給水加氧技術(shù)在超超臨界鍋爐中的應(yīng)用

費劍影

摘要：隨著中國電力建設(shè)技術(shù)的發(fā)展，大多數(shù)新建機(jī)組都具有高容量的超超臨界機(jī)組，這些機(jī)組具有高效的循環(huán)熱傳導(dǎo)，低產(chǎn)煤量，節(jié)能環(huán)保等高參數(shù)。基于水將在超臨界壓力下轉(zhuǎn)變?yōu)閱蜗蛄鲃拥氖聦崳藻仩t的蒸汽系統(tǒng)只能協(xié)助直流運行的方式進(jìn)行運轉(zhuǎn)。但直流爐在整體的運行工作找那個缺乏廢棄物的排放，所以影響到了進(jìn)入鍋爐的水的品質(zhì)，而水的品質(zhì)又直接的影響到了輪汽機(jī)蒸汽的品質(zhì)好壞，進(jìn)而對機(jī)組的安全運行起到關(guān)鍵性的直接影響，這關(guān)系到電廠的整體經(jīng)濟(jì)效益，所以給水加氧技術(shù)在超超臨界鍋爐中放入應(yīng)用對機(jī)組乃至整個電廠都有極其重要的意義。

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.

關(guān)鍵詞：給水加氧技術(shù);超超臨界鍋爐;技術(shù)的應(yīng)用

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

中圖分類號：TM621.2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2020）06-0272-03

1 ?技術(shù)原理

在全揮發(fā)處理工況下，除高溫段的節(jié)煤器出口段至水冷壁外，中低溫段的冷凝水系統(tǒng)，低壓加熱器和高壓加熱器的入口處的金屬氧化膜不致密足夠，并且鍋爐熱系統(tǒng)的金屬表面會形成一層薄薄的氧化鐵銹層結(jié)構(gòu)，并且水流的沖擊將導(dǎo)致水系統(tǒng)中的加速腐蝕，這將導(dǎo)致鐵腐蝕產(chǎn)物逐漸沉積在具有較高熱負(fù)荷的零件。 形成不平滑的波紋狀污垢層，進(jìn)而對鍋爐受熱面的傳熱效果造成不良影響，同時，流體阻力增加，導(dǎo)致鍋爐的壓力差連續(xù)增加，從而增加了進(jìn)料泵的功率消耗并增加了進(jìn)料泵的功率損耗[1]。

向水中添加氧氣是在純凈水的條件下對三氧化二鐵和磁性三氧化二鐵的雙層保護(hù)，它使用一定濃度的氧氣使碳鋼的表面優(yōu)于磁性三氧化二鐵。結(jié)構(gòu)體。同時，三氧化二鐵的溶解度遠(yuǎn)低于四氧化三鐵，因此由它形成的保護(hù)膜更致密，更穩(wěn)定，并能承受加速流腐蝕，從而降低了給水中的鐵濃度。

氧化鐵層是微孔的，類似于鋼的原始晶體結(jié)構(gòu)。由于晶體之間存在空隙，水仍然會從空隙滲入鋼表面，導(dǎo)致鋼腐蝕。如果這些空隙不能被堵塞，則不會產(chǎn)生防腐作用[2]。在充氧條件下，通過向金屬表面連續(xù)供應(yīng)氧氣。經(jīng)由四氧化三鐵的微孔中擴(kuò)散出來進(jìn)到水相的被鐵氧化，形成三氧化二鐵的水合物，沉積在四氧化三鐵的保護(hù)膜上面，導(dǎo)致四氧化三鐵的空隙被堵塞，使水喪失了流入保護(hù)膜的路徑，而在金屬的表面生成致密的雙層保護(hù)屏障，以達(dá)到減輕腐蝕的目的。

從電化學(xué)的角度來看，向流動的高純水中添加一定濃度的氧氣可以使鋼的自然腐蝕電位增加到100毫伏，使金屬表面極化，或者超過金屬的自然腐蝕電位。鈍化電位，繼而在金屬表面上形成致密且穩(wěn)定的保護(hù)膜，以達(dá)到減輕鋼鐵被腐蝕的目的。

2 ?超超臨界直流鍋爐進(jìn)行給水加氧處理的前提

第一，首先，改善水質(zhì)是確保直通式鍋爐供水質(zhì)量的重要手段。在冷凝水系統(tǒng)中配置100%全流量精細(xì)處理設(shè)備，并在操作期間采取措施以確保處理設(shè)備有足夠的緩沖時間，防止水質(zhì)時好時壞，并定期進(jìn)行水質(zhì)相關(guān)檢測，以確保水質(zhì)凈化效果。

第二，保證給水水質(zhì)的高純度性，如果出現(xiàn)異常，應(yīng)盡快采取補救措施迅速恢復(fù)水質(zhì)。同時，給水的pH值也應(yīng)控制在一個固定的數(shù)值上，酸堿值過低會降低給水緩沖的能力，尤其是當(dāng)給水的酸堿值低于7.0時，會嚴(yán)重的腐蝕碳鋼;但是，高pH值會縮短冷凝水淡化設(shè)備的運行時間。通常，最好將給水的pH值控制在8.0-9.0之間。

第三，空氣中所含有的二氧化碳會導(dǎo)致給水的酸堿值下降，此時添加氧化劑將對金屬腐蝕產(chǎn)生相反的影響。除了冷凝器冷凝器管水汽循環(huán)系統(tǒng)的其他各個設(shè)備都為鋼制的元件。基于銅與銅合金在有氧的條件下被氧化這一原理，可以促進(jìn)銅以及銅合金材料的腐蝕，進(jìn)而對汽輪機(jī)的蒸汽質(zhì)量產(chǎn)生影響，導(dǎo)致金屬銅離子在高溫下腐蝕汽輪機(jī)葉片，會對本機(jī)的穩(wěn)定運行產(chǎn)生不利影響。所以，對于水汽系統(tǒng)中帶有銅加熱器的機(jī)組，必須進(jìn)行專業(yè)的試驗，確保注入氧原子后水汽系統(tǒng)中銅的濃度不會增加在使用給水加氧技術(shù)。

第四，定期的檢查維修經(jīng)常遭受腐蝕的材料零部件。在進(jìn)行了給水加氧的工藝后，記住汽水與疏水管道上各種金屬材料的調(diào)節(jié)閥會遭受到嚴(yán)重的腐蝕，致使給水水質(zhì)的污染，或者影響閥門的順滑。需要借助相關(guān)的設(shè)備定時對這些金屬材料進(jìn)行檢查維修，以確保其更好的發(fā)揮功效。

第五，全新的機(jī)組在經(jīng)歷過三到六個月的使用后，在機(jī)組運行穩(wěn)定且其水質(zhì)滿足加氧的前提時，越早實施給水加氧的工藝越好;大容量鍋爐的參考數(shù)據(jù)更加復(fù)雜。機(jī)組條件的極端變化或柔韌性太低容易導(dǎo)致單個鍋爐管中的介質(zhì)順暢流動，甚至形成堵塞。供水中的氧氣會增加堵塞區(qū)域的腐蝕[3]。所以，將加氧量控制在一定的用量能夠減輕腐蝕。

第六，對于使用年頭較長的機(jī)組，需要打開管道來查看系統(tǒng)內(nèi)部污垢積攢的程度，鍋爐水冷壁管內(nèi)積攢的污垢數(shù)量不應(yīng)超過二百五十克每平方米。反之則必須對鍋爐實施污垢的化學(xué)清理，方可進(jìn)行給水加氧處理。

第七，實施該工藝之前，檢查過熱器和再熱器的高溫氧化層的厚度，并充分了解氧化皮的尺寸。小心不要讓滴落的氧化皮擋住對流和熱量面管道的拐彎處。

第八，檢查在線化學(xué)儀表上的各項數(shù)據(jù)是否能夠滿足給水加氧處理所需的檢驗性能。

3 ?給水加氧技術(shù)的具體操作

3.1 建立加氧系統(tǒng)

超超臨界直流鍋爐的供氧系統(tǒng)包括儲氧設(shè)備，母線，氧氣流量控制設(shè)備和氧氣輸送設(shè)備，如圖1所示。

通過減壓閥的針型流量調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)純度大于99%的高壓瓶中的氧氣加氧系統(tǒng)中，系統(tǒng)中的逆止閥要足夠精確緊密，以防止水流倒流[4]。為了控制氧合，采用了手動調(diào)整和自動調(diào)整的組合。通常情況下，脫氣降液管的充氧點用作自動控制的位置點。自動控制的參考數(shù)據(jù)基于給水流量，除氧器降液管的氧原子濃度和省煤器入口處的氧濃度提供。

加氧系統(tǒng)包括氧氣貯存設(shè)備、匯流排、氧氣流量控制設(shè)備及氧氣輸送設(shè)備，如圖1所示。

將高壓瓶中純度高于99%的氧氣經(jīng)過減壓閥的針型流量調(diào)節(jié)閥進(jìn)行調(diào)節(jié)后再加入系統(tǒng)中，系統(tǒng)中逆止閥的選擇一定要注重其是否足夠精確緊密，以防止水流倒流[4]。通過減壓閥的針型流量調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)高壓瓶中純度高于99%的氧氣，然后將其添加到系統(tǒng)中。系統(tǒng)中止回閥的選擇必須注意其是否足夠準(zhǔn)確和嚴(yán)密，以防止水倒流[4]。為了控制氧合作用，采用手動調(diào)節(jié)和自動調(diào)節(jié)的組合。通常情況下，脫氣降液管的充氧點用作自動控制的位置點。自動控制的參考數(shù)據(jù)基于給水流量、除氧器降液管的氧原子濃度和省煤器入口處的氧濃度。

3.2 工藝的具體操作

將機(jī)組的給水處理方式設(shè)計為全揮發(fā)的處理就是AVT處理方式。在AVT處理方式運轉(zhuǎn)的情況下開啟機(jī)組，充氧前，應(yīng)提前一個月停止向設(shè)備中添加肼。在此期間，必須注意冷凝水和溶解水中的氧含量以及銅和鐵含量，直到水質(zhì)達(dá)到充氧過程的前提。當(dāng)操作負(fù)載持續(xù)增加直到正常操作負(fù)載時，AVT操作可以轉(zhuǎn)換為OT操作。

機(jī)組在AVT運轉(zhuǎn)的情況下開啟。在加氧進(jìn)行前，應(yīng)提前一個月停止對機(jī)組聯(lián)氨的添加。這期間必須加強關(guān)注凝結(jié)水和給水溶解二者的含氧量以及銅鐵的含量，直到水質(zhì)達(dá)到加氧工藝的前提條件。在運行負(fù)荷持續(xù)加大直到正常的運行負(fù)荷，即可將AVT的運行轉(zhuǎn)換為OT運行。

在加氧剛開始的時候可以適當(dāng)?shù)募訌娧鯕獾臐舛纫源龠M(jìn)循環(huán)中路中氧氣濃度的溶解直到達(dá)到平衡狀態(tài)，將除氧器入口以及省煤器入口的氧原子含量控制在一定的數(shù)值方位內(nèi)，過高的氧氣濃度可能水和蒸汽的電導(dǎo)率無法掌控，進(jìn)而加大腐蝕的幾率，在整個的幾樣過程中都應(yīng)保持加氧濃度的均衡，中間暫時的斷氧會導(dǎo)致鐵的濃度增加。并且觀察每個取樣點水的氫電導(dǎo)率以及鐵銅濃度的變化。在進(jìn)行加氧時，需要結(jié)合實際情況加入少量的氨，以中和水質(zhì)中的酸堿物質(zhì)，提升水洗系統(tǒng)的緩沖性能。

在加氧工藝的實施中，如果給水和蒸汽的氫電導(dǎo)均高于一定的數(shù)值，那么相對應(yīng)的應(yīng)該降低加氧的濃度，以確保給水和蒸汽的氫電導(dǎo)保持在一個合理的數(shù)值范圍。如果蒸汽中的溶解氧其質(zhì)量濃度上升到一定的數(shù)值后，通過調(diào)節(jié)加熱器的排氣閥門，將高壓加熱器疏水系統(tǒng)的溶解氧濃度控制在合理的數(shù)值范圍，并對其實行及時的監(jiān)測。

4 ?效用評測

4.1 含鐵量

在實施給水加氧工藝之后，基于熱系統(tǒng)的雙層氧化保護(hù)膜使單元的金屬表面完全被鈍化，從而有效地抑制了FAC，并顯著降低了水系統(tǒng)中的鐵濃度。同時，由于水蒸氣系統(tǒng)的循環(huán)，在水箱的金屬表面上形成了一層氧化保護(hù)膜，從而保護(hù)了疏水系統(tǒng)。

4.2 處理鍋爐污垢的速度

對機(jī)組實施加氧以后，在金屬表面形成的保護(hù)膜將大大降低系統(tǒng)中的鐵濃度，熱負(fù)荷下氧化鐵的累積速率將減慢，水壁上的污垢累積將得到改善。進(jìn)而加長了過濾進(jìn)行化學(xué)清洗的時間。在檢查機(jī)組的大修水冷壁以及省煤器時發(fā)現(xiàn)，加氧的工藝已經(jīng)在日歷系統(tǒng)的表面生成了穩(wěn)固的鈍化保護(hù)膜。如果在機(jī)組停運后不進(jìn)行保修，將機(jī)組冷卻后進(jìn)行熱態(tài)的沖洗，便可以很快的達(dá)到機(jī)組開啟時對水質(zhì)的需求。

5 ?鍋爐停運時的養(yǎng)護(hù)

當(dāng)需要關(guān)閉設(shè)備時，必須提前四個小時停止向設(shè)備供氧，并同時打開排氣閥進(jìn)行脫氣和高壓加熱。以盡快的將給水的酸堿值提高到一定的數(shù)值，嚴(yán)禁加入聯(lián)氨，因為停運時的機(jī)組會因存在聯(lián)氨而加大腐蝕物的濃度，容易損壞剛剛形成的鈍化保護(hù)膜。并且在機(jī)組停運的期間也不必借助膜氨進(jìn)行機(jī)組金屬表面的保養(yǎng)，因為機(jī)組在進(jìn)OT處理時生成的水合氧化鐵的表面保護(hù)膜就已經(jīng)能夠在機(jī)組停運時起到保護(hù)的作用。

在超超臨界直流鍋爐的應(yīng)用中加入給水加氧的工藝是基于提升直流鍋爐安全性能和經(jīng)濟(jì)效用的雙重考慮。對于剛開始運行的裝置，必須結(jié)合自身的實際條件，盡早開始實驗和實施氧化過程，以及氧化過程的相關(guān)環(huán)節(jié)：選擇最佳的氧合量和酸堿值。脫氣器和加熱器排氣閥的建立、開度、氧化還原電位等，可以極大的促進(jìn)汽水品質(zhì)的改善，進(jìn)而確保超超臨界直流鍋爐長期、穩(wěn)定、安全的運行。

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