隨著我國電力建設(shè)的發(fā)展，新建機(jī)組多為具有循環(huán)熱效率高，發(fā)電煤耗低、節(jié)能、環(huán)保等諸多優(yōu)勢的高參數(shù)、大容量的超（超）臨界機(jī)組。由于水在超臨界壓力下為單相流體，鍋爐蒸汽系統(tǒng)只能采用直流運行方式。而直流爐在正常運行中沒有排污，因此鍋爐進(jìn)水的水質(zhì)直接影響到進(jìn)入汽輪機(jī)蒸汽的品質(zhì)，也直接影響機(jī)組的安全運行及電廠的經(jīng)濟(jì)效益，其處理方式對機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運行有著極其重要的意義。加氧處理工藝自20 世紀(jì)40 年代問世以來，全世界超過85％的直流爐和5％以上的汽包爐已成功應(yīng)用了該項技術(shù)，同時它對于防止給水系統(tǒng)內(nèi)的流動加速腐蝕（Flow Accelerated Corrosion，F(xiàn)AC）具有無可比擬的優(yōu)勢，是超（超）臨界壓力火電機(jī)組給水處理的首選工藝。

1 給水加氧原理

在全揮發(fā)處理（All Volatile Treatment，AVT）工況下，除高溫段（300～400℃）的省煤器出口段到水冷壁外，中、低溫段（常溫～300℃）的凝結(jié)水系統(tǒng)、低壓加熱器和高壓加熱器入口的金屬氧化膜是不夠致密的，鍋爐熱力系統(tǒng)金屬表面會生成外層結(jié)構(gòu)疏松的Fe3O4銹層，伴隨水流的沖擊，給水系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生流動加速腐蝕，造成鐵的腐蝕產(chǎn)物不斷在熱負(fù)荷高的部位沉積，生成粗糙的波紋狀垢層，從而降低了鍋爐受熱面的傳熱效率，增加了流體阻力，造成了鍋爐的壓差不斷上升，增大了給水泵的動力消耗。

給水加氧處理（Oxygenated Treatment，OT）是在純水的條件下，利用一定濃度的氧使碳鋼表面形成一層比磁性Fe3O4保護(hù)性更好的Fe2O3＋磁性Fe3O4保護(hù)膜。這樣，在給水加氧工況下可使碳鋼表面膜具有雙層結(jié)構(gòu)，而且Fe2O3的溶解度遠(yuǎn)比Fe3O4低，所以形成的保護(hù)膜更致密、穩(wěn)定，能經(jīng)受流動加速腐蝕，從而降低給水的鐵濃度。

當(dāng)水中有少量的氧時，在鋼的表面上，瞬時進(jìn)行向內(nèi)延伸反應(yīng)：

6 Fe+7/2 O2+6 H+=Fe3O4+3 Fe2++3 H2O （1）

Fe3O4層呈微孔狀（1％～15％孔隙率），和鋼本身的晶體結(jié)構(gòu)相似，由于晶體之間有空隙，水仍會從空隙中滲入到鋼表面，使鋼產(chǎn)生腐蝕，如果不能堵塞這些空隙就沒有防蝕效果。加氧工況時，通過不斷向金屬表面均勻供氧，由Fe3O4微孔通道中擴(kuò)散出來進(jìn)入水相的鐵被氧化，生成Fe2O3的水合物，沉積在Fe3O4膜上面，堵塞了Fe3O4的空隙，使水無法通過膜，在金屬表面形成致密的“雙層保護(hù)膜”，從而鋼的腐蝕得到抑制。

2 Fe2++2 H2O+1/2 O2 = Fe2O3+4 H+ （2）

從電化學(xué)的角度看，在流動的高純水中添加適當(dāng)濃度的氧，可以提高鋼的自然腐蝕電位數(shù)百毫伏，使金屬表面發(fā)生極化或使金屬的自然腐蝕電位超過鈍化電位，金屬表面因而生成致密而穩(wěn)定的氧化性保護(hù)膜，從而起到了抑制鋼鐵腐蝕的作用。

2 直流鍋爐給水加氧處理的條件

（1）精處理是保證直流鍋爐給水品質(zhì)的重要手段。首先凝結(jié)水系統(tǒng)應(yīng)配備100％全流量精處理設(shè)備，運行中應(yīng)采取措施保證精處理設(shè)備有足夠的緩沖能力，避免引起水質(zhì)波動，同時定期檢測樹脂特性，保證凈化效果。

（2）保證給水水質(zhì)的高純度性，使給水的氫電導(dǎo)率小于0．15 μS/cm（25℃）；否則，應(yīng)盡快查找異常原因，采取措施以恢復(fù)正常水汽品質(zhì)。另外，給水的pH 值也不能過低或過高。pH 值過低時給水的緩沖能力差，特別是當(dāng)給水的pH 值小于7．0時，碳鋼會遭受強(qiáng)烈的腐蝕；而pH 值過高時，則會使凝結(jié)水除鹽設(shè)備的運行周期縮短。一般給水的pH 值控制在8．0～9．0 之間。

（3）防止凝汽器和凝結(jié)水系統(tǒng)漏入部分空氣。空氣中的二氧化碳會使水的pH 值下降，此時加入氧化劑反而會加速金屬的腐蝕。除凝汽器冷凝管外，水汽循環(huán)系統(tǒng)中各設(shè)備均應(yīng)為鋼制元件。考慮到銅及銅合金在加氧條件下被氧化，加快了銅及銅合金材料的腐蝕，影響進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽品質(zhì)，從而造成汽輪機(jī)葉片在高溫下被金屬銅離子點蝕，進(jìn)而影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運行，因此，對于水汽系統(tǒng)有銅加熱器的機(jī)組，應(yīng)通過專門試驗，在確定加氧后水汽系統(tǒng)中銅的濃度不會增加后，才能采用給水加氧處理工藝。

（4）定期維護(hù)選擇腐蝕性材料部件。給水加氧后，使用在汽水、疏水管道上含鎢、鉻、鈷合金材料的調(diào)節(jié)閥易發(fā)生選擇性腐蝕，造成水質(zhì)污染或閥門卡澀，需對相關(guān)設(shè)備加強(qiáng)檢測和縮短檢修維護(hù)周期，確保無缺陷運行［3］，同時也應(yīng)選用抗氧化性能和抗脫落性能更好的材料。

（5）新機(jī)組投運3～6 個月后，待機(jī)組運行穩(wěn)定、水質(zhì)滿足加氧要求時，應(yīng)盡早考慮實施給水加氧處理的轉(zhuǎn)換；高參數(shù)、大容量鍋爐系統(tǒng)較為復(fù)雜，機(jī)組工況急劇變化或低負(fù)荷時容易發(fā)生個別爐管內(nèi)介質(zhì)流動不良，形成閉塞區(qū)，給水加氧會加重閉塞區(qū)腐蝕，因此，控制較低的加氧量（30～150μg/L）可以有效降低腐蝕。

（6）已經(jīng)投運數(shù)年的機(jī)組，應(yīng)割管檢測鍋爐系統(tǒng)的結(jié)垢情況，鍋爐水冷壁管內(nèi)的結(jié)垢量應(yīng)小于250 g／m2，否則，必須在進(jìn)行鍋爐（包括爐前給水系統(tǒng)）的化學(xué)清洗后，才可轉(zhuǎn)入給水加氧處理。

（7）過熱器和再熱器高溫氧化層檢查。加氧前，檢查過熱器和再熱器高溫氧化層厚度，掌握氧化皮剝落的情況，防止剝落的氧化皮堵塞對流受熱面管彎頭。

（8）在線化學(xué)儀表滿足加氧處理工藝所要求的檢測能力。

（9）加氧工況下除氧器及加熱器的排氣門應(yīng)微開或定期開啟。機(jī)組在進(jìn)行給水加氧后，除氧器成為混合式加熱器，起到水箱的作用，其排氣門一般關(guān)閉。當(dāng)凝汽器或凝結(jié)水系統(tǒng)不嚴(yán)密，可能造成系統(tǒng)內(nèi)滲入空氣，出現(xiàn)不凝結(jié)氣體超標(biāo)和二氧化碳酸性腐蝕的現(xiàn)象。因此，必須根據(jù)化驗結(jié)果適時微開或定期開啟除氧器排氣門，除去水汽系統(tǒng)中部分不凝結(jié)氣體和微量二氧化碳，當(dāng)然這種排放會造成一定程度上的水汽損失。為維持疏水足夠的含氧量，高、低壓加熱器的排汽門開度也應(yīng)根據(jù)實際情況具體確定。

3 加氧處理技術(shù)實施

3．1 加氧系統(tǒng)

加氧系統(tǒng)由氧氣貯存設(shè)備、匯流排、氧氣流量控制設(shè)備和氧氣輸送管線組成。加氧處理系統(tǒng)如圖1 所示。

由高壓氧氣瓶提供純度大于99％的氧氣經(jīng)減壓閥針形流量調(diào)節(jié)閥加入系統(tǒng)，系統(tǒng)中選用精密的逆止閥防止發(fā)生給水倒流。加氧控制方式采用手動調(diào)節(jié)和自動調(diào)節(jié)并聯(lián)控制。一般以除氧器下降管（即給水泵吸入側(cè)）加氧點為自動控制點，自動控制參數(shù)由給水流量、除氧器下降管氧的濃度和省煤器入口氧的濃度共同決定。

3．2 轉(zhuǎn)換方式

機(jī)組在AVT 運行工況下啟動，轉(zhuǎn)化為加氧方式前，應(yīng)提前1 個月停止加聯(lián)氨。期間加強(qiáng)對凝結(jié)水和給水溶解氧濃度、鐵和銅濃度的監(jiān)測，直至水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到加氧處理的條件。當(dāng)運行負(fù)荷增加并達(dá)到正常運行負(fù)荷時，將AVT 運行轉(zhuǎn)換到OT 運行工況。

為加快循環(huán)回路中溶解氧濃度恢復(fù)到平衡，加氧初期可提高給水中的氧的濃度，控制除氧器入口和省煤器入口氧的質(zhì)量濃度為150～300 μg/L，更高的濃度可能會使給水和蒸汽的電導(dǎo)率難以控制，產(chǎn)生局部腐蝕的危險，在整個加氧轉(zhuǎn)化過程中保持平穩(wěn)加氧狀態(tài)，中間過程停氧有可能使鐵的含量上升。同時應(yīng)監(jiān)測各取樣點水樣的氫電導(dǎo)率、鐵和銅濃度的變化情況。在實施加氧處理時，為了中和微量酸性物質(zhì)，增加水汽系統(tǒng)的緩沖性，也需要加少量的氨，將給水pH 值控制在8．0～9．0 之間（有待通過試驗進(jìn)一步明確）。

加氧過程中，若給水和蒸汽的氫電導(dǎo)率均超過0．2 μS/cm，則應(yīng)適當(dāng)減小加氧量，以保持給水和蒸汽的氫電導(dǎo)率小于0．2 μS/cm。當(dāng)蒸汽中的溶解氧的質(zhì)量濃度達(dá)到30～150 μg/L 時，調(diào)節(jié)加熱器的排汽門，監(jiān)測且維持高壓加熱器疏水系統(tǒng)的溶解氧質(zhì)量濃度為10～30 μg/L。

4 給水加氧處理效果評價

4．1 熱力系統(tǒng)含鐵量

給水處理采用加氧方式后，由于熱力系統(tǒng)形成的雙層氧化保護(hù)膜使金屬表面處于完全鈍化狀態(tài)，有效抑制了FAC，給水系統(tǒng)鐵的濃度明顯降低。另外隨著水汽系統(tǒng)的循環(huán)，加熱器疏水系統(tǒng)的氧濃度得到上升，水相金屬表面生成氧化保護(hù)膜，使疏水系統(tǒng)也得到保護(hù)。

4．2 精處理的運行周期及系統(tǒng)加藥量

OT 工況下，以600 MW 超臨界機(jī)組為例，凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的制水量由加氧前的約15 萬t 提高到80 萬t，運行周期延長了5 倍，精處理的再生次數(shù)明顯減少，再生酸堿用量及水耗節(jié)約效果顯著。由于OT 工況下pH 值維持在8．0～9．0，較AVT 工況的9．0～9．6 明顯降低，精處理出口的加氨量由約1 000 μg/L 降低至200 μg/L，氨水消耗量大大減少。

4．3 鍋爐的結(jié)垢速率

機(jī)組采用給水加氧后，金屬表面形成的保護(hù)膜使熱力系統(tǒng)內(nèi)鐵的濃度大幅度降低，鐵的氧化物在熱負(fù)荷區(qū)的沉積速率隨之減小，水冷壁結(jié)垢情況得到改善，同時也延長了鍋爐化學(xué)清洗的周期。在機(jī)組大修水冷壁、省煤器等部位割管檢查中發(fā)現(xiàn)，熱力系統(tǒng)表面已形成良好的鈍化膜。在停爐大修不保養(yǎng)45 d 的情況下，機(jī)組啟動冷、熱態(tài)沖洗，很快達(dá)到機(jī)組啟動的水質(zhì)要求，比機(jī)組加氧前約省一半的時間。

4．4 鍋爐壓差及給水泵動力消耗

隨著給水加氧處理運行時間的延長，給水系統(tǒng)及水冷壁表面附著的雙層氧化膜變得致密而光滑，水流動力條件得到改善，鍋爐流動阻力減小。某電廠AVT 工況下運行2 a來，鍋爐壓差從4．4 MPa 上升至7．6 MPa，而轉(zhuǎn)為OT 工況下僅半年時間，壓差就由7．6 MPa 下降至6．1 MPa，滿負(fù)荷時給水泵的轉(zhuǎn)速由4 425 r/min 下降至4 222 r/min，運行壓差逐漸下降，給水泵動力消耗降低，機(jī)組的效率從而得到提高。

5 停運保護(hù)

機(jī)組停運時，可提前4 h 停止加氧，并打開除氧和高壓加熱器排氣門，加大凝結(jié)水精處理出口的加氨量，盡快提高給水pH 值至9．3～9．6，不允許加入聯(lián)氨，因為在停運時聯(lián)氨的存在會增加腐蝕產(chǎn)物的濃度，對已形成的鈍化膜有破壞作用。此外在停運期間也不應(yīng)采用成膜胺保養(yǎng)（如十八胺等保護(hù)藥品），鍋爐機(jī)組進(jìn)行OT 處理所形成的水合氧化鐵表面膜就有停用保護(hù)作用。具體參見http://www.dongaorq.cn更多相關(guān)技術(shù)文檔。

6 結(jié)語

給水加氧技術(shù)在超（超）臨界直流鍋爐的應(yīng)用具有優(yōu)良的安全及經(jīng)濟(jì)價值，對于新建機(jī)組，應(yīng)根據(jù)實際情況，盡早開展加氧技術(shù)的相關(guān)試驗，如最優(yōu)加氧量和最優(yōu)pH 值的確定、除氧器及加熱器排氣門的開度、氧化還原電位的控制等環(huán)節(jié)，這對于汽水品質(zhì)的優(yōu)化，乃至機(jī)組的長期穩(wěn)定運行具有重要意義。