超（超）临界发电机组锅炉加氧处理技术

刘国栋，孙振国，刘进海

（陕西榆林能源集团杨伙盘煤电有限公司，陕西榆林 719316）

1 加氧处理的目的

近年来，我国火电厂高速发展，高参数、大容量机组不断涌现，超（超）临界机组已成为火力发电的主力军。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。锅炉不采用加氧处理，容易存在一系列不利于机组安全经济运行的现象，主要包括：①炉前给水系统及高加疏水系统的流动加速腐蚀，造成锅炉受热面结垢速率高，降低锅炉热效率，缩短锅炉酸洗周期；②锅炉压差上升速率快，增加给水泵的能耗；③造成节流孔、减温水调节阀和高加疏水调节阀堵塞；④给水pH 值较高，精处理氢型运行周期短，混床再生频繁；⑤汽轮机流通部件容易发生积垢、积盐和腐蚀现象。

加氧处理能够解决上述所有问题，已成为超（超）临界机组首选水化学处理工况。因此，对于超（超）临界机组，锅炉厂、电力设计院均按照相关规范，设计锅炉采用加氧处理工况运行。

2 加氧技术发展历程

按技术发展阶段，国内给水加氧处理技术分为传统高氧处理技术、低氧处理技术、全保护加氧处理技术。

2.1 传统高氧处理技术

我国加氧技术发展初期，借鉴国外技术和相关标准，沿用国外传统高氧处理技术。然而，国内有很多采用传统高氧处理工艺的电厂，短时间内加氧机组发生氧化皮大量脱落。近十年，研究人员从理论研究、实验室试验、电厂加氧工业实践证实，蒸汽中高浓度氧与过热器、再热器的钢发生反应，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，增加了停机时氧化皮脱落的风险。

2.2 低氧处理技术

为了规避氧化皮问题，西安热工院率先发展出低氧处理技术，随后河南省电科院、江苏电科院、浙能集团等越来越多的省电科院、发电集团研究院也开始采用低氧处理技术。其通常控制给水溶解氧质量浓度为10～20 μg/L，使得给水中的氧在进入过热器、再热器前被消耗掉。然而，由于蒸汽基本无氧，高压加热器汽侧也处于无氧状态，同时氨在汽液两相分配系数大，高加汽侧中大量的氨处于汽空间，疏水侧pH 值较低。因此，高加汽侧的流动加速腐蚀严重，容易造成高加疏水铁含量高、疏水调节门堵塞、大量腐蚀产物迁移至给水系统甚至造成高加管道腐蚀失效等。低氧处理技术无法解决高加汽侧流动加速腐蚀及其带来的一系列问题。

2.3 全保护加氧处理技术

为解决低氧处理技术的弊端，西安热工院在国内外首次提出通过向高压加热器汽侧加氧，同时向除氧器下降管和凝结水泵入口加入较低浓度的氧的全保护加氧处理技术，兼顾解决了给水系统、疏水系统的腐蚀防护问题，规避了高浓度加氧处理潜在的促进蒸汽系统过热器、再热器氧化皮集中剥落的风险，实现了水汽系统的全面保护。

（1）采用全保护加氧处理技术，控制过热蒸汽基本无氧，不存在促进过热器、再热器氧化皮集中剥落造成的堵管、爆管风险，保障机组长期安全经济运行。

（2）有效地抑制给水系统、高加疏水系统流动加速腐蚀问题，彻底解决高加疏水调节阀、减温水调节阀堵塞等问题，全面解决AVT（O）处理工况存在的其他问题，省煤器入口给水铁含量、高加疏水铁含量明显下降，达到GB/T 12145—2016《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》的目标值小于3 μg/L、期望值小于1 μg/L 的要求。

（3）显著降低锅炉受热面沉积速率，延长锅炉化学清洗周期。AVT（O）处理工况，锅炉正常酸洗周期为3～5 年，实施加氧处理工况后，锅炉正常酸洗周期可延长至8～10 年。

（4）减少锅炉加药量，减少因加药引入的系统杂质。

（5）减少精处理混床再生次数，机组汽水品质得到进一步改善，减少精处理混床释放钠离子、氯离子风险，进而减少了汽轮机积盐、低压缸叶片酸性腐蚀、应力腐蚀开裂的风险，提高机组运行安全性。

3 全保护自动加氧装置概述

全保护自动加氧装置是国内外唯一能够实现全保护加氧工艺的设备。超超临界机组高压加热器汽侧设计压力高达10 MPa，GB 16912—2008《氧气及相关气体安全技术规程》规定该压力下不允许使用不锈钢管输送纯氧气，否则极易引起爆炸。全保护自动加氧装置采用医用级高压空气压缩机，正常供气压力13 MPa，氧气分压小于3 MPa，首次实现将高压氧气安全、可靠、连续地加入高加汽侧。

国内首次实现加氧自动供气，无人值守。医用级高压空气压缩机与空气储罐组成了自动供气系统，实现了无需更换氧气瓶的自动供气方式，避免了运行维护人员定期购买氧气、更换氧气瓶、检查气瓶压力、各接头严密性等工作，降低大批氧气瓶集中存放的重大危险源风险和更换氧气瓶存在的爆炸风险。

自动调节，精确加氧。综合了稳压技术、串级PI-P+前馈控制、高压微量气体调节以及流量可视化技术，实现给水精确自动加氧，控制精度达±2 μg/L。

4 加氧处理技术现状及发展趋势

国内直流炉基本都设计为给水加氧处理，基建阶段设备作为常规的加氧设备已经采购到位。投产后，部分直流炉采用加氧处理，部分采用AVT（O）处理，少部分采用AVT（R）处理。目前采用加氧处理的机组至少在300 台以上。

国内汽包炉采用加氧处理的很少，2000—2010 年，我国在汽包炉推广给水加氧处理，但是由于氧化皮问题，绝大部分已经改为AVT（O）处理。

国外目前仍然采用的是传统的高浓度加氧技术。由于传统加氧浓度较高，控制范围很宽，对加氧设备的控制精度要求很低。因此，国外的加氧设备没有大的发展，在控制水平上要落后于国内。

截至2020 年11 月，全保护加氧处理技术已经在国内60 台机组上成功应用。