某电厂超临界机组给水加氧的实际应用

某电厂超临界机组给水加氧的实际应用

超临界直流锅炉采用传统的全挥发处理方式（AVT）时，给水带入的铁沉积在高压加热器和锅炉水冷壁上。这种铁垢摩擦系数大，呈波纹状，不仅容易引起锅炉压差上升快，压差大，也容易导致给水系统湍流部位流动加速腐蚀现象加重，腐蚀产物随着水流沉积到高温段，导致省煤器节流阀出现严重的污堵情况，严重时甚至会造成局部高温，引发爆管事故。采用给水加氧处理方式可以有效抑制和防止流动加速腐蚀的发生。

标签： 超临界机组 直流锅炉 给水 全挥发处理 加氧处理

1概况

某临界机组。机组原设计给水处理方式为全挥发处理（AVT）和加氧处理（OT），2010年开始机组给水处理方式改为AVT（O）。2015年10月～12月进行了机组给水加氧处理转化（OT）试验。加氧处理转化结果表明：水汽系统的含铁量大幅度降低，省煤器入口给水含铁量由弱氧化性全挥发处理AVT（O）时3.5.?g/L～7.6?g/L降低到1.0?g/L以下;精处理混床氢型运行周期大大延长，减少了精处理再生自用水量及再生酸、碱用量，减少再生废液排放量，有利于环保;减少了氨的加入量。

2给水加氧处理的目的、原理和条件

2.1给水加氧的目的和原理

锅炉给水加氧处理的目的是改变给水处理方式，进而实现锅炉给水中含铁量的降低，以减缓锅炉永冷壁管中氧化铁的沉积速度，尤其对省煤器入口管和高压加热器管的流动加速腐蚀产生抑制作用，这样可以有效延长锅炉的清洗周期，降低锅炉给水的pH值，延长凝结水精处理混床的运行周期。锅炉给水加氧处理技术的原理是：在纯水的条件下，一定浓度的氧能使碳钢表面形成比磁性四氧化三铁保护性更好的三氧化二铁+磁性四氧化三铁“双层保护膜”。 在加氧方式下，由于不断向金属表面均匀地供氧， 金属的表面仍保持一层稳定、完整的Fe3O4内伸层，而由Fe3O4微孔通道中扩散出来进入水相的二价铁离子则被氧化，生成三氧化二铁的水合物（FeOOH）或三氧化二铁（Fe2O3），沉积在外延生成的Fe3O4层的微孔或颗粒的空隙中，使金属表面形成致密的“双层保护膜”，若干孔内和Fe3O4层上的Fe2O3，可以说明加氧处理法和AVT处理法所形成的Fe3O4保护层在结构上的区别。在Fe3O4区有裂纹（例如，由压应力造成的）的地方，就可实现裂纹自发愈合，愈合速度取决于加氧量的多少。反应过程如下：

在钢的表面上，瞬时直接进行的内伸反应为：

3Fe + 4H2O= Fe3O4+8H++ 8e- （1）

在保持晶粒形式和晶粒定位情况下，铁素体内伸转变为Fe3O4。这意味着在全部转变为Fe3O4前，同时约有50%的铁从铁素体颗粒中析出。因此，除了铁和Fe3O4分界面上的内伸反应（1）外，一定会有溶解反应式（2）所示： 3Fe = 3Fe2++6e- （2）从阳极上各反应式的总和，可得出阳极总反应（1+2）为：6Fe+4H2O=Fe3O4+3Fe2++8H++l4e-，阴极反应为： 7/2O2+14H++14e-=7H2O （3）因此，在钢的瞬时表面上得到的整体反应为：6Fe +7/2O2 +6H+ =Fe3O4+3Fe2++3H2O （4）决定分界面反应（4）速度的是阴极去极化（3）以及在氧分压不变时与pH值有关的Fe2+离子浓度。该浓度在通过流管内，由孔道（浓度梯度，孔形状、层厚）内的Fe2+的扩散梯度来确定。

2.2给水加氧的条件

给水加氧需满足以下条件：①机组处于稳定运行状态;②给水氢电导（25 ℃）应小于O.15us/cm，其他水质指标正常;③凝结水系统应配置全流量精处理设备;④除凝汽器冷凝器管外，汽水循环系统各设备均应为钢制元件;⑤锅炉水冷壁管内的结垢量达到200～300 g/m2时，在给水加氧前需对水冷壁进行化学清洗。

3.给水加氧处理条件确认

3.1水汽品质查定

在给水处理前，先采用AVT（O）方法对机组进行处理，将给水的pH值控制在9.3～9.6之间。在加氧处理前，对机组水汽系统中的水样应用痕量杂质离子色谱分析法进行分析、处理，保证水汽品质总体上趋于良好，并保证凝汽器不出现泄漏凝结水精处理系统能够提供合格的凝结水。将给水和主蒸汽氢电导率控制在0.10 us/cm以下。一般情况下，痕量杂质中的离子含量较低，水汽品质可以满足给水加氧处理的必要条件。

3.2加氧点和取样管道确认

一般机组原有加氧管道较粗取样地点较远，粗的管道加上长距离势必导致管道体积增大，由于投加的氧气具有压缩性，就容易引起氧气压力波多，不利用精准加氧。因此需要对加管道和取样管道进行改造，加氧管道宜选用φ10×2.5不锈钢管，取样管道宜采用φ16×3的不锈钢管，另外加氧管和取样管应位置选取时应距离优先。

3.3在线仪表准确性确认

化学在线仪表就是加氧控制的眼睛，只有保证水汽系统在线仪表能连续投入运行，测量结果准确，才能精准加氧。需要确认的化学仪表有凝结水泵出口：氢电导率、pH、钠、溶解氧表。除氧器入口：电导率、氢电导率、pH、溶解氧表。省煤器入口给水：电导率、氢电导率、溶解氧、硅、pH表。过热蒸汽：氢电导率、电导率、溶解氧、硅、钠表。高加疏水：氢电导率表。精处理混床出口：氢电导率、硅、钠。这些仪表必须进行校准合格后方可进行加氧。

3.4精处理设备检查

在加氧调试和运行过程中，凝结水必须100%通过高速混床处理，同时在运行过程中要严格控制高速混床的出水水质，需要控制出水导电率小于0.10us/cm，二氧化硅的质量浓度要小5ug/l;钠的质量浓度要小于2ug/l。

4.加氧控制指标及运行注意事项

给水手动和自动加氧能将省煤器入口溶解氧含量控制在期望范围（30μg/L～100μg/L）;精处理出口手动和自动加氧控制结果：在负荷较稳定时，除氧器入口溶解氧含量达到期望值范围（30μg/L～150μg/L）;在负荷变化，凝结水流量（加氧点压力）出现大幅波动时，除氧器入口溶解氧瞬间超过期望范围，但在标准范围。在特殊状况下，如精处理设备切换、前置过滤器反洗、凝汽器补水或凝结水泵故障等，除氧器入口溶解氧会超过高限，此时精处理出口加氧阀应关闭或者采取人工干预方式加氧，系统稳定后再投入自动加氧。机组启动或者停运时，要退出凝结水、给水加氧，控制给水PH9.3-9.6，按AVT（O）工艺运行，待水质正常后再按以下标准控制 ：

a 直接空冷机组和混合式凝汽器间接空冷机组凝结水氢电导率标准值应≤ 0.3μS/cm，期望值≤0.2μS/cm;

b 直接空冷机组和混合式凝汽器间接空冷机组凝结水溶解氧标准值应小于 100μg/L，期望值≤30μg/L;

c 直接空冷機组加氧处理时，为抑制碳钢散热器流动加速腐蚀，给水和除氧器入口pH值标准值应为9.2～9.6;对应电导率标准值应为4.3μS/cm～11μS/cm。混合式凝汽器间接空冷机组，空冷散热器为铝时，给水为中性加氧处理，给水和除氧器入口pH值标准值应7.0～8.0，期望值7.5～8.0，对应电导率小于0.3μS/cm;

d 超超临界机组宜按期望值控制。

5、加氧处理后的效果评价

给水各种处理方式下水汽系统连续四天检查铁含量（ug/l）平均值见下表：

6.结论

将给水加氧处理方式应用于超临界机组取得了初步成效，充分论证了该处理方式可有效抑制和防止流动加速腐蚀的发生，减少腐蚀产物。加氧处理后降低了给水加氨量、延长精处理运行周期、减少了高混再生的酸碱量和自用水量。在提高机组的安全性和经济性等方面有着明显的优势，值得在超临界机组上推广应用。