超临界机组给水加氧处理技术
智能控制精确加氧技术在火电厂超超临界机组中的应用研究
智能控制精确加氧技术在火电厂超超临界机组中的应用研究发布时间：2021-03-03T14:39:11.790Z 来源：《中国电业》2020年第29期作者：翟渠尧[导读] 目前，为解决给水系统流动加速腐蚀问题，给水加氧处理(OT，OxygenatedTreatment)是普遍采用方式，通过改变水汽接触界面氧化膜的结构形态，使氧化膜更加坚固致密。
翟渠尧国家能源集团宁夏电力公司宁东电厂，宁夏银川 750408摘要：目前，为解决给水系统流动加速腐蚀问题，给水加氧处理(OT，OxygenatedTreatment)是普遍采用方式，通过改变水汽接触界面氧化膜的结构形态，使氧化膜更加坚固致密。
但传统加氧为手动控制，加氧控制量宽泛，未反应完的氧气进入过热蒸汽，往往会对材质欠佳的过热器产生负面影响，对机组安全运行形成威胁。
关键词：智能控制；精确加氧技术；火电厂；超超临界机组；应用研究1应用概况1.1机组概况某机组为国产1000MW超超临界燃煤机组，配套超超临界变压运行直流锅炉，锅炉采用单炉膛、切向燃烧、一次中间再热、平衡通风、露天、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构、Π型布置。
锅炉最大连续蒸发量3101t/h，过热蒸汽压力27．56MPa。
机组设置凝结水精处理系统，采用2×50%凝结水量的前置过滤器和4×33．3%凝结水量的中压高速混床系统和旁路系统。
该机组于2011年6月23日完成168h满负荷试运，机组启动和运行初期均采用全挥发处理;投产后待汽水品质符合加氧要求后，机组于2011年9月20日开始实施给水加氧处理，一个月后，通过智能控制精确加氧技术的开发和应用，实现加氧量的精准控制。
1.2加氧原理给水系统的A VT工况易导致水流加速腐蚀，在A VT工况下，给水pH一般控制在9．2～9．6，水温在常温到300℃区域，给水介质氧化还原电位(OＲP，Oxidation－ＲeductionPotential)低于0，此时水与碳钢通过电化学反应生成疏松的Fe3O4磁性氧化膜，无法使金属进入钝化区。
西安热工院给水加氧调试(加氧技术)讲解
高加疏水调门结垢堵塞 给水泵滤网结垢堵塞
TPRI
流动加速腐蚀带来的危害
结垢造成锅炉压差上升、受热面换热效率下降，制约发电 机组运行的经济性 。(受表面形态、垢量大小、垢样成份的 影响）
腐蚀产物四氧化三铁进入水冷壁沉积后会形成波纹状垢或晶粒粗 大、疏松垢层，对管壁金属温度和压力降产生显著影响。
TPRI
TPRI
5、超临界机组常见循环水化学问题（1）
热力系统系统普遍存在流动加速腐蚀(FAC)问题， 严重时可造成设备腐蚀减薄最终导致泄漏事故。
流动加速腐蚀FAC：是指高速流动纯水中，金属氧化膜
发生溶解而产生的腐蚀现象；与流体形态（湍流）、流速、
材质和介质条件(温度、pH、溶解氧) 等有关。
给水采用传统还原性全挥发处理（AVT(R)工况）时，炉
TPRI
汽轮机沉积与腐蚀的原因
1）水汽纯度差是导致汽轮机沉积、腐蚀的根本原因。
AVT工况下，pH值控制较高，精处理混床出水杂质（氯 离子和钠离子）的平衡泄漏量也较高。
凝结水精处理铵型运行漏氯离子和钠离子。
凝汽器泄漏（海水），而没有严格控制精处理运行出水水 质。
2） 超临界参数过热蒸汽对盐类的携带能力强（特别是 氯化钠、硅等），给水中微量盐类进入锅炉后，都 会被过热蒸汽溶解携带进入汽轮机，蒸汽做功后， 压力降低其溶解盐类则沉积在汽轮机中、低压缸， 尤其是低压缸相变区。汽轮机停机后，湿份进入形 成氯化钠溶液引起叶片腐蚀。
TPRI
3、锅炉补给水控制
锅炉补给水—补充机组正常运行时的水汽损失（如取样、 排污等）。
补给水控制指标，是指原水经补给水系统处理后出水应控 制的指标，主要为二氧化硅及电导率两项。严格控制这两 项水质指标，对保证电厂整个水汽循环系统的水汽品质， 减少锅炉及汽轮机的结垢、积盐与腐蚀有着直接的影响。
超临界机组水质控制技术
超临界、超超临界机组运行中存在的问题
三． 过热器等管段的氧化皮生长速率快并容易剥 落。 四． 凝结水精处理运行周期短，酸碱用量大，树脂磨
损量大。
4 超临界、超超临界机组水汽品质的控制
4.1 应从化学角度考虑选材问题
为防止凝汽器泄漏造成热力系统污染，凝汽器 管要使用耐蚀管材，海水冷却的机组必须用钛 管。
3 超临界、超超临界机组运行中存在的 问题
3.2 在全挥发处理水工况下超临界机组的锅炉化 学清洗周期短
从热力系统在无氧条件下氧化膜的特点可看 出，在给水采用加氨和联氨的挥发处理水工况 下，除高温段外，中低温段的氧化膜不够致密， 即使水质接近理论纯度，给水系统氧化膜释放 出微量铁离子仍会在下游热力设备发生氧化铁 的污堵和沉积，而且氧化铁的沉积速度较快， 国内外运行的超临界机组经验表明，锅炉平均 化学酸洗周期约为2-3年。
02 超临界、超超临界机组 水质要 求和热力系 统氧化膜特点
1
超临界、超超临界机 组水质要 求和热 力系统氧化膜特点
2
随着温度的升高，氧化 膜生成的反应控制过程 逐渐由电化学反应转向 由化学反应为主。
2 超临界、超超临界机组的水质标准
尽量纯化水质，减少水中盐类杂质，降 低给水中的含铁量，控制腐蚀产物的沉积量，是超、 超超临界机组水处理和水质控制的主要目标。
4 超临界、超超临界机组水汽品质的控制
（1）对于炉前系统腐蚀产物控制 国内许多亚临界和超临界机组都有所谓的“两高现象”，
即存在汽水品质合格率高，但省煤器和水冷壁管的结垢速 率也很高的现象。研究已确定其主要原因与给水采用加氨 和联氨的还原性处理工况有关。在还原性条件下，尽管在 给水中通过提高pH值可以减少四氧化三铁的溶解度，但在 热力系统的低温段，二价铁的溶出率仍然较高，特别是在 给水系统湍流部位存在流动加速腐蚀现象，腐蚀产物会随 水流迁移到高温段沉积，造成省煤器节流阀严重污堵、省 煤器管和水冷壁管结垢速率高等问题。
给水加氧加氨联合处理CWT运行方式
专题说明10：给水加氧、加氨联合处理C W T运行方式沁北600MW超临界本生直流锅炉给水处理方式采用的是先进的给水加氧、加氨联合处理CWT方式;其原理是在水处理过程中加入适量氧和微量氨;使锅炉水冷壁管内壁生成织密的溶解度小的赤铁矿物质Fe2O3保护膜;可降低水冷壁管内壁水垢的生成..通过采用给水加氧、加氨联合处理CWT;锅炉长期运行下压降也不会增加..另外本专题对沁北600MW超临界本生直流锅炉的CWT运行方式和操作步骤也作了推荐..作为超临界机组直流锅炉的给水处理方式;国内目前采用的主要是挥发性物质处理、除联氨AVT方式;这是一种通过氨把PH值调整到9以上;并在联氨脱氧的条件下抑制碳钢表面膜即Fe3O4的溶解度;防止全面腐蚀;同时也抑制点腐蚀等局部腐蚀;以防止碳钢腐蚀的方法..AVT运行方式自身有一定的缺陷;在AVT方式下;锅炉热力系统金属表面会生成外层结构疏松的Fe3O4锈层;铁的腐蚀产物不断在热负荷高的部位沉积;生成粗糙的波纹状垢层;从而增加流体阻力;造成锅炉压差不断上升;增大给水泵的动力消耗..另外;由于给水中铁堆积在锅炉水冷壁管、高压加热器系统;部分机组在同系统压差达到极限值时就会出故障..沁北600MW超临界本生直流锅炉给水处理采用的是在原来给水加氧处理OT基础上发展起来的先进的给水加氧、加氨联合处理CWT方式;其原理是在水处理过程中加入适量氧和微量氨;使锅炉水冷壁管内壁生成织密的溶解度小的赤铁矿物质Fe2O3保护膜;并把疏松的Fe3O4锈层的表面均匀覆盖起来..因为Fe2O3比AVT挥发物水处理运行中的磁铁矿物质Fe3O4少溶于给水;所以CWT水处理系统可降低水冷壁管内壁水垢的生成..因此;通过给水加氧、加氨联合处理CWT;锅炉长期运行下压降也不会增加..锅炉机组在AVT无氧、高PH值情况下;碳钢表面生成外层疏松的Fe3O4锈层钝化膜;高温纯水中具有一定的溶解性;膜中的二价铁离子不断进入溶液中..而在CWT方式下;由于不断向碳钢表面均匀供氧;从Fe3O4锈层扩散出的二价铁离子被迅速氧化;从而形成溶解度很低的Fe2O3致密层在Fe3O4锈层颗粒表面和晶粒间沉积;封闭了Fe3O4垢层的表面和孔隙而形成致密的“双层保护膜”;从而有效地抑制热力系统金属的腐蚀..给水加氧、加氨联合处理CWT与AVT相比;有以下优点：a)可抑制锅炉水冷壁管结垢的附着量；b)可抑制锅炉压差上升原因的波纹状结垢的生成；c)可抑制锅炉凝结水中含铁量；d)减少排放到环境中氨水量..对于沁北600MW超临界本生直流锅炉;我们推荐的运行方式如下：1启动运行电厂首先将在AVT挥发物水处理;除联氨运行模式下启动;直至正常运行状态..此时;加氧系统不投入运行..当运行负荷增加并达到正常运行负荷高于最低负荷30％B-MCR时;将从AVT运行转换到CWT运行模式..CWT运行模式许可条件为：a)所带负荷高于最低运行负荷；b)省煤器进口给水导电率＜0.02mS/m；c)1台以上给水泵投入运行..2正常运行a从AVT完全转换到CWT运行模式从AVT完全转换到CWT运行模式步骤如下：(1)如满足上述许可转换条件;则加氧系统投入运行..(2)省煤器进口给水的PH设定值从～9.5转换到～8.7..(3)集中化学加药系统;AVT运行下的联氨泵切换到CWT运行下的联氨泵..b加氧流量调节加氧设有两个点：一点在冷凝水管道冷凝水高纯度水处理装置出口;一点在给水管道除氧器出口..每点管道的加氧流量按下述调节..(1)冷凝水高纯度水处理装置出口点氧流量氧流量通过基于冷凝水流量的氧量调节阀来调节..(2)除氧器出口点氧流量基于给水流量和省煤器进口给水中维持溶解氧浓度为～100ppb的信号来调节..对于电厂采用CWT水处理系统对锅炉的影响;我们的经验是：对用在汽水、疏水管道上含钨铬钴合金材料的调节阀具有选择腐蚀性..故而;为维持更长的腐蚀时间;就得定期检查;维护设备的无缺陷性..。
关于超、超超临界机组氧化皮问题
关于超/超超临界机组氧化皮问题超/超超临界机组的氧化皮可分为两类：（1）锅炉过热蒸汽系统的氧化皮；（2）锅炉水系统的腐蚀物。
1过热蒸汽管道(包括再热蒸汽系统)的氧化皮1.1氧化皮的形成机理及特点过热蒸汽管道内氧化膜的形成分为制造加工和运行后两个阶段。
过热蒸汽管道制造加工过程中氧化膜的形成是在570℃以上的高温制造条件下，由空气中的氧和金属结合形成的。
该氧化膜分三层，由钢表面起向外依次为FeO﹑Fe3O4﹑Fe2O3。
试验表明：与金属基体相连的FeO层结构疏松，晶格缺陷多，当温度低于570℃时结构不稳定，容易脱落，或在半脱落层部位发生腐蚀。
因此，在新锅炉投产前，一定要对锅炉进行酸洗，全部去除制造加工时形成的易脱落氧化层，然后重新钝化，以利在机组运行时形成良好的氧化层。
同时，在基建调试期间也可以考虑对过热器和再热器管道进行加氧吹扫，将易脱落的氧化层颗粒冲掉的同时加速形成坚固的氧化层，否则，在投运后会产生严重的氧化皮问题。
在450℃～570℃，水蒸汽与纯铁发生氧化反应，生成的氧化膜由Fe2O3和Fe3O4组成，Fe2O3和Fe3O4都比较致密，可以保护或减缓钢材的进一步氧化。
在570℃以上，水蒸汽与纯铁发生氧化反应，生成的氧化膜由Fe2O3、Fe3O4、FeO 三层组成，FeO在最内层，FeO是不致密的，破坏了整个氧化膜的稳定性，氧化膜易于脱落。
因此，过热蒸汽管道内壁在运行后所形成的氧化膜可分为两种情况：(1)如果在锅炉投运之前，通过严格的酸洗和吹管两个环节，将金属管道内壁易脱落氧化层彻底清除干净，吹扫过程中或整机调试的初期，当锅炉运行在亚临界低参数工况下（此时温度不会超过570℃），使管道内壁形成致密的、不易脱落的氧化膜（由Fe2O3和Fe3O4组成，这种氧化膜和金属的基体结合很牢固，只有在有腐蚀介质和应力条件下才会被破坏）。
当日后机组运行于超临界工矿下，温度超过570℃时，这种氧化膜可以保护或减缓钢材的进一步氧化，同时自身也可以相对长期地保留。
006超超临界机组运行技术研究-李志刚精品资料
压力一定时，超临界水的密度随温度增 加减小
TPRI汽水其他性质与密度的关系
超临界水的黏度随密度增加有变大的趋势 超临界水的介电常数随密度增加有变大的趋
势 超临界水的离子积随密度增加有变大的趋势 超临界水的扩散系数随密度增加有减小的趋
水冷壁管内发生传热恶化，由于这种
传热恶化现象类似于亚临界压力时的膜 态沸腾，因而就称之类膜态沸腾。其壁 温飞升值，决定于热负荷和管内质量流 速的大小。
TPRI超临界条件下的汽水分层流动和盐类等杂 质的浓缩
在超临界压力下的水平管也会出现类似 亚临界压力下的汽水分层流动，引起上 下壁温差，发生传热恶化时，管子上部 和底部的上下壁温差可达100℃。
通过凝结水精处理后，给水中铁和铜的迁移 速率能分别降低30~50%和75 ~ 90%。
在运行中，能大大提高锅炉给水的质量，减 少带入锅炉的盐类和腐蚀产物，提高蒸汽品 质；
在凝汽器泄漏时，能获得处理故障的时间； 在凝汽器严重泄漏时，能按停机程序，正常 停机
TPRI
凝结水精处理过滤系统的设置
德国大部分直流锅炉只有4%多孔四氧化三铁外 层来源于迁移的腐蚀产物，这显然是使用给水加 氧处理结果。
TPRI
渣/灰层的效应
渣（零厚度内层）沉积到6.35和12.70 mm深度 的影响是，向火侧最高温度分别急剧降低到 432℃和410℃。另外当四氧化三铁内层厚度为 25μm时，管子温度随外层多孔四氧化三铁厚度 增大而增速，对于渣层厚度6.35 mm约为 0.44℃/μm对于渣层厚度12.70 mm为 0.26℃/μm。说明了渣层厚度从12.7减小到6.35 mm或完全去除渣后温度瞬变的可能幅度。这 些结果还表明，这些温度瞬变幅度随四氧化三 铁内层厚度的增加而增加。
给水加氧处理在超超临界1000MW机组的应用
关键 词 ： 超超 临界 ； １ ０ ０ ０ ＭＷ 机组 ； 给水加氧 ； 含铁 量
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｆｅ ｅ ｄ ｗａ ｔ ｅ ｒ ｏ ｘ ｙ ｇ ｅ ｎ ａ ｔ ｅ ｄ ｔ ｒ ｅ ａ ｔ ｍｅ ｎ ｔ ｉ ｓ ａ ｄ ｏ ｐ ｔ ｅ ｄ ｔ ｉ ｍｅ ｌ ｙ ａｆ ｔ ｅ ｒ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｕ ｌ ｔ ｒ ａ ｓ ｕ ｐ ｅ ｒ ｃ ｒ ｉ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ Ｊ Ｏ ０ ０ ＭＷ ｕ ｎ ｉ ｔ ｉ ｎ Ｘｕ ｚ ｈ ｏ ｕ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｐ ｌ ａ ｎ ｔ ． Ｃｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｏ ｎ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｆ ｅ ｅ ｄ ｗａ ｔ ｅ ｒ ｏ ｘ ｙ ｇ ｅ ｎ ａ ｔ ｅ ｄ ｔ ｒ ｅ ａ ｔ ｍｅ ｎ ｔ ， ｖ ａ ｒ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｗａ ｔ ｅ ｒ ｑ ｕ ａ ｌ ｉ ｔ ｙ ａ ｒ ｅ ｉ ｎ ・ ｔ ｒ ｏ ｄｕ ｃ ｅ ｄ． Ｗａ ｔ ｅ ｒ ｖ ａ ｐ ｏ ｒ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅｍ ｉ ｒ ｏ ｎ ｃ ｏ ｎ ｔ ｅ ｎ ｔ ｉ ｓ ｓ ｉ ｇ ｎ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｎ ｔ ｌ ｙ ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ， ｏ ｐ ｅｒ ａ ｔ ｉ ｏｎ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｅ ｒ ｉ ｏ ｄ ｏ ｆ ｍｉ ｘ ｅ ｄ ｂ ｅ ｄ ｉ ｓ ｅ ｘ －
２ ０ １ ４年 ２月
电 力
科
技
与
环
保
第３ ０卷
第 １期
给 水 加 氧 处 理 在 超 超 临界 １ ０ ０ ０ ＭＷ 机 组 的应 用
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1000Mw超超临界机组给水加氧处理技术的应用
统各 测点进行 过 滤处 理 ， 含 量 最高 点 主要 在 省 铁
进 给水和高加 疏水 。
组成 。选用 纯度大 于 ９ ％、 ９ 承压 １ ～１ ａ 容 ４ ５ＭＰ 、 积 ４ ０Ｌ的钢 瓶 氧气 作 为 加 氧源 。加 氧装 置 选 择 手动 、 自动并 联控制 ， 其控 制方式 采用 以给水 流量 信号 为主要 调整 参数 、 以加 氧 点溶 解 氧 含量 为辅 助（ 微调 ） 整参数 的控 制模式 。机组 加氧 管线采 调
（） ３ 热力 系统 氧 平衡 试 验 。按 低压 给 水 到 高 压 给水系统 的次 序进行 加氧处 理 （ ０Ｔ） 转换 ， 维持 给 水 ｐ 为 ９ ０ ９ ５ 除 氧 器 、 热 器 的排 气 门 Ｈ ．～ ．， 加 微 开 ， 动手动加 氧 系统 。 启 （） ４ 除氧 器和 高低 加 排 汽 门调 整 试 验 。给水
要 求 的企 业 标 准 。
加氧处 理后机 组正 常运 行 时 ， 氧器 和 高低 加 排 除
ｌ 引 言
外 高桥第 三发 电有 限责任 公 司的 ７ ８号机组 、
分 别 于 ２ ０ 年 ３月 １ 日至 ２ 日和 ２ ０ ０８ ９ ６ ０ ８年 ６月
号 机组也 开展 了给水加 氧工作 。 ２ 给 水 加 氧
２ １ 处 理 前 的 条 件 ．
１日至 ７日完成 １ ８ｈ试运行 ， ６ 机组 水汽 品质控 制 在制造 厂 、 调试 所要 求 的标 准 范 围 以 内， ６ １ ８ｈ期
有 限 公 司 ７ ８ 机 组 的 给 水 加 氧 工作 过 程 ， 氧实 施 后 水 汽 系 统铁 含 量 比加 氧 前 有 明 显 降 低 。 、号 加 关 键 词 ： 水 加 氧 ； 炉 ； 氧器 ； 给 锅 除 省燃 器
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关 键 词 ： 超临界机组 ＩⅡ 力氧处 理 ； ； 腐蚀 汽水 品质
中图分 类号 ： Ｋ ２． Ｔ ２３５
文献标 识 码 ： Ａ
文 章编 号 ：６３ １０２ １）２０２—５ １７— ４ （０１０—１３ ９ ０
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潘 定 立 ，张雅 丽
（ 唐 三 门峡 发 电有 限责 任公 司 ， 南 三 门 峡 大 河 ４２４） ７ １ ３
摘 要 ： 大唐三 门峡发 电有 限责任公 司的 ３ ＃机组给水早期采用 还原 性全挥发处理方式 ， 流动 加速 腐蚀 ， 存在 机组
投运不到 ２年 ， 水冷壁垢量就接近化学清洗标准 ， 在改用 给水 加氧处 理技术． 现 介绍 给水加 氧处 理技术 ， 分析应 用 效果． 与还原性全挥发处理方式 比较 ， 加氧处理技术 具有锅 炉受 热面结垢 速率 低 、 学清洗 周期 短、 处理混床 运 化 精
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第２ ６卷第 ２期
２ １ 年 ６月 ０１
电 力 科 学 与 技 术 学 报
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Ｖｏ１２ ． ． ６Ｎｏ ２
Ｊ ｎ ２ １ ｕ．０１
超 临界 机 组 给 水 加 氧 处 理 技 术
大 唐三 门峡 发 电有 限责任 公 司 ３ ＃机 组 于 ２ ０ ０６ 年 ６月 ３ ０日通过 １ ８试运 正式 投产 ， 锅 炉为 哈尔 ６ 其
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