超临界机组给水加氧处理技术

智能控制精确加氧技术在火电厂超超临界机组中的应用研究发布时间：2021-03-03T14:39:11.790Z 来源：《中国电业》2020年第29期作者：翟渠尧[导读] 目前，为解决给水系统流动加速腐蚀问题，给水加氧处理(OT，OxygenatedTreatment)是普遍采用方式，通过改变水汽接触界面氧化膜的结构形态，使氧化膜更加坚固致密。

翟渠尧国家能源集团宁夏电力公司宁东电厂，宁夏银川 750408摘要：目前，为解决给水系统流动加速腐蚀问题，给水加氧处理(OT，OxygenatedTreatment)是普遍采用方式，通过改变水汽接触界面氧化膜的结构形态，使氧化膜更加坚固致密。

但传统加氧为手动控制，加氧控制量宽泛，未反应完的氧气进入过热蒸汽，往往会对材质欠佳的过热器产生负面影响，对机组安全运行形成威胁。

关键词：智能控制；精确加氧技术；火电厂；超超临界机组；应用研究1应用概况1.1机组概况某机组为国产1000MW超超临界燃煤机组，配套超超临界变压运行直流锅炉，锅炉采用单炉膛、切向燃烧、一次中间再热、平衡通风、露天、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构、Π型布置。

锅炉最大连续蒸发量3101t/h，过热蒸汽压力27．56MPa。

机组设置凝结水精处理系统，采用2×50%凝结水量的前置过滤器和4×33．3%凝结水量的中压高速混床系统和旁路系统。

该机组于2011年6月23日完成168h满负荷试运，机组启动和运行初期均采用全挥发处理;投产后待汽水品质符合加氧要求后，机组于2011年9月20日开始实施给水加氧处理，一个月后，通过智能控制精确加氧技术的开发和应用，实现加氧量的精准控制。

1.2加氧原理给水系统的A VT工况易导致水流加速腐蚀，在A VT工况下，给水pH一般控制在9．2～9．6，水温在常温到300℃区域，给水介质氧化还原电位(OＲP，Oxidation－ＲeductionPotential)低于0，此时水与碳钢通过电化学反应生成疏松的Fe3O4磁性氧化膜，无法使金属进入钝化区。

专题说明10：给水加氧、加氨联合处理C W T运行方式沁北600MW超临界本生直流锅炉给水处理方式采用的是先进的给水加氧、加氨联合处理CWT方式;其原理是在水处理过程中加入适量氧和微量氨;使锅炉水冷壁管内壁生成织密的溶解度小的赤铁矿物质Fe2O3保护膜;可降低水冷壁管内壁水垢的生成..通过采用给水加氧、加氨联合处理CWT;锅炉长期运行下压降也不会增加..另外本专题对沁北600MW超临界本生直流锅炉的CWT运行方式和操作步骤也作了推荐..作为超临界机组直流锅炉的给水处理方式;国内目前采用的主要是挥发性物质处理、除联氨AVT方式;这是一种通过氨把PH值调整到9以上;并在联氨脱氧的条件下抑制碳钢表面膜即Fe3O4的溶解度;防止全面腐蚀;同时也抑制点腐蚀等局部腐蚀;以防止碳钢腐蚀的方法..AVT运行方式自身有一定的缺陷;在AVT方式下;锅炉热力系统金属表面会生成外层结构疏松的Fe3O4锈层;铁的腐蚀产物不断在热负荷高的部位沉积;生成粗糙的波纹状垢层;从而增加流体阻力;造成锅炉压差不断上升;增大给水泵的动力消耗..另外;由于给水中铁堆积在锅炉水冷壁管、高压加热器系统;部分机组在同系统压差达到极限值时就会出故障..沁北600MW超临界本生直流锅炉给水处理采用的是在原来给水加氧处理OT基础上发展起来的先进的给水加氧、加氨联合处理CWT方式;其原理是在水处理过程中加入适量氧和微量氨;使锅炉水冷壁管内壁生成织密的溶解度小的赤铁矿物质Fe2O3保护膜;并把疏松的Fe3O4锈层的表面均匀覆盖起来..因为Fe2O3比AVT挥发物水处理运行中的磁铁矿物质Fe3O4少溶于给水;所以CWT水处理系统可降低水冷壁管内壁水垢的生成..因此;通过给水加氧、加氨联合处理CWT;锅炉长期运行下压降也不会增加..锅炉机组在AVT无氧、高PH值情况下;碳钢表面生成外层疏松的Fe3O4锈层钝化膜;高温纯水中具有一定的溶解性;膜中的二价铁离子不断进入溶液中..而在CWT方式下;由于不断向碳钢表面均匀供氧;从Fe3O4锈层扩散出的二价铁离子被迅速氧化;从而形成溶解度很低的Fe2O3致密层在Fe3O4锈层颗粒表面和晶粒间沉积;封闭了Fe3O4垢层的表面和孔隙而形成致密的“双层保护膜”;从而有效地抑制热力系统金属的腐蚀..给水加氧、加氨联合处理CWT与AVT相比;有以下优点：a)可抑制锅炉水冷壁管结垢的附着量；b)可抑制锅炉压差上升原因的波纹状结垢的生成；c)可抑制锅炉凝结水中含铁量；d)减少排放到环境中氨水量..对于沁北600MW超临界本生直流锅炉;我们推荐的运行方式如下：1启动运行电厂首先将在AVT挥发物水处理;除联氨运行模式下启动;直至正常运行状态..此时;加氧系统不投入运行..当运行负荷增加并达到正常运行负荷高于最低负荷30％B-MCR时;将从AVT运行转换到CWT运行模式..CWT运行模式许可条件为：a)所带负荷高于最低运行负荷；b)省煤器进口给水导电率＜0.02mS/m；c)1台以上给水泵投入运行..2正常运行a从AVT完全转换到CWT运行模式从AVT完全转换到CWT运行模式步骤如下：(1)如满足上述许可转换条件;则加氧系统投入运行..(2)省煤器进口给水的PH设定值从～9.5转换到～8.7..(3)集中化学加药系统;AVT运行下的联氨泵切换到CWT运行下的联氨泵..b加氧流量调节加氧设有两个点：一点在冷凝水管道冷凝水高纯度水处理装置出口;一点在给水管道除氧器出口..每点管道的加氧流量按下述调节..(1)冷凝水高纯度水处理装置出口点氧流量氧流量通过基于冷凝水流量的氧量调节阀来调节..(2)除氧器出口点氧流量基于给水流量和省煤器进口给水中维持溶解氧浓度为～100ppb的信号来调节..对于电厂采用CWT水处理系统对锅炉的影响;我们的经验是：对用在汽水、疏水管道上含钨铬钴合金材料的调节阀具有选择腐蚀性..故而;为维持更长的腐蚀时间;就得定期检查;维护设备的无缺陷性..。

关于超/超超临界机组氧化皮问题超/超超临界机组的氧化皮可分为两类：（1）锅炉过热蒸汽系统的氧化皮；（2）锅炉水系统的腐蚀物。

1过热蒸汽管道(包括再热蒸汽系统)的氧化皮1.1氧化皮的形成机理及特点过热蒸汽管道内氧化膜的形成分为制造加工和运行后两个阶段。

过热蒸汽管道制造加工过程中氧化膜的形成是在570℃以上的高温制造条件下，由空气中的氧和金属结合形成的。

该氧化膜分三层，由钢表面起向外依次为FeO﹑Fe3O4﹑Fe2O3。

试验表明：与金属基体相连的FeO层结构疏松，晶格缺陷多，当温度低于570℃时结构不稳定，容易脱落，或在半脱落层部位发生腐蚀。

因此，在新锅炉投产前，一定要对锅炉进行酸洗，全部去除制造加工时形成的易脱落氧化层，然后重新钝化，以利在机组运行时形成良好的氧化层。

同时，在基建调试期间也可以考虑对过热器和再热器管道进行加氧吹扫，将易脱落的氧化层颗粒冲掉的同时加速形成坚固的氧化层，否则，在投运后会产生严重的氧化皮问题。

在450℃～570℃，水蒸汽与纯铁发生氧化反应，生成的氧化膜由Fe2O3和Fe3O4组成，Fe2O3和Fe3O4都比较致密，可以保护或减缓钢材的进一步氧化。

在570℃以上，水蒸汽与纯铁发生氧化反应，生成的氧化膜由Fe2O3、Fe3O4、FeO 三层组成，FeO在最内层，FeO是不致密的，破坏了整个氧化膜的稳定性，氧化膜易于脱落。

因此，过热蒸汽管道内壁在运行后所形成的氧化膜可分为两种情况：(1)如果在锅炉投运之前，通过严格的酸洗和吹管两个环节，将金属管道内壁易脱落氧化层彻底清除干净，吹扫过程中或整机调试的初期，当锅炉运行在亚临界低参数工况下（此时温度不会超过570℃），使管道内壁形成致密的、不易脱落的氧化膜（由Fe2O3和Fe3O4组成，这种氧化膜和金属的基体结合很牢固，只有在有腐蚀介质和应力条件下才会被破坏）。

当日后机组运行于超临界工矿下，温度超过570℃时，这种氧化膜可以保护或减缓钢材的进一步氧化，同时自身也可以相对长期地保留。

热电技术2021年第1期（总第149期）660MW超临界机组给水加氧新工艺介绍袁达（中电（普安）发电有限责任公司，贵州普安，561503）摘要：超临界机组釆用给水加氧处理，能够有效抑制给水系统、高加疏水系统流动加速腐蚀，减少热力系统腐蚀产物的生成与迁移，降低锅炉受热面结垢速率和防止汽轮机结垢、积盐，延长凝结水精处理运行周期,减小精处理树脂再生频率,降低酸、碱耗量和废液处理量等，提高机组运行的安全性和经济性，具有显著的节能降耗效果。

然而，给水加氧处理是否会促进过热器、再热器管氧化皮剥落，在业内一直存在争议，这也是促进我国给水加氧处理技术不断发展的根本原因，国内给水加氧处理技术分为传统高氧处理技术、低氧处理技术、全保护加氧处理技术，中电（普安）发电有限责任公司（以下简称普安电厂）针对自身设备、系统特点，使用全液态无耗氧气给水自动加氧系统取得了良好的效果。

关键词：给水加氧；安全性；经济性；全液态无耗氧气1•概述普安电厂建设两台660MW超临界燃煤发电机组，两台660MW超临界W火焰锅炉（型号B&WB-2146/26.15-M）是北京B&W公司制造的超临界参数、垂直炉膛、一次再热、平衡通风、固态排渣、全钢构架、单炉膛露天岛式布置的II型锅炉。

两台D660AL汽轮机（型号N660-25/580/580）是东汽采用目前国内外先进技术设计制造的新一代高效超临界660MW优化机型，为高效超临界、单轴、一次中间再热、四缸四排汽、双背压、凝汽式汽轮机。

发电机采用东方电机有限公司生产的QFSN-660-2-22型汽轮发电机。

锅炉补给水处理系统采用全膜处理，2套EDI制水能力有2x64m3/ho建有2个3000m3的除盐水箱，配置2台小除盐水泵（变频驱动，流量64m3/h,压力0.8MPa）和1台大除盐水泵（工频驱动，流量460n?/h,压力O.SMPa）,机组正常运行使用小除盐水泵供凝汽器补水，机组启动阶段由大除盐水泵供凝汽器补水。