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给水加氧技术在超超临界锅炉中的应用

范文

费剑影

摘要：随着中国电力建设技术的发展，大多数新建机组都具有高容量的超超临界机组，这些机组具有高效的循环热传导，低产煤量，节能环保等高参数。基于水将在超临界压力下转变为单向流动的事实，所以锅炉的蒸汽系统只能协助直流运行的方式进行运转。但直流炉在整体的运行工作找那个缺乏废弃物的排放，所以影响到了进入锅炉的水的品质，而水的品质又直接的影响到了轮汽机蒸汽的品质好坏，进而对机组的安全运行起到关键性的直接影响，这关系到电厂的整体经济效益，所以给水加氧技术在超超临界锅炉中放入应用对机组乃至整个电厂都有极其重要的意义。

Abstract： With the development of China's electric power construction technology， most newly-built units have high-capacity ultra-supercritical units. These units have high parameters such as efficient circulating heat conduction， low coal production， energy conservation and environmental protection. Based on the fact that water will be transformed into one-way flow under supercritical pressure， the steam system of the boiler can only assist the DC operation. However， the overall operation of the DC furnace finds the lack of waste emissions， so it affects the quality of the water entering the boiler， and the quality of the water directly affects the quality of the steam turbine， which in turn affects the safe operation of the unit. To the critical direct impact， which is related to the overall economic benefits of the power plant， the application of feedwater oxygenation technology in the ultra-supercritical boiler is of great significance to the unit and the entire power plant.

关键词：给水加氧技术;超超臨界锅炉;技术的应用

Key words： feedwater oxygenation technology;ultra-supercritical boiler;application of technology

中图分类号：TM621.2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文献标识码：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章编号：1006-4311（2020）06-0272-03

1 ?技术原理

在全挥发处理工况下，除高温段的节煤器出口段至水冷壁外，中低温段的冷凝水系统，低压加热器和高压加热器的入口处的金属氧化膜不致密足够，并且锅炉热系统的金属表面会形成一层薄薄的氧化铁锈层结构，并且水流的冲击将导致水系统中的加速腐蚀，这将导致铁腐蚀产物逐渐沉积在具有较高热负荷的零件。形成不平滑的波纹状污垢层，进而对锅炉受热面的传热效果造成不良影响，同时，流体阻力增加，导致锅炉的压力差连续增加，从而增加了进料泵的功率消耗并增加了进料泵的功率损耗[1]。

向水中添加氧气是在纯净水的条件下对三氧化二铁和磁性三氧化二铁的双层保护，它使用一定浓度的氧气使碳钢的表面优于磁性三氧化二铁。结构体。同时，三氧化二铁的溶解度远低于四氧化三铁，因此由它形成的保护膜更致密，更稳定，并能承受加速流腐蚀，从而降低了给水中的铁浓度。

氧化铁层是微孔的，类似于钢的原始晶体结构。由于晶体之间存在空隙，水仍然会从空隙渗入钢表面，导致钢腐蚀。如果这些空隙不能被堵塞，则不会产生防腐作用[2]。在充氧条件下，通过向金属表面连续供应氧气。经由四氧化三铁的微孔中扩散出来进到水相的被铁氧化，形成三氧化二铁的水合物，沉积在四氧化三铁的保护膜上面，导致四氧化三铁的空隙被堵塞，使水丧失了流入保护膜的路径，而在金属的表面生成致密的双层保护屏障，以达到减轻腐蚀的目的。

从电化学的角度来看，向流动的高纯水中添加一定浓度的氧气可以使钢的自然腐蚀电位增加到100毫伏，使金属表面极化，或者超过金属的自然腐蚀电位。钝化电位，继而在金属表面上形成致密且稳定的保护膜，以达到减轻钢铁被腐蚀的目的。

2 ?超超临界直流锅炉进行给水加氧处理的前提

第一，首先，改善水质是确保直通式锅炉供水质量的重要手段。在冷凝水系统中配置100%全流量精细处理设备，并在操作期间采取措施以确保处理设备有足够的缓冲时间，防止水质时好时坏，并定期进行水质相关检测，以确保水质净化效果。

第二，保证给水水质的高纯度性，如果出现异常，应尽快采取补救措施迅速恢复水质。同时，给水的pH值也应控制在一个固定的数值上，酸碱值过低会降低给水缓冲的能力，尤其是当给水的酸碱值低于7.0时，会严重的腐蚀碳钢;但是，高pH值会缩短冷凝水淡化设备的运行时间。通常，最好将给水的pH值控制在8.0-9.0之间。

第三，空气中所含有的二氧化碳会导致给水的酸碱值下降，此时添加氧化剂将对金属腐蚀产生相反的影响。除了冷凝器冷凝器管水汽循环系统的其他各个设备都为钢制的元件。基于铜与铜合金在有氧的条件下被氧化这一原理，可以促进铜以及铜合金材料的腐蚀，进而对汽轮机的蒸汽质量产生影响，导致金属铜离子在高温下腐蚀汽轮机叶片，会对本机的稳定运行产生不利影响。所以，对于水汽系统中带有铜加热器的机组，必须进行专业的试验，确保注入氧原子后水汽系统中铜的浓度不会增加在使用给水加氧技术。

第四，定期的检查维修经常遭受腐蚀的材料零部件。在进行了给水加氧的工艺后，记住汽水與疏水管道上各种金属材料的调节阀会遭受到严重的腐蚀，致使给水水质的污染，或者影响阀门的顺滑。需要借助相关的设备定时对这些金属材料进行检查维修，以确保其更好的发挥功效。

第五，全新的机组在经历过三到六个月的使用后，在机组运行稳定且其水质满足加氧的前提时，越早实施给水加氧的工艺越好;大容量锅炉的参考数据更加复杂。机组条件的极端变化或柔韧性太低容易导致单个锅炉管中的介质顺畅流动，甚至形成堵塞。供水中的氧气会增加堵塞区域的腐蚀[3]。所以，将加氧量控制在一定的用量能够减轻腐蚀。

第六，对于使用年头较长的机组，需要打开管道来查看系统内部污垢积攒的程度，锅炉水冷壁管内积攒的污垢数量不应超过二百五十克每平方米。反之则必须对锅炉实施污垢的化学清理，方可进行给水加氧处理。

第七，实施该工艺之前，检查过热器和再热器的高温氧化层的厚度，并充分了解氧化皮的尺寸。小心不要让滴落的氧化皮挡住对流和热量面管道的拐弯处。

第八，检查在线化学仪表上的各项数据是否能够满足给水加氧处理所需的检验性能。

3 ?给水加氧技术的具体操作

3.1 建立加氧系统

超超临界直流锅炉的供氧系统包括储氧设备，母线，氧气流量控制设备和氧气输送设备，如图1所示。

通过减压阀的针型流量调节阀调节纯度大于99%的高压瓶中的氧气加氧系统中，系统中的逆止阀要足够精确紧密，以防止水流倒流[4]。为了控制氧合，采用了手动调整和自动调整的组合。通常情况下，脱气降液管的充氧点用作自动控制的位置点。自动控制的参考数据基于给水流量，除氧器降液管的氧原子浓度和省煤器入口处的氧浓度提供。

加氧系统包括氧气贮存设备、汇流排、氧气流量控制设备及氧气输送设备，如图1所示。

将高压瓶中纯度高于99%的氧气经过减压阀的针型流量调节阀进行调节后再加入系统中，系统中逆止阀的选择一定要注重其是否足够精确紧密，以防止水流倒流[4]。通过减压阀的针型流量调节阀调节高压瓶中纯度高于99%的氧气，然后将其添加到系统中。系统中止回阀的选择必须注意其是否足够准确和严密，以防止水倒流[4]。为了控制氧合作用，采用手动调节和自动调节的组合。通常情况下，脱气降液管的充氧点用作自动控制的位置点。自动控制的参考数据基于给水流量、除氧器降液管的氧原子浓度和省煤器入口处的氧浓度。

3.2 工艺的具体操作

将机组的给水处理方式设计为全挥发的处理就是AVT处理方式。在AVT处理方式运转的情况下开启机组，充氧前，应提前一个月停止向设备中添加肼。在此期间，必须注意冷凝水和溶解水中的氧含量以及铜和铁含量，直到水质达到充氧过程的前提。当操作负载持续增加直到正常操作负载时，AVT操作可以转换为OT操作。

机组在AVT运转的情况下开启。在加氧进行前，应提前一个月停止对机组联氨的添加。这期间必须加强关注凝结水和给水溶解二者的含氧量以及铜铁的含量，直到水质达到加氧工艺的前提条件。在运行负荷持续加大直到正常的运行负荷，即可将AVT的运行转换为OT运行。

在加氧刚开始的时候可以适当的加强氧气的浓度以促进循环中路中氧气浓度的溶解直到达到平衡状态，将除氧器入口以及省煤器入口的氧原子含量控制在一定的数值方位内，过高的氧气浓度可能水和蒸汽的电导率无法掌控，进而加大腐蚀的几率，在整个的几样过程中都应保持加氧浓度的均衡，中间暂时的断氧会导致铁的浓度增加。并且观察每个取样点水的氢电导率以及铁铜浓度的变化。在进行加氧时，需要结合实际情况加入少量的氨，以中和水质中的酸碱物质，提升水洗系统的缓冲性能。

在加氧工艺的实施中，如果给水和蒸汽的氢电导均高于一定的数值，那么相对应的应该降低加氧的浓度，以确保给水和蒸汽的氢电导保持在一个合理的数值范围。如果蒸汽中的溶解氧其质量浓度上升到一定的数值后，通过调节加热器的排气阀门，将高压加热器疏水系统的溶解氧浓度控制在合理的数值范围，并对其实行及时的监测。

4 ?效用评测

4.1 含铁量

在实施给水加氧工艺之后，基于热系统的双层氧化保护膜使单元的金属表面完全被钝化，从而有效地抑制了FAC，并显著降低了水系统中的铁浓度。同时，由于水蒸气系统的循环，在水箱的金属表面上形成了一层氧化保护膜，从而保护了疏水系统。

4.2 处理锅炉污垢的速度

对机组实施加氧以后，在金属表面形成的保护膜将大大降低系统中的铁浓度，热负荷下氧化铁的累积速率将减慢，水壁上的污垢累积将得到改善。进而加长了过滤进行化学清洗的时间。在检查机组的大修水冷壁以及省煤器时发现，加氧的工艺已经在日历系统的表面生成了稳固的钝化保护膜。如果在机组停运后不进行保修，将机组冷却后进行热态的冲洗，便可以很快的达到机组开启时对水质的需求。

5 ?锅炉停运时的养护

当需要关闭设备时，必须提前四个小时停止向设备供氧，并同时打开排气阀进行脱气和高压加热。以尽快的将给水的酸碱值提高到一定的数值，严禁加入联氨，因为停运时的机组会因存在联氨而加大腐蚀物的浓度，容易损坏刚刚形成的钝化保护膜。并且在机组停运的期间也不必借助膜氨进行机组金属表面的保养，因为机组在进OT处理时生成的水合氧化铁的表面保护膜就已经能够在机组停运时起到保护的作用。

在超超临界直流锅炉的应用中加入给水加氧的工艺是基于提升直流锅炉安全性能和经济效用的双重考虑。对于刚开始运行的装置，必须结合自身的实际条件，尽早开始实验和实施氧化过程，以及氧化过程的相关环节：选择最佳的氧合量和酸碱值。脱气器和加热器排气阀的建立、开度、氧化还原电位等，可以极大的促进汽水品质的改善，进而确保超超临界直流锅炉长期、稳定、安全的运行。

参考文献：

[1]林抗强.宁夏PVA项目循环水站防结冰技术改造[J].中国给水排水，2012（18）：84-86.

[2]李新云.循环冷却水系统冷却塔在寒冷地区使用的改进措施[J].化工设计通讯，2003（2）：40-42.

[3]李兆一，王进友.冷却塔的结冰与防止[J].工业用水与废水，2005（4）：68-70.

[4]华东建筑设计研究院有限公司给水排水设计手册第4册[M].二版.北京：中国建筑工业出版社，2002.

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