全保护自动加氧技术的研究及应用

彭吉伟

（山东电力工程咨询院有限公司）

0 引言

超临界火力发电机组如果不采用加氧处理，给水系统会发生流动加速腐蚀、受热面结垢等问题，导致机组水冷壁节流孔堵塞，汽轮机流通部件积盐加速，高加疏水调节阀结垢堵塞，锅炉的清洗时间间隔短，凝结水精处理混床运行周期短，影响整个机组的经济性和安全性。采用给水加氧处理，可以有效避免以上问题的出现。

目前，国内发力发电机组采用传统的加氧处理技术时，经常在加氧处理后出现过热器、再热器氧化皮大面积脱落，进而导致机组出现堵管、爆管事故。因此，国内热力发电机组加氧设备经常处于停止运行状态。国内相关技术人员也一直在进行加氧技术的研究，取得了一定的进展。

1 加氧处理技术研究进展

1.1 国内外研究现状

目前国内各电力设计院及研究机构和国外先进国家各大电力科学技术研究机构以及给水加氧处理领域的专家，一致认为超临界及超超临界机组采用给水加氧处理，能够有效抑制火力发电机组给水系统、高加疏水系统中流动加速腐蚀现象的产生，降低锅炉受热面结垢速率和防止汽轮机结垢、积盐；延长精处理运行周期，减小精处理树脂再生频率、酸碱耗、废液量等，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。加氧处理取得的效果和收益是明显的、公认的。然而，加氧处理是否会促进过热器、再热器管氧化皮剥落，在业内一直存有争议，国内多数专家认为，应慎重选择加氧处理工艺，规避加氧处理促进过热器、再热器氧化皮集中脱落的风险。

1.2 加氧处理技术的必要性

火力发电机组尤其是超超临界机组对水汽品质和水化学工况的要求很高。火力发电机组如果只采用加氨的全挥发性处理工艺，由于热力设备及管道表面形成的四氧化三铁保护膜结构疏松、溶解度差，保护性效果不好，流动加速腐蚀严重的金属表面几乎没有氧化膜，不能满足保护金属管道的要求。

1.3 加氧处理防腐原理

在流水作用下，加入氧之后，碳钢在一定浓度的氧作用下形成一层三氧化二铁保护膜，三氧化二铁溶解度低、均匀致密、保护性强，加氧处理之后能够有效抑制流动加速腐蚀现象的产生。加氧处理后形成的三氧化二铁均匀致密，有助于改善热力设备及管道表面流态，降低了系统中阻力。流水加速腐蚀现象与管道材质、流体形态、流速和介质条件（温度、PH度等）均有关系。流动加速腐蚀的典型形貌特征如图1所示。

图1 流动加速腐蚀典型形貌特征

1.4 传统加氧处理技术

传统的给水加氧技术通过氧气瓶进行加氧，氧气浓度高，一般控制火力发电机组给水系统中溶解氧浓度为50～150μg／L，这样火力发电机组中过热蒸汽系统有一定浓度的氧含量。通过运行过程中汽轮机的抽汽，将溶解氧带入到高压加热器汽侧管道内，使机组中高加疏水系统溶解氧浓度大于10μg／L，从而防止给水系统、高加疏水系统流动加速腐蚀。传统的给水加氧处理技术流程图如图2所示。

图2 传统加氧处理技术流程图

传统的加氧装置由汇流排、氧气瓶、氧气流量控制装置及输送线路组成，设备构造简单，加氧控制精度低，没有自动控制系统，无法实现自动加氧控制。而采用手动调节控制时运行人员工作强度大，很难满足正常加氧控制要求。给水加氧浓度控制精度差，从而导致部分氧气进入蒸汽系统，这也是造成过热器、再热器氧化皮产生和脱落的重要原因之一。因此，为保障机组安全经济运行，解决流动急速腐蚀问题，需对传统的加氧处理技术进行升级改造，找出新的解决方案。

1.5 全保护加氧技术

全保护加氧装置是目前西安热工院在国内推行应用的一种新型加氧技术，通过在机组凝结水水泵入口前、机组除氧器下降管两侧管道、1＃高压加热器汽侧管道分别通入空气，控制除氧器入口溶解氧浓度在30～150μg／L，省煤器入口溶解氧浓度在10～20μg／L，高加疏水溶解氧浓度＞10μg／L，而过热蒸汽和再热蒸汽基本无氧的一种氧化性水处理工艺，如图3所示。全保护加氧技术通过对原传统加氧技术的改进，解决了给水系统腐蚀问题，同时避免了传统加氧处理技术引发的再热器、过热器氧化皮脱落的风险，解决了高加疏水系统的腐蚀问题，主要有以下特点。

图3 全保护加氧技术流程图

（1）自动精确加氧，减少操作

全保护加氧无需采用传统氧气瓶，通过空压机的作用采用空气加氧，解决了高温高压工况下高加汽侧不能加入纯氧的问题，实行加氧系统全自动运行，无人值守，减少了人力操作，增加了系统稳定性和安全性。

（2）避免氧化皮脱落的风险

传统加氧处理技术的主要弊端就是高浓度的氧引发了再热器和过热器氧化皮脱落，全保护加氧技术过热蒸汽中氧浓度接近为零，抑制了再热器和过热器氧化皮可能因加氧引起的脱落风险。机组全保护加氧技术处理后，给水溶解氧含量为10～20μg／L，而过热蒸汽溶解氧含量未发生变化。

（3）兼顾解决高加汽侧流动加速腐蚀问题

全保护自动加氧装置，在全负荷波动范围内实现给水精确加氧自动调节，给水溶解氧控制范围10～20μg／L，波动范围始终在±2μg／L以内，避免多余氧进入蒸汽系统。通过向高压加热器汽侧直接加氧，控制高压加热器疏水系统管道中氧气含量大于10μg／L，高加疏水加氧浓度控制范围宽，多余的氧可以通过除氧器完全除去，高加疏水加氧工艺安全可靠。

（4）精处理系统高速混床的运行周期大幅延长

全保护加氧技术主要是靠适量的溶解氧维持对给水系统的保护，因此可将水汽系统的pH值适当降低。加氧处理后，给水、凝结水pH控制范围由原来9.4左右降低至9.0左右，系统加氧量由原1000μg／L左右降低至250μg／L，精处理运行周期延长约2倍，混床再生次数减少，酸、碱、除盐水的消耗量减少，工业废水量也随之减少。

1.6 全保护加氧技术与传统加氧技术的对比

全保护加氧技术与传统加氧技术对比如下表所示。

表 全保护加氧技术与传统加氧技术对比

2 结束语

通过对传统加氧方式和全保护加氧方式的研究和对比，全保护加氧技术能够有效防止给水系统和疏水系统的流动加速腐蚀现象的产生，同时能够抑制过热器、再热器氧化皮脱落的风险，全保护加氧可以实现加氧自动供气、自动调节、无人值守，相比传统加氧技术，极大降低运行人员工作强度。全保护加氧是对传统加氧方式的创新，值得在火力发电机组中进行推广使用。