超临界直流炉给水弱氧化处理技术的探讨

李夕德

摘要：本文针对超临界直流炉广泛采用的给水处理技术，结合目前超临界直流炉的实际运行情况，对目前主流的给水弱氧化处理技术的可行性和应用前景进行探讨，以确定最优的给水处理方式，进一步提高火电机组的运行安全性和经济性。

关键字：直流炉  给水  弱氧化处理

一、引言

超临界直流炉参数高、容量大，对给水及蒸汽品质要求高。超临界条件下的水汽工质物理特性变化很大，对盐类等杂质的溶解携带和浓缩都有明显的升高，带来的危害就是在锅炉受热面及汽机通流部分的大量积盐及腐蚀，影响机组热效率甚至造成锅炉爆管事故。

在火力发电厂中，超临界直流炉的给水处理技术以弱氧化性全挥发处理和加氧处理两种方式为主。但在实际应用中，这两种给水处理方式均存在诸多问题，如：热力系统沉积率高、末级过热器或再热器氧化皮增多甚至爆管等问题。基于以上给水处理方式存在的问题，目前出现了一种更优化的给水处理技术——给水弱氧化处理，该技术对给水加氧处理技术进行了优化和改良，将给水加氧处理技术发展到了一个新的阶段。

二、锅炉给水的处理方式简介

1、锅炉给水处理方式分类：

锅炉给水的处理方式一般分为三类：还原性全挥发处理AVT(R)、弱氧化性全挥发处理AVT(O)、加氧处理OT。这三类处理方式的基本原则是相同的，都是通过在给水中加入化学药剂并控制给水中的氧，降低热力系统的化学腐蚀，并在金属材料表面形成保护膜以进一步降低化学腐蚀和流动加速腐蚀。

2、各种给水处理方式的特点：

   （1）还原性全挥发处理AVT(R)：

通过在给水中加入氨和还原剂，并对给水进热力除氧，降低给水的氧化还原电位以生成铁的氧化膜，减缓热力系统的电化学腐蚀和流动加速腐蚀。

特点：适应于亚临界锅炉、含铜系统。在还原性条件下，热力系统金属表面形成疏松Fe3O4氧化膜，易发生流动加速腐蚀（FAC），锅炉受热面沉积率高。

   （2）弱氧化性全挥发处理AVT(O)：

只在给水在中加氨，保留热力除氧但不添加还原剂，使铁的电极电位刚进入钝化区，以降低腐蚀速度的方法。

特点：适用于亚临界及超临界锅炉、全铁系统。AVT(O)属于氧化性处理的一种，其对水的电极电位提高不大，刚好使铁进入钝化区，生成较致密的Fe3O4和Fe2O3氧化膜。防腐效果介于AVT(R)和OT之间，锅炉受热面沉积率较高。

   （3）加氧处理OT：

向给水中加入适量氨调节PH，并向给水中加入氧化剂以提高水的电极电位，减缓热力系统的腐蚀。

特点：适用于超临界直流炉、全铁系统。在OT方式下，由于提高了电极电位，使铁生成致密的Fe2O3保护膜，有效阻止铁的电化学腐蚀和流动加速腐蚀。但若加氧量过高使氧进入蒸汽系统，可能会加速过热器、再热器的氧化皮生长、剥落，增加爆管风险。

三、给水加氧处理技术的发展

国外自九十年代初就开始采用给水加氧处理技术，二十一世纪初，给水加氧处理技术在我国也得到了快速发展。目前，给水加氧处理技术已被认为是最好的给水处理工况，在高参数直流炉中应用比较广泛。

但是随着我国给水加氧处理的大量应用，很多问题也开始逐渐暴露，主要表现在：超临界机组由于高温、高压、小管径、大高差等特点，比亚临界机组更易发生过热器、再热器氧化皮的生长、剥落、爆管事故。研究表明，加氧处理若控制不当，确实会对金属氧化皮造成影响。

为了解决以上传统加氧处理暴露出的问题，加氧处理又发展到了一个新的阶段——给水弱氧化性处理(WOT)。WOT的主要改进在于为了减少对金属氧化皮的影响，将传统加氧处理的全系统加氧改进为针对系统不同部位的腐蚀防护机理和需求，控制溶氧作用范围，可以规避OT溶氧不当控制的各种风险（特别是过热器、再热器氧化皮问题）。

   四、给水的弱氧化性处理(WOT)

  1、给水弱氧化性处理(WOT)的原理及特点

给水弱氧化性处理（WOT）技术是在AVT（O）的基础上发展起来的，并吸收了OT处理的优点。通过系统的优化精准加氧，重点对凝结水、给水系统实施局部氧化性；防止外加溶氧进入水冷壁和蒸汽系统，实现溶氧不进入水冷壁及蒸汽系统，不引入氧化皮生长、剥落的溶氧因素；适当提高热力系统pH值，实现对疏水段的保护；实现整个热力系统的安全、良好防护。

    2、给水弱氧化性处理的加氧方式

   （1）低压给水负压加氧 ：

转化阶段：较大流量、较高浓度，加快转化进程；

正常运行阶段：低加给水系统转化完成后，连续低流量、低浓度加入，实现分阶段优化控制。

   （2）高压给水微氧精准控制 ：

根据转化进程，监测省煤器入口溶氧，控制在10-20μg/L。蒸汽系统不见氧。

给水弱氧化性处理综合了AVT（O）及OT的优、缺点，具有以下特点：

表1三种氧化性处理方式对比

	AVT(O)	OT	WOT
加氧方式	利用系统自身溶解氧进行转化，并不人为加入氧气。	全系统加氧，包括蒸汽。	氧气在省煤器消耗殆尽，不进入蒸汽。
特点	可操作性差。转化速度最慢，效果最差，安全。	转化速度最快，但氧化皮脱落、爆管的风险加大。	转化速度居中，通过高压给水段微氧精准控制，安全转化，不进入蒸汽，对氧化皮的影响较小。

3、给水的弱氧化性处理的条件

    （1）给水的弱氧化处理技术对给水水质要求高，必须保证给水的高纯度性。水的氢电导率应小于0．15 μS/cm（25℃）；pH 值应控制在8.5-9.0之间，不能过低或过高。pH 值过低给水的缓冲能力差，pH 值过高则会使凝结水除盐设备的运行周期缩短。这就对补给水处理设备的运行以及水汽化验加药系统的运行提出了很高的要求。

    （2）凝结水精处理是保证直流炉给水品质的重要手段。

    （3）应保证凝结水系统的真空严密性，防止凝汽器和凝结水系统漏入空气。空气中的二氧化碳会使水的pH 值下降，此时加入氧化剂反而会加速金属的腐蚀。

    （4）水汽循环系统中各设备均应为钢制元件。铜及铜合金在加氧条件下被氧化，加快了铜及铜合金材料的腐蚀，影响进入汽轮机的蒸汽品质，从而造成汽轮机叶片在高温下被金属铜离子点蚀，影响机组的安全稳定运行。

    （5）定期维护选择腐蚀性材料部件。给水加氧后，使用在汽水、疏水管道上含钨、铬、钴合金材料的调节阀易发生选择性腐蚀，造成水质污染或阀门卡涩，需对相关设备加强检测和缩短检修维护周期，确保无缺陷运行，同时也应选用抗氧化性能和抗脱落性能更好的材料。

    （6）过热器和再热器高温氧化层检查。加氧前，检查过热器和再热器高温氧化层厚度，掌握氧化皮剥落的情况，防止剥落的氧化皮堵塞对流受热。

（7）加氧系统的选择：加氧处理要求加氧的量一定要连续且稳定，控制系统一定要成熟、易于调节，对于水质的变化反应要快。

   五、结语

给水弱氧化性处理(WOT)是近年来新发展出来的给水处理技术，该技术吸收了传统加氧处理的优点，改进了对传统加氧处理中溶氧控制不当的各种风险，特别是有效改善了对金属氧化皮的影响。通过对大部分应用实例的调研和了解，运行情况基本稳定，对氧化皮的产生没有明显的影响，且给水中的铜、铁含量确实有明显的控制作用，热力系统的沉积率有较明显的下降。

参考文献：

[1] DL/T805.1-2021《火电厂汽水化学导则 第1部分：锅炉给水加氧处理导则》，国家能源局，2021年12月发布

[2]《火电厂水处理技术》，许立国，中国电力出版社，2006年9月出版

[3] 《热力发电厂水处理》，周柏青、陈志和，中国电力出版社，2009年6月出版