超（超）臨界發(fā)電機(jī)組鍋爐加氧處理技術(shù)

劉國(guó)棟，孫振國(guó)，劉進(jìn)海

（陜西榆林能源集團(tuán)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(lái)，我國(guó)火電廠高速發(fā)展，高參數(shù)、大容量機(jī)組不斷涌現(xiàn)，超（超）臨界機(jī)組已成為火力發(fā)電的主力軍。超（超）臨界機(jī)組具有高參數(shù)、大容量，雜質(zhì)沉積速率快等特點(diǎn)，因此，對(duì)水汽品質(zhì)和水化學(xué)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(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的現(xiàn)象，主要包括：①爐前給水系統(tǒng)及高加疏水系統(tǒng)的流動(dòng)加速腐蝕，造成鍋爐受熱面結(jié)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(jié)流孔、減溫水調(diào)節(jié)閥和高加疏水調(diào)節(jié)閥堵塞；④給水pH 值較高，精處理氫型運(yùn)行周期短，混床再生頻繁；⑤汽輪機(jī)流通部件容易發(fā)生積垢、積鹽和腐蝕現(xiàn)象。

加氧處理能夠解決上述所有問題，已成為超（超）臨界機(jī)組首選水化學(xué)處理工況。因此，對(duì)于超（超）臨界機(jī)組，鍋爐廠、電力設(shè)計(jì)院均按照相關(guān)規(guī)范，設(shè)計(jì)鍋爐采用加氧處理工況運(yùn)行。

2 加氧技術(shù)發(fā)展歷程

按技術(shù)發(fā)展階段，國(guó)內(nèi)給水加氧處理技術(shù)分為傳統(tǒng)高氧處理技術(shù)、低氧處理技術(shù)、全保護(hù)加氧處理技術(shù)。

2.1 傳統(tǒng)高氧處理技術(shù)

我國(guó)加氧技術(shù)發(fā)展初期，借鑒國(guó)外技術(shù)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，沿用國(guó)外傳統(tǒng)高氧處理技術(shù)。然而，國(guó)內(nèi)有很多采用傳統(tǒng)高氧處理工藝的電廠，短時(shí)間內(nèi)加氧機(jī)組發(fā)生氧化皮大量脫落。近十年，研究人員從理論研究、實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)、電廠加氧工業(yè)實(shí)踐證實(shí)，蒸汽中高濃度氧與過熱器、再熱器的鋼發(fā)生反應(yīng)，對(duì)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(shù)差別大，增加了停機(jī)時(shí)氧化皮脫落的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 低氧處理技術(shù)

為了規(guī)避氧化皮問題，西安熱工院率先發(fā)展出低氧處理技術(shù)，隨后河南省電科院、江蘇電科院、浙能集團(tuán)等越來(lái)越多的省電科院、發(fā)電集團(tuán)研究院也開始采用低氧處理技術(shù)。其通?？刂平o水溶解氧質(zhì)量濃度為10～20 μg/L，使得給水中的氧在進(jìn)入過熱器、再熱器前被消耗掉。然而，由于蒸汽基本無(wú)氧，高壓加熱器汽側(cè)也處于無(wú)氧狀態(tài)，同時(shí)氨在汽液兩相分配系數(shù)大，高加汽側(cè)中大量的氨處于汽空間，疏水側(cè)pH 值較低。因此，高加汽側(cè)的流動(dòng)加速腐蝕嚴(yán)重，容易造成高加疏水鐵含量高、疏水調(diào)節(jié)門堵塞、大量腐蝕產(chǎn)物遷移至給水系統(tǒng)甚至造成高加管道腐蝕失效等。低氧處理技術(shù)無(wú)法解決高加汽側(cè)流動(dòng)加速腐蝕及其帶來(lái)的一系列問題。

2.3 全保護(hù)加氧處理技術(shù)

為解決低氧處理技術(shù)的弊端，西安熱工院在國(guó)內(nèi)外首次提出通過向高壓加熱器汽側(cè)加氧，同時(shí)向除氧器下降管和凝結(jié)水泵入口加入較低濃度的氧的全保護(hù)加氧處理技術(shù)，兼顧解決了給水系統(tǒng)、疏水系統(tǒng)的腐蝕防護(hù)問題，規(guī)避了高濃度加氧處理潛在的促進(jìn)蒸汽系統(tǒng)過熱器、再熱器氧化皮集中剝落的風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)了水汽系統(tǒng)的全面保護(hù)。

（1）采用全保護(hù)加氧處理技術(shù)，控制過熱蒸汽基本無(wú)氧，不存在促進(jìn)過熱器、再熱器氧化皮集中剝落造成的堵管、爆管風(fēng)險(xiǎn)，保障機(jī)組長(zhǎng)期安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

（2）有效地抑制給水系統(tǒng)、高加疏水系統(tǒng)流動(dòng)加速腐蝕問題，徹底解決高加疏水調(diào)節(jié)閥、減溫水調(diào)節(jié)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(dá)到GB/T 12145—2016《火力發(fā)電機(jī)組及蒸汽動(dòng)力設(shè)備水汽質(zhì)量》的目標(biāo)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(zhǎng)鍋爐化學(xué)清洗周期。AVT（O）處理工況，鍋爐正常酸洗周期為3～5 年，實(shí)施加氧處理工況后，鍋爐正常酸洗周期可延長(zhǎng)至8～10 年。

（4）減少鍋爐加藥量，減少因加藥引入的系統(tǒng)雜質(zhì)。

（5）減少精處理混床再生次數(shù)，機(jī)組汽水品質(zhì)得到進(jìn)一步改善，減少精處理混床釋放鈉離子、氯離子風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而減少了汽輪機(jī)積鹽、低壓缸葉片酸性腐蝕、應(yīng)力腐蝕開裂的風(fēng)險(xiǎn)，提高機(jī)組運(yùn)行安全性。

3 全保護(hù)自動(dòng)加氧裝置概述

全保護(hù)自動(dòng)加氧裝置是國(guó)內(nèi)外唯一能夠?qū)崿F(xiàn)全保護(hù)加氧工藝的設(shè)備。超超臨界機(jī)組高壓加熱器汽側(cè)設(shè)計(jì)壓力高達(dá)10 MPa，GB 16912—2008《氧氣及相關(guān)氣體安全技術(shù)規(guī)程》規(guī)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(hù)自動(dòng)加氧裝置采用醫(yī)用級(jí)高壓空氣壓縮機(jī)，正常供氣壓力13 MPa，氧氣分壓小于3 MPa，首次實(shí)現(xiàn)將高壓氧氣安全、可靠、連續(xù)地加入高加汽側(cè)。

國(guó)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)加氧自動(dòng)供氣，無(wú)人值守。醫(yī)用級(jí)高壓空氣壓縮機(jī)與空氣儲(chǔ)罐組成了自動(dòng)供氣系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)需更換氧氣瓶的自動(dòng)供氣方式，避免了運(yùn)行維護(hù)人員定期購(gòu)買氧氣、更換氧氣瓶、檢查氣瓶壓力、各接頭嚴(yán)密性等工作，降低大批氧氣瓶集中存放的重大危險(xiǎn)源風(fēng)險(xiǎn)和更換氧氣瓶存在的爆炸風(fēng)險(xiǎn)。

自動(dòng)調(diào)節(jié)，精確加氧。綜合了穩(wěn)壓技術(shù)、串級(jí)PI-P+前饋控制、高壓微量氣體調(diào)節(jié)以及流量可視化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)給水精確自動(dòng)加氧，控制精度達(dá)±2 μg/L。

4 加氧處理技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

國(guó)內(nèi)直流爐基本都設(shè)計(jì)為給水加氧處理，基建階段設(shè)備作為常規(guī)的加氧設(shè)備已經(jīng)采購(gòu)到位。投產(chǎn)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(jī)組至少在300 臺(tái)以上。

國(guó)內(nèi)汽包爐采用加氧處理的很少，2000—2010 年，我國(guó)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(jīng)改為AVT（O）處理。

國(guó)外目前仍然采用的是傳統(tǒng)的高濃度加氧技術(shù)。由于傳統(tǒng)加氧濃度較高，控制范圍很寬，對(duì)加氧設(shè)備的控制精度要求很低。因此，國(guó)外的加氧設(shè)備沒有大的發(fā)展，在控制水平上要落后于國(guó)內(nèi)。

截至2020 年11 月，全保護(hù)加氧處理技術(shù)已經(jīng)在國(guó)內(nèi)60 臺(tái)機(jī)組上成功應(yīng)用。