化層；（4）運行周期長的機組根據其結垢情況進行化學清洗；（5）確保直流鍋爐給水品質的重要手段是精處理；（6）防止凝結水進入空氣；（7）對于新機組滿足加氧要求時，盡早轉換給水加氧處理。

2 給水溶解氧質量分數

在一定情況下給水加氧量，給水流量與給水溶解氧時的質量分數為非線性。反而伴隨著給水量的慢慢增大，其中質量分數在給水溶解氧中在慢慢減小[2]。每當給水流量增大時，加氧系統可以相對應的提升其加氧量，從中可以保證其鈍化電位低于碳鋼的腐蝕電位，減少金屬腐蝕；在熱力系統下的銅合金的腐蝕速度快速加大的原因是因為溶氧質量分數的增加。因此避免使用銅合金在加氧處理機組的各管道中，同時也避免了銅沉積。對于給水加氧中腐蝕問題得到了有效的解決。

在超臨界直流鍋爐的給水加氧中，線性關系存在于碳鋼腐蝕產物的溶出速度與電導率中，存在于水中的雜質特別是氯離子在一定程度上妨礙了磁性氧化鐵保護膜的正常生成。而隨著給水電導率的逐漸增加，其中鋼鈍化所需要的pH值也逐漸增大，對其腐蝕速度也有顯著的效果。必須是使用高純度的給水才能進行加氧處理，否則會出現電導率有很大的偏差，因此給水加氧中電導率也是不能忽視的。

3 加氧技術

3.1 加氧要點

給水加氧在實施處理時，應保證其給水氫電導率不超過0.10μs/cm，同時爐水氫電導率要小于1.0μs/cm。對于各設備的處理都要進行精細的操作，水質標準要嚴格監控，個點水質的變化要加強監測，保證其系統的嚴密性。當鍋爐內的水質已經確定了消除腐蝕風險與可能發生的意外風險，才可以對給水系統注入氧。

3.2 加氧所應注意的事項

（1）加氧處理時給水的品質尤為重要重要，發現問題時就應立刻采取措施，找出其原因，來恢復水的正常品質。（2）給水加氧的過程中使用輸水管道中含有鎢、鈷、鉻等材料的調節閥選擇性腐蝕在此材料中容易發生，所以我們要定期維護對于部件有腐蝕性選擇的材料。以免造成水質污染或者閥門出現卡澀等情況，對于相關設備要進行定期維護，確保運行時沒有缺陷。（3）在造成系統滲入空氣的原因是由于凝結水系統的不嚴密，滲入后會產生不凝結氣體超標，適時微開除氧器排氣門必須根據其化驗結果。保證凝結水的嚴密性。并且合理的控制除氧器排氣門的開度。

4 效果評價

（1）汽水系統改善明顯。在采用了給水加氧處理技術下，明顯改善系統汽水指標，相比較AVT方式汽水的各項指標都有顯著的改善。而自從投入自動加氧后，汽水系統指標得到了進一步的改善。（2）運行壓差。改變處理方式后，尤其是進入自動方式運行下，鍋爐運行時的壓差不僅沒有升高，反而隨著運行的持續時間的加長而不斷地降低。鍋爐在經過給水加氧處理后，金屬表面呈現出的大顆粒、摩擦力大的Fe3O4氧化層轉換為表面平整、沒有大顆粒的Fe2O3氧化層，對于鍋爐運行時的壓力減小，機組效率逐漸增高。（3）結垢速率。鍋爐在經過給水加氧處理后，金屬表層形成光滑的氧化膜，其中含有汽水系統中的鐵質量分數在降低，在經過受熱面的鐵氧化物的沉積速率降低，一般情況下結垢速率可以降低為80%[3]。（4）成本降低。按照以往的酸洗周期每十年進行三次的酸洗而每次酸洗的費用在大約150萬元來計算，而在采用了加氧方式運行的機組在十年內是不需要進行酸洗的，從這方面來看相當于每年每臺機組既省了大約四十五萬元的成本費用。按照以往運行時加入的氨的使用，也在大幅度降低，自動加氧系統正常運行下可以在每臺機組中每月節省了聯氨三十桶，人民幣約為1.5萬元，按此結果計算每年每臺至少可以節省十八萬元人民幣。（5）精處理運行周期。當采用給水加氧運行時，汽水系統加氨情況降低，凝結水保持活性處理時間延長，在此情況下運行周期也在增長，反而精處理裝置的再生次數明顯的降低，對于化學制水系統藥劑的用量的逐漸減小，凝結水精處理系統也在減少，對于排污量降低，有利于當今環境的保護。對于機組來說整體的經濟性與安全性都得到了很大的提升。（6）人員工作運行強度降低。由于在給水加氧的精處理運行中只有一位值班員在輔控室，所要監控內容強度大，還要對于系統進行相關操作，而改造后的溶氧指標經常超標問題得到了解決，同時工作人員工作效率大大提高。

5 結語

直流鍋爐通過給水加氧處理后，鍋爐內結垢速率水平有明顯下降，通用汽輪機沉積率也有明顯下降，明顯提高了機組運行的效率。在實際運行時，只有把握關鍵的重點要點，并加以結合利用其經驗，才能獲得具有實用性和經濟性兩者合一的滿意效果。

參考文獻：

[1]艾志虎，劉定平.超臨界鍋爐給水加氧的關鍵問題[J].中國電力，2011（03）：52-55.

[2]高海瑞，治卿，劉偉.超（超）臨界直流鍋爐給水加氧處理技術應用[J].工業用水與廢水，2013（04）：40-42+67.

[3]邱元剛，丁翠蘭.超超臨界直流鍋爐給水加氧處理技術研究及應用[J].山東電力技術，2016（01）：62-66.

[4]王奇偉，趙偉.國產600MW超臨界直流鍋爐給水凝結水自動加氧處理技術的應用[J].浙江電力，2012（10）：65-69.