超（超）臨界發電機組鍋爐加氧處理技術

劉國棟，孫振國，劉進海

（陜西榆林能源集團楊伙盤煤電有限公司，陜西榆林 719316）

1 加氧處理的目的

近年來，我國火電廠高速發展，高參數、大容量機組不斷涌現，超（超）臨界機組已成為火力發電的主力軍。超（超）臨界機組具有高參數、大容量，雜質沉積速率快等特點，因此，對水汽品質和水化學工況的要求很高。鍋爐不采用加氧處理，容易存在一系列不利于機組安全經濟運行的現象，主要包括：①爐前給水系統及高加疏水系統的流動加速腐蝕，造成鍋爐受熱面結垢速率高，降低鍋爐熱效率，縮短鍋爐酸洗周期；②鍋爐壓差上升速率快，增加給水泵的能耗；③造成節流孔、減溫水調節閥和高加疏水調節閥堵塞；④給水pH 值較高，精處理氫型運行周期短，混床再生頻繁；⑤汽輪機流通部件容易發生積垢、積鹽和腐蝕現象。

加氧處理能夠解決上述所有問題，已成為超（超）臨界機組首選水化學處理工況。因此，對于超（超）臨界機組，鍋爐廠、電力設計院均按照相關規范，設計鍋爐采用加氧處理工況運行。

2 加氧技術發展歷程

按技術發展階段，國內給水加氧處理技術分為傳統高氧處理技術、低氧處理技術、全保護加氧處理技術。

2.1 傳統高氧處理技術

我國加氧技術發展初期，借鑒國外技術和相關標準，沿用國外傳統高氧處理技術。然而，國內有很多采用傳統高氧處理工藝的電廠，短時間內加氧機組發生氧化皮大量脫落。近十年，研究人員從理論研究、實驗室試驗、電廠加氧工業實踐證實，蒸汽中高濃度氧與過熱器、再熱器的鋼發生反應，對于某些奧氏體不銹鋼材料，氧化處理生成的三氧化二鐵氧化皮與奧氏體鋼的熱膨脹系數差別大，增加了停機時氧化皮脫落的風險。

2.2 低氧處理技術

為了規避氧化皮問題，西安熱工院率先發展出低氧處理技術，隨后河南省電科院、江蘇電科院、浙能集團等越來越多的省電科院、發電集團研究院也開始采用低氧處理技術。其通常控制給水溶解氧質量濃度為10～20 μg/L，使得給水中的氧在進入過熱器、再熱器前被消耗掉。然而，由于蒸汽基本無氧，高壓加熱器汽側也處于無氧狀態，同時氨在汽液兩相分配系數大，高加汽側中大量的氨處于汽空間，疏水側pH 值較低。因此，高加汽側的流動加速腐蝕嚴重，容易造成高加疏水鐵含量高、疏水調節門堵塞、大量腐蝕產物遷移至給水系統甚至造成高加管道腐蝕失效等。低氧處理技術無法解決高加汽側流動加速腐蝕及其帶來的一系列問題。

2.3 全保護加氧處理技術

為解決低氧處理技術的弊端，西安熱工院在國內外首次提出通過向高壓加熱器汽側加氧，同時向除氧器下降管和凝結水泵入口加入較低濃度的氧的全保護加氧處理技術，兼顧解決了給水系統、疏水系統的腐蝕防護問題，規避了高濃度加氧處理潛在的促進蒸汽系統過熱器、再熱器氧化皮集中剝落的風險，實現了水汽系統的全面保護。

（1）采用全保護加氧處理技術，控制過熱蒸汽基本無氧，不存在促進過熱器、再熱器氧化皮集中剝落造成的堵管、爆管風險，保障機組長期安全經濟運行。

（2）有效地抑制給水系統、高加疏水系統流動加速腐蝕問題，徹底解決高加疏水調節閥、減溫水調節閥堵塞等問題，全面解決AVT（O）處理工況存在的其他問題，省煤器入口給水鐵含量、高加疏水鐵含量明顯下降，達到GB/T 12145—2016《火力發電機組及蒸汽動力設備水汽質量》的目標值小于3 μg/L、期望值小于1 μg/L 的要求。

（3）顯著降低鍋爐受熱面沉積速率，延長鍋爐化學清洗周期。AVT（O）處理工況，鍋爐正常酸洗周期為3～5 年，實施加氧處理工況后，鍋爐正常酸洗周期可延長至8～10 年。

（4）減少鍋爐加藥量，減少因加藥引入的系統雜質。

（5）減少精處理混床再生次數，機組汽水品質得到進一步改善，減少精處理混床釋放鈉離子、氯離子風險，進而減少了汽輪機積鹽、低壓缸葉片酸性腐蝕、應力腐蝕開裂的風險，提高機組運行安全性。

3 全保護自動加氧裝置概述

全保護自動加氧裝置是國內外唯一能夠實現全保護加氧工藝的設備。超超臨界機組高壓加熱器汽側設計壓力高達10 MPa，GB 16912—2008《氧氣及相關氣體安全技術規程》規定該壓力下不允許使用不銹鋼管輸送純氧氣，否則極易引起爆炸。全保護自動加氧裝置采用醫用級高壓空氣壓縮機，正常供氣壓力13 MPa，氧氣分壓小于3 MPa，首次實現將高壓氧氣安全、可靠、連續地加入高加汽側。

國內首次實現加氧自動供氣，無人值守。醫用級高壓空氣壓縮機與空氣儲罐組成了自動供氣系統，實現了無需更換氧氣瓶的自動供氣方式，避免了運行維護人員定期購買氧氣、更換氧氣瓶、檢查氣瓶壓力、各接頭嚴密性等工作，降低大批氧氣瓶集中存放的重大危險源風險和更換氧氣瓶存在的爆炸風險。

自動調節，精確加氧。綜合了穩壓技術、串級PI-P+前饋控制、高壓微量氣體調節以及流量可視化技術，實現給水精確自動加氧，控制精度達±2 μg/L。

4 加氧處理技術現狀及發展趨勢

國內直流爐基本都設計為給水加氧處理，基建階段設備作為常規的加氧設備已經采購到位。投產后，部分直流爐采用加氧處理，部分采用AVT（O）處理，少部分采用AVT（R）處理。目前采用加氧處理的機組至少在300 臺以上。

國內汽包爐采用加氧處理的很少，2000—2010 年，我國在汽包爐推廣給水加氧處理，但是由于氧化皮問題，絕大部分已經改為AVT（O）處理。

國外目前仍然采用的是傳統的高濃度加氧技術。由于傳統加氧濃度較高，控制范圍很寬，對加氧設備的控制精度要求很低。因此，國外的加氧設備沒有大的發展，在控制水平上要落后于國內。

截至2020 年11 月，全保護加氧處理技術已經在國內60 臺機組上成功應用。