全保护加氧处理工艺及自动加氧装置在在1000MW超超临界机组的应用

范勇晟

（江西大唐国际抚州发电有限责任公司，江西 抚州 344128）

0 前言

超超临界机组具有高参数、大容量、杂质沉积速率快等特点。因此，对水汽品质和水化学工况的要求很高。给水采用只加氨的AVT（O）全挥发性处理工艺，由于热力设备及管道金属表面形成的Fe3O4氧化膜疏松、溶解度高、保护性差，尤其在水流发生急剧变化位置，流动加速腐蚀严重的地方金属表面几乎没有氧化膜，不能满足保护金属基体的要求。

加氧处理（OT）是在纯水的条件下，微量浓度的氧能使碳钢表面形成一层比磁性Fe3O4保护性更好的Fe2O3＋Fe3O4保护膜，该保护膜更致密、稳定，有效抑制流动加速腐蚀，降低给水的铁含量及锅炉受热面结垢速率。

为了抑制给水系统、高加疏水系统的流动加速腐蚀，延长精处理运行周期，降低锅炉沉积速率，延长锅炉酸洗周期等，提高机组运行的安全性、经济性，大唐抚州电厂决定对2 号机组（1 000 MW）实施加氧处理。

1 加氧系统改造前、后概述

1.1 加氧改造前概述

加氧改造前机组采用的加氧处理工艺为传统高氧处理工艺，一般控制给水溶解氧浓度为50 μg/L～150 μg/L，使过热蒸汽有一定浓度的溶解氧。通过汽轮机抽汽，将氧带入高加汽侧（使高加疏水溶解氧浓度大于10 μg/L），从而防止给水系统、高加疏水系统流动加速腐蚀。采用传统加氧处理工艺，由于蒸汽中的氧浓度较高，对于某些奥氏体不锈钢材料，氧化处理生成的三氧化二铁氧化皮与奥氏体钢的热膨胀系数差别大，容易促进氧化皮脱落。运行脱落的氧化皮冲蚀汽轮机，降低汽机效率，对于П型炉，脱落的氧化皮堵塞过热器管，使过热器管得不到足够的蒸汽冷却，导致过热爆管，造成机组非停事故，严重影响机组运行安全性、可靠性和经济性。

加氧改造前机组采用的加氧设备只能满足实施传统加氧处理工艺的要求，影响机组安全经济运行。加氧设备对给水加氧控制精度、设备自动控制水平等均没有明确要求，加氧设备没有自动控制系统，无法实现自动加氧控制。给水氧浓度控制精度差，波动大，多余氧进入蒸汽系统，这是促进过热器、再热器氧化皮剥落的一个重要原因。

1.2 加氧改造后概述

鉴于传统加氧工艺及设备存在的问题，经过广泛调研和技术论证，大唐抚州电厂最终决定采用西安热工院研发的全保护加氧工艺及自动加氧装置。

全保护加氧工艺，通过向凝结水、给水、高加疏水同时加氧，能够兼顾所有水系统流动加速腐蚀的防治，取得全面的加氧处理效果。同时，全保护加氧给水实施低氧处理，控制省煤器入口给水氧含量为10 μg/L~20 μg/L。低浓度氧经过省煤器、水冷壁大面积管段消耗殆尽，加氧前后蒸汽溶解氧含量基本无变化，不存在促进蒸汽系统氧化皮集中脱落的风险。

全保护自动加氧装置可实现加氧自动调节，在负荷波动较大的情况下，加氧控制精度可达±3 μg/L。加氧介质为空气，不使用高压氧气瓶，减少高压氧气瓶在使用、更换、搬运及储存过程中的安全隐患，全保护自动加氧装置能够实现自动供气，随机组负荷波动而自动改变加氧量，实现真正意义上的加氧无人值守。全保护自动加氧装置外观如图1所示。

图1 全保护自动加氧装置外观图

2 加氧准备工作

2.1 在线化学仪表检验校准

加氧试验开始前，依据文献[1]，采用移动式在线化学仪表检验装置对2 号机组水汽系统在线化学仪表测量准确性进行检验，对误差超标的仪表进行误差来源查定和消除，保证各仪表测量准确，以满足水质监测要求。

2.2 试验分析准备工作

加氧试验过程中，试验分析主要包括铁及阴离子的测定，采用的分析方法及仪器见表1。

表1 分析方法及仪器

2.3 水汽品质查定

2020年4月11—13日，在给水AVT（O）处理方式下，进行水汽品质查定。查定项目包括给水电导率、水汽氢电导率、溶解氧、阴离子含量以及铁含量等。

2.3.1 给水电导率

2 号机组除氧器入口和省煤器入口给水电导率测定结果见表2。测定结果表明，除氧器入口给水电导率在 5.59~6.08 μS/cm，对应 pH 为 9.32~9.35；省煤器入口给水电导率在5.79~6.14 μS/cm，对应pH 为9.33~9.36。

表2 给水电导率和pH测定结果

2.3.2 水汽氢电导率

2号机组各水样氢电导率测定结果见表3。测定结果表明：凝结水氢电导率在0.104~0.109µS/cm，除氧器入口氢电导率在0.061~0.063µS/cm，给水氢电导率在0.064~0.065 µS/cm，主蒸汽氢电导率在0.065~0.070µS/cm，高加疏水氢电导率在0.065~0.072µS/cm。

表3 氢电导率测定结果

2.3.3 溶解氧

2 号机组各水样溶解氧测定结果见表4。测定结果表明，AVT（O）处理工况下，2号机组凝结水溶解氧平均值为14.7 μg/L，除氧器入口溶解氧平均值为12.8 μg/L，除氧器出口溶解氧平均值为6.4 μg/L，给水溶解氧平均值为8.7 μg/L，主蒸汽溶解氧平均值为2.3 μg/L，高加疏水溶解氧平均值为2.6 μg/L。2 号机组除氧器对空排气门微开后，除氧器出口给水氧含量降低。

表4 溶解氧测定结果

2.3.4 阴离子含量

采用离子色谱仪对2 号机组水样阴离子含量进行测定，结果见表5。测定结果表明：2号机组水汽系统中杂质含量较低，水汽品质良好。

表5 2号机组水样阴离子含量查定结果

2.3.5 铁含量

2 号机组各水样铁含量测定结果见表6。测定结果表明，AVT（O）工况下，2 号机组给水、主蒸汽铁含量均满足文献[5]规定的小于3 μg/L 的期望值要求，高加疏水铁含量相对较高。

表6 铁含量测定结果

2.3.6 小结

综上所述，2 号机组水汽品质能够满足文献[5-6]对加氧处理水汽品质的要求。

3 加氧转化试验

3.1 低压给水系统加氧转化

2020 年 4 月 15 日 9：30 开始向 2 号机组精处理出口母管加氧，控制加氧量在50~150 μg/L。10：00除氧器入口氧含量达到20.9 μg/L 并且有持续上升趋势，表明低压给水系统加氧转化完成，10：15 开始控制除氧器入口氧含量在10~150 μg/L，转入加氧运行。

3.2 高压给水系统加氧转化

2020 年 4 月 15 日 10：00 开始向 2 号机组除氧器出口加氧，控制加氧量在 50~100 μg/L。2020 年 4 月16 日 9：00 省煤器入口氧含量达到 10.9 μg/L 并且有持续上升趋势，表明高压给水系统加氧转化完成，9：30开始控制省煤器入口给水氧含量在10~30 μg/L，转入加氧运行。

3.3 高加疏水系统加氧转化

2020 年 4 月 15 日 10：30 开始向 2 号机组高加疏水加氧，控制加氧量50~150 μg/L。4月16日14：00高加疏水氧含量达到21.8 μg/L，并且有持续上升趋势，表明高加疏水系统加氧转化完成，14：30 开始控制高加疏水氧含量在10~150 μg/L，转入加氧运行。

3.4 加氧转化过程中水汽阴离子测定

加氧转化过程中，采用离子色谱仪对2 号机组水汽阴离子含量进行测定，结果见表7。测定结果表明，2 号机组加氧转化期间水汽系统各取样点阴离子含量较低，水汽品质良好。

表7 加氧过程中水汽阴离子测定结果

3.5 加氧转化过程混床阴、阳离子测定

加氧转化过程中，通过离子色谱仪对2 号机组精处理混床出水水质进行测定，结果见表8。

表8 加氧过程中混床出水水质测定结果

测定结果表明，2 号机组加氧转化过程中精处理混床出水水质正常。混床出水氯离子、钠离子满足文献[5]要求的<1.0 µg/L。

3.6 加氧转化过程中水汽铁含量测定

加氧转化过程中，2 号机组水汽铁含量测定结果如表9 所示。测定结果表明，加氧处理后除氧器入口、给水及高加疏水铁含量降低，表明给水及高加疏水系统钝化膜已形成且效果较好，能够有效抑制给水及高加疏水系统的流动加速腐蚀。

表9 加氧过程中水汽铁含量测定结果

3.7 pH优化调整试验

加氧转化后，给水及高加疏水系统的Fe2O3+Fe3O4双层氧化膜主要依靠水中溶解氧维持，因此可以降低给水pH 值。通过pH 优化调整试验最终将给水pH 值控制在 8.9~9.1，目标值 9.0，pH 优化后水汽铁含量测定结果见表10。

试验结果表明，加氧处理后，给水pH 值控制在8.9~9.1，可以维持对流动加速腐蚀良好的抑制效果。

表10 pH优化调整后水汽铁含量测定结果

4 加氧处理效果

4.1 抑制流动加速腐蚀

加氧处理（OT）通过向弱碱性水中加入氧气，促使金属表面生成致密的保护性氧化膜。加氧转换平衡后，在较低pH值条件下，给水及高加疏水铁含量可稳定在较低水平，这是全保护加氧处理最具代表性的特点，有利于抑制给水系统和高加疏水系统的流动加速腐蚀以及降低锅炉受热面的结垢速率等。2号机组OT 处理工况下，控制给水pH 值在8.9~9.1，除氧器入口、给水、主蒸汽、高加疏水铁含量平均值均在1 μg/L以下。2 号机组不同化学水工况下水汽系统铁含量对比如图2所示。

图2 2号机组不同化学水工况下水汽铁含量对比结果

4.2 延长精处理运行周期

加氧转化后，给水及高加疏水系统的Fe2O3+Fe3O4双层氧化膜主要依靠水中溶解氧维持，因此，可将水汽系统的pH值适当降低。与AVT（O）工况相比，加氧处理后给水pH值由加氧前平均9.35降低至加氧后平均9.0，对应的氨含量平均值由原来847 μg/L降低至266 μg/L，氨的加入量减少了约69%，理论上凝结水精处理混床周期制水量增加至原来的3.2 倍。同时，混床再生次数减少，再生用酸碱及自用冲洗水量、再生废水排放量也会随之减少，有利于环境保护。

4.3 实现全面保护

全保护加氧处理工况下，向给水系统中加入较低浓度溶解氧，满足给水系统防腐钝化要求，控制蒸汽基本无氧，有效规避蒸汽中较高浓度氧可能促进氧化皮剥落风险。同时，通过向高加疏水单独加氧，解决高加疏水系统防腐问题，从而实现水汽系统热力设备的全面保护。

5 加氧处理经济效益分析

5.1 直接经济效益

与AVT（O）工况相比，实施加氧处理后，一台机组1 年节约的氨水、再生用酸、碱、除盐水及化学清洗费用约为102.88 万元人民币，具体核算结果见表11。如果算上再生时的电费、压缩空气费用、人力成本以及再生废液处理成本等，节约的费用将更多，由此可见，实施加氧处理后，其产生的经济效益非常显著。

表11 单台机组加氧处理的直接经济效益计算

5.2 间接经济效益

实施全保护加氧处理后可取得以下间接经济效益：1）降低了给水系统锅炉压差上升速率，降低了给水泵能耗，提高发电效率；2）有效减少锅炉受热面结垢速率，提高锅炉效率；3）避免了高加疏水调门堵塞导致高加退出运行而引起的机组热经济性降低；4）减小了汽轮机叶片结垢速率及冲蚀，减缓了汽轮机效率降低，提高了机组运行经济性；5）避免了过热器、再热器爆管导致的非计划停机，减少了检修费用。

6 结语

1）全保护加氧可以有效抑制给水系统及高加疏水系统的流动加速腐蚀，OT 处理工况下，控制给水pH值在8.9~9.1，除氧器入口、给水、主蒸汽、高加疏水铁含量平均值均在1 μg/L以下。

2）全保护加氧给水实施精确低氧处理，使给水系统满足防腐钝化要求，同时控制蒸汽基本无氧，能有效规避蒸汽较高浓度氧可能促进氧化皮剥落的风险。

3）全保护加氧可以大幅延长精处理混床氢型运行周期，取得显著的直接经济效益。