全保護自動加氧技術的研究及應用

彭吉偉

（山東電力工程咨詢院有限公司）

0 引言

超臨界火力發電機組如果不采用加氧處理，給水系統會發生流動加速腐蝕、受熱面結垢等問題，導致機組水冷壁節流孔堵塞，汽輪機流通部件積鹽加速，高加疏水調節閥結垢堵塞，鍋爐的清洗時間間隔短，凝結水精處理混床運行周期短，影響整個機組的經濟性和安全性。采用給水加氧處理，可以有效避免以上問題的出現。

目前，國內發力發電機組采用傳統的加氧處理技術時，經常在加氧處理后出現過熱器、再熱器氧化皮大面積脫落，進而導致機組出現堵管、爆管事故。因此，國內熱力發電機組加氧設備經常處于停止運行狀態。國內相關技術人員也一直在進行加氧技術的研究，取得了一定的進展。

1 加氧處理技術研究進展

1.1 國內外研究現狀

目前國內各電力設計院及研究機構和國外先進國家各大電力科學技術研究機構以及給水加氧處理領域的專家，一致認為超臨界及超超臨界機組采用給水加氧處理，能夠有效抑制火力發電機組給水系統、高加疏水系統中流動加速腐蝕現象的產生，降低鍋爐受熱面結垢速率和防止汽輪機結垢、積鹽；延長精處理運行周期，減小精處理樹脂再生頻率、酸堿耗、廢液量等，提高機組運行的安全性和經濟性，具有顯著的節能降耗效果。加氧處理取得的效果和收益是明顯的、公認的。然而，加氧處理是否會促進過熱器、再熱器管氧化皮剝落，在業內一直存有爭議，國內多數專家認為，應慎重選擇加氧處理工藝，規避加氧處理促進過熱器、再熱器氧化皮集中脫落的風險。

1.2 加氧處理技術的必要性

火力發電機組尤其是超超臨界機組對水汽品質和水化學工況的要求很高。火力發電機組如果只采用加氨的全揮發性處理工藝，由于熱力設備及管道表面形成的四氧化三鐵保護膜結構疏松、溶解度差，保護性效果不好，流動加速腐蝕嚴重的金屬表面幾乎沒有氧化膜，不能滿足保護金屬管道的要求。

1.3 加氧處理防腐原理

在流水作用下，加入氧之后，碳鋼在一定濃度的氧作用下形成一層三氧化二鐵保護膜，三氧化二鐵溶解度低、均勻致密、保護性強，加氧處理之后能夠有效抑制流動加速腐蝕現象的產生。加氧處理后形成的三氧化二鐵均勻致密，有助于改善熱力設備及管道表面流態，降低了系統中阻力。流水加速腐蝕現象與管道材質、流體形態、流速和介質條件（溫度、PH度等）均有關系。流動加速腐蝕的典型形貌特征如圖1所示。

圖1 流動加速腐蝕典型形貌特征

1.4 傳統加氧處理技術

傳統的給水加氧技術通過氧氣瓶進行加氧，氧氣濃度高，一般控制火力發電機組給水系統中溶解氧濃度為50～150μg／L，這樣火力發電機組中過熱蒸汽系統有一定濃度的氧含量。通過運行過程中汽輪機的抽汽，將溶解氧帶入到高壓加熱器汽側管道內，使機組中高加疏水系統溶解氧濃度大于10μg／L，從而防止給水系統、高加疏水系統流動加速腐蝕。傳統的給水加氧處理技術流程圖如圖2所示。

圖2 傳統加氧處理技術流程圖

傳統的加氧裝置由匯流排、氧氣瓶、氧氣流量控制裝置及輸送線路組成，設備構造簡單，加氧控制精度低，沒有自動控制系統，無法實現自動加氧控制。而采用手動調節控制時運行人員工作強度大，很難滿足正常加氧控制要求。給水加氧濃度控制精度差，從而導致部分氧氣進入蒸汽系統，這也是造成過熱器、再熱器氧化皮產生和脫落的重要原因之一。因此，為保障機組安全經濟運行，解決流動急速腐蝕問題，需對傳統的加氧處理技術進行升級改造，找出新的解決方案。

1.5 全保護加氧技術

全保護加氧裝置是目前西安熱工院在國內推行應用的一種新型加氧技術，通過在機組凝結水水泵入口前、機組除氧器下降管兩側管道、1＃高壓加熱器汽側管道分別通入空氣，控制除氧器入口溶解氧濃度在30～150μg／L，省煤器入口溶解氧濃度在10～20μg／L，高加疏水溶解氧濃度＞10μg／L，而過熱蒸汽和再熱蒸汽基本無氧的一種氧化性水處理工藝，如圖3所示。全保護加氧技術通過對原傳統加氧技術的改進，解決了給水系統腐蝕問題，同時避免了傳統加氧處理技術引發的再熱器、過熱器氧化皮脫落的風險，解決了高加疏水系統的腐蝕問題，主要有以下特點。

圖3 全保護加氧技術流程圖

（1）自動精確加氧，減少操作

全保護加氧無需采用傳統氧氣瓶，通過空壓機的作用采用空氣加氧，解決了高溫高壓工況下高加汽側不能加入純氧的問題，實行加氧系統全自動運行，無人值守，減少了人力操作，增加了系統穩定性和安全性。

（2）避免氧化皮脫落的風險

傳統加氧處理技術的主要弊端就是高濃度的氧引發了再熱器和過熱器氧化皮脫落，全保護加氧技術過熱蒸汽中氧濃度接近為零，抑制了再熱器和過熱器氧化皮可能因加氧引起的脫落風險。機組全保護加氧技術處理后，給水溶解氧含量為10～20μg／L，而過熱蒸汽溶解氧含量未發生變化。

（3）兼顧解決高加汽側流動加速腐蝕問題

全保護自動加氧裝置，在全負荷波動范圍內實現給水精確加氧自動調節，給水溶解氧控制范圍10～20μg／L，波動范圍始終在±2μg／L以內，避免多余氧進入蒸汽系統。通過向高壓加熱器汽側直接加氧，控制高壓加熱器疏水系統管道中氧氣含量大于10μg／L，高加疏水加氧濃度控制范圍寬，多余的氧可以通過除氧器完全除去，高加疏水加氧工藝安全可靠。

（4）精處理系統高速混床的運行周期大幅延長

全保護加氧技術主要是靠適量的溶解氧維持對給水系統的保護，因此可將水汽系統的pH值適當降低。加氧處理后，給水、凝結水pH控制范圍由原來9.4左右降低至9.0左右，系統加氧量由原1000μg／L左右降低至250μg／L，精處理運行周期延長約2倍，混床再生次數減少，酸、堿、除鹽水的消耗量減少，工業廢水量也隨之減少。

1.6 全保護加氧技術與傳統加氧技術的對比

全保護加氧技術與傳統加氧技術對比如下表所示。

表 全保護加氧技術與傳統加氧技術對比

2 結束語

通過對傳統加氧方式和全保護加氧方式的研究和對比，全保護加氧技術能夠有效防止給水系統和疏水系統的流動加速腐蝕現象的產生，同時能夠抑制過熱器、再熱器氧化皮脫落的風險，全保護加氧可以實現加氧自動供氣、自動調節、無人值守，相比傳統加氧技術，極大降低運行人員工作強度。全保護加氧是對傳統加氧方式的創新，值得在火力發電機組中進行推廣使用。