全保護(hù)自動加氧技術(shù)的研究及應(yīng)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(fā)電機(jī)組如果不采用加氧處理，給水系統(tǒng)會發(fā)生流動加速腐蝕、受熱面結(jié)垢等問題，導(dǎo)致機(jī)組水冷壁節(jié)流孔堵塞，汽輪機(jī)流通部件積鹽加速，高加疏水調(diào)節(jié)閥結(jié)垢堵塞，鍋爐的清洗時間間隔短，凝結(jié)水精處理混床運(yùn)行周期短，影響整個機(jī)組的經(jīng)濟(jì)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(xiàn)。

目前，國內(nèi)發(fā)力發(fā)電機(jī)組采用傳統(tǒng)的加氧處理技術(shù)時，經(jīng)常在加氧處理后出現(xiàn)過熱器、再熱器氧化皮大面積脫落，進(jìn)而導(dǎo)致機(jī)組出現(xiàn)堵管、爆管事故。因此，國內(nèi)熱力發(fā)電機(jī)組加氧設(shè)備經(jīng)常處于停止運(yùn)行狀態(tài)。國內(nèi)相關(guān)技術(shù)人員也一直在進(jìn)行加氧技術(shù)的研究，取得了一定的進(jìn)展。

1 加氧處理技術(shù)研究進(jìn)展

1.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

目前國內(nèi)各電力設(shè)計院及研究機(jī)構(gòu)和國外先進(jìn)國家各大電力科學(xué)技術(shù)研究機(jī)構(gòu)以及給水加氧處理領(lǐng)域的專家，一致認(rèn)為超臨界及超超臨界機(jī)組采用給水加氧處理，能夠有效抑制火力發(fā)電機(jī)組給水系統(tǒng)、高加疏水系統(tǒng)中流動加速腐蝕現(xiàn)象的產(chǎn)生，降低鍋爐受熱面結(jié)垢速率和防止汽輪機(jī)結(jié)垢、積鹽；延長精處理運(yùn)行周期，減小精處理樹脂再生頻率、酸堿耗、廢液量等，提高機(jī)組運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性，具有顯著的節(jié)能降耗效果。加氧處理取得的效果和收益是明顯的、公認(rèn)的。然而，加氧處理是否會促進(jìn)過熱器、再熱器管氧化皮剝落，在業(yè)內(nèi)一直存有爭議，國內(nèi)多數(shù)專家認(rèn)為，應(yīng)慎重選擇加氧處理工藝，規(guī)避加氧處理促進(jìn)過熱器、再熱器氧化皮集中脫落的風(fēng)險。

1.2 加氧處理技術(shù)的必要性

火力發(fā)電機(jī)組尤其是超超臨界機(jī)組對水汽品質(zhì)和水化學(xué)工況的要求很高?；鹆Πl(fā)電機(jī)組如果只采用加氨的全揮發(fā)性處理工藝，由于熱力設(shè)備及管道表面形成的四氧化三鐵保護(hù)膜結(jié)構(gòu)疏松、溶解度差，保護(hù)性效果不好，流動加速腐蝕嚴(yán)重的金屬表面幾乎沒有氧化膜，不能滿足保護(hù)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(hù)膜，三氧化二鐵溶解度低、均勻致密、保護(hù)性強(qiáng)，加氧處理之后能夠有效抑制流動加速腐蝕現(xiàn)象的產(chǎn)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(shè)備及管道表面流態(tài)，降低了系統(tǒng)中阻力。流水加速腐蝕現(xiàn)象與管道材質(zhì)、流體形態(tài)、流速和介質(zhì)條件（溫度、PH度等）均有關(guān)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(tǒng)加氧處理技術(shù)

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

圖2 傳統(tǒng)加氧處理技術(shù)流程圖

傳統(tǒng)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(shè)備構(gòu)造簡單，加氧控制精度低，沒有自動控制系統(tǒng)，無法實現(xiàn)自動加氧控制。而采用手動調(diào)節(jié)控制時運(yùn)行人員工作強(qiáng)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(dǎo)致部分氧氣進(jìn)入蒸汽系統(tǒng)，這也是造成過熱器、再熱器氧化皮產(chǎn)生和脫落的重要原因之一。因此，為保障機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，解決流動急速腐蝕問題，需對傳統(tǒng)的加氧處理技術(shù)進(jìn)行升級改造，找出新的解決方案。

1.5 全保護(hù)加氧技術(shù)

全保護(hù)加氧裝置是目前西安熱工院在國內(nèi)推行應(yīng)用的一種新型加氧技術(shù)，通過在機(jī)組凝結(jié)水水泵入口前、機(jī)組除氧器下降管兩側(cè)管道、1＃高壓加熱器汽側(cè)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(hù)加氧技術(shù)通過對原傳統(tǒng)加氧技術(shù)的改進(jìn)，解決了給水系統(tǒng)腐蝕問題，同時避免了傳統(tǒng)加氧處理技術(shù)引發(fā)的再熱器、過熱器氧化皮脫落的風(fēng)險，解決了高加疏水系統(tǒng)的腐蝕問題，主要有以下特點。

圖3 全保護(hù)加氧技術(shù)流程圖

（1）自動精確加氧，減少操作

全保護(hù)加氧無需采用傳統(tǒng)氧氣瓶，通過空壓機(jī)的作用采用空氣加氧，解決了高溫高壓工況下高加汽側(cè)不能加入純氧的問題，實行加氧系統(tǒng)全自動運(yùn)行，無人值守，減少了人力操作，增加了系統(tǒng)穩(wěn)定性和安全性。

（2）避免氧化皮脫落的風(fēng)險

傳統(tǒng)加氧處理技術(shù)的主要弊端就是高濃度的氧引發(fā)了再熱器和過熱器氧化皮脫落，全保護(hù)加氧技術(shù)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(fēng)險。機(jī)組全保護(hù)加氧技術(shù)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(fā)生變化。

（3）兼顧解決高加汽側(cè)流動加速腐蝕問題

全保護(hù)自動加氧裝置，在全負(fù)荷波動范圍內(nèi)實現(xiàn)給水精確加氧自動調(diào)節(jié)，給水溶解氧控制范圍10～20μg／L，波動范圍始終在±2μg／L以內(nèi)，避免多余氧進(jìn)入蒸汽系統(tǒng)。通過向高壓加熱器汽側(cè)直接加氧，控制高壓加熱器疏水系統(tǒng)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(tǒng)高速混床的運(yùn)行周期大幅延長

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

1.6 全保護(hù)加氧技術(shù)與傳統(tǒng)加氧技術(shù)的對比

全保護(hù)加氧技術(shù)與傳統(tǒng)加氧技術(shù)對比如下表所示。

表 全保護(hù)加氧技術(shù)與傳統(tǒng)加氧技術(shù)對比

2 結(jié)束語

通過對傳統(tǒng)加氧方式和全保護(hù)加氧方式的研究和對比，全保護(hù)加氧技術(shù)能夠有效防止給水系統(tǒng)和疏水系統(tǒng)的流動加速腐蝕現(xiàn)象的產(chǎn)生，同時能夠抑制過熱器、再熱器氧化皮脫落的風(fēng)險，全保護(hù)加氧可以實現(xiàn)加氧自動供氣、自動調(diào)節(jié)、無人值守，相比傳統(tǒng)加氧技術(shù)，極大降低運(yùn)行人員工作強(qiáng)度。全保護(hù)加氧是對傳統(tǒng)加氧方式的創(chuàng)新，值得在火力發(fā)電機(jī)組中進(jìn)行推廣使用。