火電廠鍋爐給水加氧處理技術(shù)的研究

1、火電廠鍋爐給水加氧處理技術(shù)的研究     關(guān)鍵詞：火電廠：直流爐；汽包爐；給水處理；加氧處理； 氫氧化鈉處理       20世紀(jì)80年代，直流鍋爐氧化鐵污堵、結(jié)垢速率高和鍋爐壓差上升速度快是中國火電廠發(fā)電機(jī)組較突出的問題之一。究其原因，主要是與給水系統(tǒng)鐵含量高有關(guān)。因此抑制給水系統(tǒng)的腐蝕，降低給水鐵含量是國內(nèi)急需解決的問題。熱工研究院通過實(shí)驗(yàn)室工業(yè)模擬試驗(yàn)，確認(rèn)了給水加氧處理是解決上述問題的有效方法。1988年我國開始在一臺亞臨界燃油直流鍋爐機(jī)組上進(jìn)行給水加氧處理的工業(yè)試驗(yàn)，取得了令人滿意的結(jié)果，后來又

2、分別在燃煤亞臨界和超臨界直流鍋爐機(jī)組上均取得了成功的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。目前世界很多國家在直流爐普遍應(yīng)用給水加氧處理技術(shù)的基礎(chǔ)上，正在大力研究和應(yīng)用汽包爐給水加氧處理技術(shù)。     隨著給水加氧處理技術(shù)在世界范圍的普及，原來的給水聯(lián)合處理CWT（Combined Water Treatment）逐漸由更合理的名稱給水加氧處理OT（Oxygenated Treatment）所代替。我國在直流鍋爐給水加氧處理導(dǎo)則行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中將已在電廠普遍采用的給水加氨、加氧處理稱為給水加氧處理，簡稱OT1。但國內(nèi)在同步研究和推廣應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)的過程中，仍碰到不少觀念模糊和認(rèn)識障礙方面的問題，如不能

3、及時(shí)加以澄清和解決，將會影響國內(nèi)給水加氧處理技術(shù)大面積的推廣應(yīng)用。 1 給水加氧處理的目的和適用范圍 1.1 目的 給水處理采用加氧處理的目的就是通過改變給水處理方式，降低鍋爐給水的含鐵量和抑制爐前系統(tǒng)特別是鍋爐省煤器入口管和高壓加熱器管的流動加速腐蝕(Flow-Accelerated Corrosion，簡稱FAC)，達(dá)到降低鍋爐水冷壁管氧化鐵的沉積速率和延長鍋爐化學(xué)清洗周期的目標(biāo)。 1.2 適用范圍 給水加氧處理工藝的核心是氧在水質(zhì)純度很高的條件下對金屬有鈍化作用。為保證水質(zhì)純度（氫電導(dǎo)率小于0.1 S/cm），要求系統(tǒng)必須配置凝結(jié)水精處理混床。采用加氧處理工藝的另一條件是低壓加熱器管材最

4、好不是銅材，因?yàn)樵谘趸瘲l件下銅氧化膜的溶解度較高，氧化銅腐蝕產(chǎn)物最終將轉(zhuǎn)移到汽輪機(jī)高壓缸沉積下來。但如果熱力系統(tǒng)氧化鐵腐蝕產(chǎn)物造成較為嚴(yán)重的結(jié)垢問題，即使低壓加熱器管是銅材，也可通過專項(xiàng)試驗(yàn)確定加氧處理水質(zhì)的具體控制參數(shù)，在盡可能減小銅氧化物溶解的前提下，采用給水加氧處理，取得抑制鐵氧化物的結(jié)果。 2 給水加氧的原理 2.1 全揮發(fā)處理（AVT）方式下氧化膜的特點(diǎn) 根據(jù)氧化膜生成機(jī)理，電廠水汽循環(huán)系統(tǒng)的腐蝕又可分為電化學(xué)反應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)。水與碳鋼反應(yīng)生成氧化膜的機(jī)理依據(jù)溫度條件有所不同，從常溫到300左右的范圍內(nèi)，水與碳鋼通過電化學(xué)反應(yīng)生成氧化膜。在400以上，蒸汽與碳鋼通過化學(xué)反應(yīng)生成氧化膜。

5、 由于在低溫條件下水作為氧化劑沒有能量使Fe2+氧化為Fe3+并隨后轉(zhuǎn)化為具有保護(hù)作用的氧化膜覆蓋層，氧化膜處于活性狀態(tài)2。四氧化三鐵的溶解度約在150時(shí)最大。提高溶液的pH值有利于降低氫氧化亞鐵的溶解度。 在凝結(jié)水系統(tǒng)、低壓加熱器和第1級高壓加熱器入口的水溫和化學(xué)介質(zhì)條件下，當(dāng)局部水流動條件惡化時(shí)，鐵的溶解會轉(zhuǎn)變?yōu)榍治g性腐蝕，即會發(fā)生流動加速腐蝕（FAC）（見圖1）。圖1 某電廠高壓加熱器管入口發(fā)生的流動加速腐蝕 在300400 高溫區(qū)，水分子具有能量使二價(jià)鐵氧化為三價(jià)鐵，因此在省煤器的出口段到水冷壁的金屬表面形成了內(nèi)層薄而致密、外層也較為致密的四氧化三鐵氧化膜。此溫度區(qū)應(yīng)是化學(xué)反應(yīng)與電化學(xué)

6、反應(yīng)混合區(qū)或過渡區(qū)。隨著溫度的升高，氧化膜生成的反應(yīng)控制過程逐漸由電化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)向以化學(xué)反應(yīng)為主。 通過上述關(guān)于無氧條件下形成氧化膜的特點(diǎn)討論可看出，除高溫段外，中、低溫段的金屬氧化膜是不夠致密的，其四氧化三鐵的溶解度較高，即使熱力系統(tǒng)的水質(zhì)接近理論純度，或通過提高pH值盡量降低氫氧化亞鐵的溶解度，但因在使用聯(lián)氨處理的條件下形成的雙層Fe3O4氧化膜，由致密的內(nèi)伸Fe3O4層和多孔、疏松的Fe3O4外延層構(gòu)成，由于疏松的Fe3O4外延層不耐水流的沖擊，給水系統(tǒng)的局部會發(fā)生流動加速腐蝕，同時(shí)給水系統(tǒng)氧化膜釋放出的微量鐵離子仍會造成給水含鐵量高及使下游熱力設(shè)備發(fā)生氧化鐵的污堵和沉積問題。 由于鐵氧化

7、物不斷在熱負(fù)荷高的部位沉積，在水流作用下生成了表面粗糙的波紋狀垢層，該類垢層除降低鍋爐受熱面的傳熱效率外，還增加了流體阻力，造成鍋爐壓差不斷上升。 2.2 給水氧化處理的原理 在給水加氧方式下，由于不斷向金屬表面均勻地供氧，使金屬表面形成了致密穩(wěn)定的“雙層保護(hù)膜”。這是因?yàn)樵诹鲃拥母呒兯刑砑舆m量氧，可提高碳鋼的自然腐蝕電位數(shù)百毫伏，使金屬表面發(fā)生極化或使金屬的電位達(dá)到鈍化電位，在金屬表面生成致密而穩(wěn)定的保護(hù)性氧化膜。直流爐應(yīng)用給水加氧處理技術(shù)，在金屬表面形成了致密光滑的氧化膜，不但很好地解決了爐前系統(tǒng)存在的水流加速腐蝕問題，還消除了水冷壁管內(nèi)表面波紋狀氧化膜造成的鍋爐壓差上升的缺陷。 3 給

8、水加氧處理的條件 加氧處理必須在水質(zhì)很純的條件下才能進(jìn)行。直流爐給水加氧處理時(shí)，只需考慮給水含氧量和給水含鐵量的關(guān)系，嚴(yán)格控制給水的電導(dǎo)率即可。但汽包爐給水加氧處理除控制給水的電導(dǎo)率、含氧量和含鐵量外，還要考慮爐水的電導(dǎo)率、含氧量。因此，汽包爐給水加氧處理的控制要比直流爐的復(fù)雜和困難些。由于汽包爐汽包對鹽類的濃縮作用，除研究爐水水質(zhì)的控制條件外，還要研究進(jìn)一步改善凝結(jié)水精處理的運(yùn)行條件，提高凝結(jié)水精處理的出水水質(zhì)。 3.1 凝結(jié)水精處理出水水質(zhì) 鍋爐應(yīng)用給水加氧的前提是機(jī)組配置有全流量凝結(jié)水精處理設(shè)備。凝結(jié)水精處理設(shè)備的運(yùn)行條件和出水品質(zhì)的好壞，是鍋爐給水加氧處理是否能正常進(jìn)行的重要前提條件，

9、 直流爐要求給水的氫電導(dǎo)要小于0.15 S/cm，凝結(jié)水精處理必須保證出水的氫電導(dǎo)小于0.10 S/cm。汽包爐要求給水的氫電導(dǎo)要小于0.10 S/cm，因而凝結(jié)水精處理必須保證出水的氫電導(dǎo)小于0.075 S/cm。 3.2 取樣監(jiān)控 從以往的經(jīng)驗(yàn)得知，盡管有些汽包鍋爐從連續(xù)排污管引出的爐水的鐵含量很小，但鍋爐的結(jié)垢速率很高，與實(shí)際情況不符。說明以前爐水取樣點(diǎn)主要是為監(jiān)測爐水含鹽量而設(shè)計(jì)的。亞臨界鍋爐的汽包結(jié)構(gòu)與中、高壓鍋爐不同，給水分配管布置在汽包的底部緊靠下降管的入口。給水中的氧進(jìn)入汽包后大部分自然要向汽包空間逸出，剩余部分混入鍋水通過下降管進(jìn)入受熱面。鍋水經(jīng)加熱和汽水分離裝置后脫氧，因此

10、無氧的鍋水在循環(huán)過程中不斷地將給水未來得及析出氧稀釋后帶入水冷壁。為防止水冷壁氧腐蝕，進(jìn)入水冷壁的氧含量必須受到監(jiān)測和控制。因此，應(yīng)監(jiān)測水冷壁入口的水質(zhì)，即鍋爐下降管的水質(zhì)。 3. 3 加氧控制系統(tǒng) 氧化劑采用氣態(tài)氧，由高壓氧氣瓶提供的氧氣經(jīng)減壓閥針形流量調(diào)節(jié)閥加入系統(tǒng)。加氧點(diǎn)為2處：一處為凝結(jié)水精處理出口母管；另一處為除氧器出口母管。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。與直流爐給水加氧不同的是汽包爐給水加氧要求加氧量調(diào)節(jié)自動控制。一般以除氧器下降管加氧點(diǎn)為自動控制點(diǎn)，此法的優(yōu)點(diǎn)是除氧器的排汽門開度不用嚴(yán)格控制。自動控制參數(shù)由給水流量、下降管氧含

11、量和省煤器入口氧含量共同決定。 3. 4 鍋爐結(jié)垢量 應(yīng)用給水加氧處理前鍋爐原則上應(yīng)進(jìn)行化學(xué)清洗，除去熱力系統(tǒng)（省煤器、水冷壁和高壓加熱器及給水管線）中的腐蝕產(chǎn)物。這是由于以下原因：（1）給水加氧處理工藝沒有“除垢”的作用，只是在原來的四氧化三鐵氧化膜上通過部分四氧化三鐵轉(zhuǎn)換為三氧化二鐵，形成了雙層保護(hù)膜，雙層氧化膜的厚度變化不大。（2）水冷壁管的氧化膜表面的波紋狀垢在加氧后消失，可能與組成表面波紋狀垢的大顆粒四氧化三鐵被轉(zhuǎn)化為細(xì)小的顆粒或被剝離有關(guān)。但水冷壁管的氧化鐵垢層的厚度并沒有明顯減薄。（3）原先熱力系統(tǒng)金屬表面沉積的黑色四氧化三鐵粉會轉(zhuǎn)換為棕紅色的Fe3O4，仍覆蓋在熱力系統(tǒng)金屬的表

12、面，同時(shí)易造成在高溫區(qū)氧氣對金屬仍有鈍化作用的誤解。（4）如果沒有去除沉積在熱力系統(tǒng)中的銅氧化物，在加氧處理開始后，銅的腐蝕產(chǎn)物會轉(zhuǎn)到汽輪機(jī)高壓缸沉積。 因此，對熱力系統(tǒng)預(yù)先進(jìn)行化學(xué)清洗非常必要，化學(xué)清洗除去了熱力系統(tǒng)中銅鐵腐蝕產(chǎn)物，在此基礎(chǔ)上應(yīng)用給水加氧處理，可在爐前系統(tǒng)獲得最薄的保護(hù)性氧化膜，在水冷壁保持較低的氧化鐵沉積速率。如因機(jī)組應(yīng)用給水加氧處理時(shí)暫時(shí)沒有條件進(jìn)行化學(xué)清洗，則在即使成功應(yīng)用了給水加氧處理工藝之后，也有必要盡早安排鍋爐的化學(xué)清洗。 3. 5熱力系統(tǒng)材質(zhì) 3.5.1 司太立合金（鎢鉻鈷合金）國外在開發(fā)給水加氧處理技術(shù)的歷史上，在使用過氧化氫做氧化劑時(shí)，曾發(fā)生過司太立合金的侵

13、蝕問題。1979年德國報(bào)道了使用過氧化氫所發(fā)生的在水相此種材料的侵蝕(Erosion)問題，損壞部位在給水泵閥及減溫水閥上，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，這與司太立合金構(gòu)件的結(jié)構(gòu)有關(guān)，經(jīng)改進(jìn)結(jié)構(gòu)或選用氧氣做氧化劑，該問題得到徹底解決。 3.5.2 含銅量小于1的鐵基合金 國內(nèi)外機(jī)組中有許多用該材料制成管系，如給水管道和鍋爐連箱等。元寶山電廠1機(jī)給水管路、汽水分離器（汽包）、循環(huán)泵入口過濾器及省煤器、水冷壁、過熱器的部分聯(lián)箱等部位的材質(zhì)為15NiCuMoNb5（材質(zhì)含銅量為0.50.8%）；大部分閥門的閥芯、閥座為斯太立合金。1機(jī)組鍋爐給水加氧處理的運(yùn)行實(shí)踐證明給水加氧處理不會造成這些管道的腐蝕。 3.5.3 銅

14、合金 對于低壓加熱器管材為銅合金的機(jī)組能否采用加氧處理工藝，國內(nèi)外有不同的意見。原因是銅合金在還原性介質(zhì)中表面生成的是氧化亞銅（Cu2O）保護(hù)膜，該膜有較低的溶解度。而在氧化條件下，氧化亞銅會轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸~（CuO），氧化銅的溶解度較高，銅離子會通過蒸汽機(jī)械攜帶或溶解攜帶（蒸汽壓力大于16.5 Mpa）轉(zhuǎn)移到汽輪機(jī)高壓缸沉積，引起蒸汽通流面積減小，較低高壓缸效率。 因此國外不贊同在有銅系統(tǒng)的機(jī)組應(yīng)用給水加氧處理工藝。前蘇聯(lián)為在超臨界機(jī)組應(yīng)用給水加氧處理工藝，將低壓加熱器銅管換為鋼管。 我國直流爐給水加氧處理的工業(yè)試驗(yàn)是在望亭有銅機(jī)組上進(jìn)行的，試驗(yàn)證實(shí)給水的銅含量在加氧后有增加的現(xiàn)象，但通過調(diào)整給

15、水的pH值，可將給水銅含量降低到小于3 g/L。后來，廣東黃埔發(fā)電廠、江蘇常熟發(fā)電廠國產(chǎn)300 MW有銅機(jī)組（16.7 MPa）先后采用了給水加氧處理工藝，有效解決了省煤器和水冷壁氧化鐵沉積速率高的問題。黃埔發(fā)電廠機(jī)組大修時(shí)檢查高壓缸并沒有明顯的銅沉積現(xiàn)象，常熟電廠因?yàn)槠啓C(jī)還未開缸檢修，銅沉積的問題目前不清楚，但也還未發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)效率有任何降低的現(xiàn)象。 因此，了解了銅氧化物在不同條件下的特點(diǎn)，采取適當(dāng)?shù)拇胧秀~機(jī)組也可采用給水加氧處理工藝，但應(yīng)在盡量降低給水銅含量的同時(shí)，仔細(xì)監(jiān)測在高壓缸的銅沉積問題。 4 汽包爐給水加氧處理 我國大部分機(jī)組配備的是汽包爐，能否將加氧技術(shù)應(yīng)用到汽包爐上，已成為

16、國內(nèi)倍受關(guān)注的問題。因?yàn)橛行﹣喤R界汽包爐的給水盡管采用了AVT處理，但在該方式下其給水含鐵量仍較高，已造成鍋爐結(jié)垢率較高和高壓加熱器等設(shè)備結(jié)垢等問題。對這個(gè)問題急需有好的解決措施。根據(jù)直流爐加氧處理的經(jīng)驗(yàn)，給水加氧處理是最有效的降低給水含鐵量的方法。汽包爐給水加氧處理時(shí)，水中的溶解氧主要是對給水系統(tǒng)和疏水系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，而對鍋爐本體的保護(hù)作用有限。關(guān)鍵要控制爐水水質(zhì)，并避免爐水中有害陰離子在氧存在的條件下對鍋爐本體產(chǎn)生的不良影響。 4.1 氫電導(dǎo)率控制 汽包爐給水采用加氧處理的前提是水質(zhì)的高純度。為滿足這一要求，凝結(jié)水必須經(jīng)過精除鹽處理。凝結(jié)水精處理混床出水的水質(zhì)指標(biāo)比直流爐嚴(yán)格，必須保證出水的

17、氫電導(dǎo)小于0.075 S/cm.。 爐水的氫電導(dǎo)率是爐水中所有陰離子含量的綜合指標(biāo)，在無法監(jiān)測氯離子的情況下，一般要求控制爐水氫電導(dǎo)率。如要控制爐水中的氯離子不超過100 g/L，則爐水的氫電導(dǎo)率應(yīng)控制小于1.2 S/cm，正常運(yùn)行時(shí)的期望控制值應(yīng)小于1.0 S/cm。      4.2 爐水pH值控制 試驗(yàn)證明，提高pH值可提高產(chǎn)生孔蝕的臨界氯離子濃度。如用加氨的方法將pH值提高到8.5，170 時(shí)可將氯離子臨界濃度從0.04 mg/L提高到0.05 mg/L以上。如用加NaOH的方法將pH值提高到8.5，這一溫度下的氯離子臨界濃度將會提高到0.35

18、mg/L以上。 在溫度為350、時(shí)間為24 h的高壓釜正交試驗(yàn)中，無氧（O25 g/L）、0.1 mg /L氯離子的條件下， 加NaOH將pH值提高到9.5，膜的耐蝕性比平均水平高52.3%，即使將氯離子濃度提高到0.3 mg /L，也沒有影響膜的耐蝕性。英國的經(jīng)驗(yàn)已證明， 只要OH濃度大于Cl濃度的1.5倍，就能抑制氯離子的破壞作用。因此，氫氧根對維持氧化膜的完整性及修復(fù)膜的缺陷有積極作用。 一定濃度的氯離子可以破壞氧化膜，造成爐管腐蝕損壞，NaOH可使氯離子在有氧的條件下觸發(fā)腐蝕的臨界濃度提高到毫克每升級水平，因此確認(rèn)調(diào)節(jié)和維持爐水pH值的最佳堿化劑是NaOH。NaOH用作爐水堿化劑曾受到

19、條件的限制，NaOH在爐管受熱面多孔沉積物下或高熱負(fù)荷區(qū)出現(xiàn)膜態(tài)沸騰時(shí)會濃縮到百分濃度，造成爐管的堿性腐蝕和苛性脆化。爐管產(chǎn)生NaOH堿脆的條件有3個(gè)：高熱負(fù)荷、高濃度NaOH（>5）和拉伸應(yīng)力。在歷史上的確在鉚接鍋爐和爐水含鹽量較高的鍋爐發(fā)生過此類損壞。另外，過高的堿含量也會造成鍋爐損壞，例如某廠200 MW機(jī)組由于補(bǔ)給水鈉含量較高，帶入鍋爐后爐水的氫氧化鈉濃縮至814 mg/L，造成水冷壁管發(fā)生爆管事故。但隨著鍋爐制造技術(shù)和給水純度的提高，引起爐管的堿性腐蝕和苛性脆化的條件已被消除。亞臨界鍋爐在設(shè)計(jì)上已充分考慮了避免產(chǎn)生膜態(tài)沸騰的措施，如受高熱負(fù)荷的爐管采用內(nèi)螺紋管，提高了防膜態(tài)沸騰

20、的裕量。因此使?fàn)t水采用氫氧化鈉處理成為可能。 在汽包爐水冷壁產(chǎn)生蒸汽處，隨著熱負(fù)荷的升高，氯離子會濃縮而降低金屬的電位，同時(shí)，金屬表面大量的汽泡對氧化膜的沖擊作用及氧化膜本身產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力都是破壞氧化膜的潛在因素，在這種環(huán)境中，只有氫氧根具有使金屬的電位隨熱負(fù)荷的升高而明顯升高的特點(diǎn)，可使水冷壁高熱負(fù)荷區(qū)的金屬表面保持鈍化狀態(tài)4。 在爐管產(chǎn)生蒸汽的高熱負(fù)荷區(qū)，適量的NaOH除可避免強(qiáng)烈沸騰的近壁層因潛在酸性雜質(zhì)的濃縮外，還能避免此處生成沉積物，這是由于存在游離NaOH，磁鐵顆粒表面的正電荷使磁鐵顆粒間互相排斥，在局部沉積的概率較低5。因而磁性氧化鐵顆粒只有沉積在汽包或下聯(lián)箱的底部。 NaOH的作

21、用原理可用金屬鈍化的吸附理論解釋5。在稀溶液中，電位的梯度將使靠近陽極表面的水分子定向，因?yàn)榇藭r(shí)水分子氧的部分將靠近金屬，從金屬上下來的陽離子不是進(jìn)入溶液，而是定居在氧離子之間，而水分子中的氫離子則代替它進(jìn)入溶液。若溶液中含有一定濃度的帶負(fù)電荷的陰離子，同樣的電位梯度將使它們把不帶靜電荷的水分子從金屬表面置換下來。如果陰離子是OH，氫氧根的氧的部分和金屬氧化膜最外側(cè)的原子因化學(xué)吸附而結(jié)合，一方面使金屬表面的化學(xué)結(jié)合力飽和，從而改變了金屬/溶液界面的結(jié)構(gòu)，大大提高了陽極反應(yīng)的活化能，使金屬同腐蝕介質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)能力顯著減小；另一方面，由于氫氧根在吸附過程中排擠原來吸附在金屬表面的水分子層，也就降低

22、了金屬的離子化過程。在金屬表面已形成四氧化三鐵氧化膜的條件下，氫氧根與二價(jià)鐵和三價(jià)鐵還會形成羥基鐵氧化物，覆蓋在金屬表面，形成致密的保護(hù)膜。因此，氫氧根的吸附作用使金屬保持鈍化狀態(tài)。在溶液中保持足夠量的OH，可阻止氯離子對氧化膜的破壞作用。 對于配有凝結(jié)水精處理的機(jī)組，爐水中的氯離子一般不超過200 g/L，爐水中0.5 1 mg/L左右的NaOH就足以抑制氯離子的破壞作用。應(yīng)注意控制爐水pH值不大于9.4，以防范NaOH在鍋爐高熱負(fù)荷區(qū)強(qiáng)烈沸騰的近壁層潛在的濃縮趨勢。 4.3 爐水中含氧量的作用 氧化膜的完整性與氯離子的濃度、氧的濃度和氫氧根的濃度有關(guān)。在鍋爐的高溫區(qū)，過去常見的腐蝕損壞形式

23、有沉積物下腐蝕、氫脆爆管等。這些現(xiàn)象都與給水帶入的有害雜質(zhì)有關(guān)。汽包爐高熱負(fù)荷區(qū)氧化膜主要遭受爐水中的陰離子如氯離子的破壞，如氯離子達(dá)到了破壞氧化膜的某一臨界濃度，則有氧存在的情況下會加劇氯離子的破壞程度。英國實(shí)驗(yàn)室的動態(tài)試驗(yàn)提出了氧濃度和氯離子濃度乘積的關(guān)系式6，表明氧和氯離子濃度聯(lián)合作用時(shí)觸發(fā)金屬腐蝕的臨界值： O2×NaCl= 0.4 (mg/L)2即在300360 條件下，爐水中的含氧量和NaCl含量的乘積不超過0.4時(shí)，鍋爐金屬在短時(shí)間內(nèi)不會發(fā)生腐蝕。而NaOH可使這一臨界值達(dá)到20(mg/L)2。 汽包爐給水加氧處理工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果表明：在用氫氧化鈉調(diào)節(jié)爐水pH值，控制氯離子

24、不超過100 g/L的條件下，爐水中的氧含量控制小于15 g/L是安全的；另一方面，在鍋爐水冷壁高熱負(fù)荷區(qū)，由于汽液兩相分配系數(shù)的關(guān)系，爐水中氧全部進(jìn)入汽相，進(jìn)入爐水中的微量氧不會引起鍋爐金屬的腐蝕。 4.4 給水含氧量和下降管爐水含氧量的關(guān)系 在控制爐水鹽類濃縮的同時(shí)，應(yīng)使進(jìn)入水冷壁的氧盡量小。一般在爐水氫電導(dǎo)率小于1.5 S/cm的條件下，下降管爐水氧含量應(yīng)小于10 g/L；爐水氫電導(dǎo)率小于1.0 S/cm條件下，下降管爐水氧含量應(yīng)小于15 g/L，具體規(guī)定多少，應(yīng)根據(jù)爐水含鹽量情況確定。給水溶解氧和下降管溶解氧與機(jī)組負(fù)荷間的關(guān)系需通過試驗(yàn)確定。 4.5 汽水品質(zhì)控制指標(biāo) 鍋爐給水采用加氧

25、處理的汽水品質(zhì)按表1推薦值執(zhí)行，未列入的其余控制指標(biāo)按原有標(biāo)準(zhǔn)控制。 表1 汽包爐給水加氧處理汽水品質(zhì)控制指標(biāo) 注：（1）氫電導(dǎo)率欄括號內(nèi)數(shù)值表示期望控制值；（2）*表示下降管氧含量具體應(yīng)根據(jù)爐水水質(zhì)、爐水循環(huán)方式和試驗(yàn)來確定。 5 對疏水系統(tǒng)的影響 在給水全揮發(fā)處理（AVT）條件下，加熱器疏水系統(tǒng)的管材和殼體的汽液分界區(qū)在運(yùn)行中可能發(fā)生水流加速腐蝕，在停備用期間易受氧腐蝕。高壓加熱器的腐蝕產(chǎn)物隨疏水進(jìn)入除氧器，特別是機(jī)組啟動時(shí)，大量的銹蝕產(chǎn)物會進(jìn)入熱力系統(tǒng)，沉積在鍋爐受熱面。 給水處理采用加氧處理，可使加熱器疏水系統(tǒng)的水相金屬表面生成保護(hù)性氧化膜，有效地抑制水流加速腐蝕和停備用腐蝕。直流爐采

26、用給水加氧處理的氧含量控制范圍（30150 g/L）在關(guān)小加熱器排汽門的前提下，可滿足疏水中氧含量大于30 g/L的要求。但在汽包爐，由于給水氧含量一般控制在1060 g/L，由蒸汽帶入的氧含量很小，即使在加熱器排汽門關(guān)小的情況下，也很難滿足疏水系統(tǒng)的氧含量要求。因此，為確保疏水系統(tǒng)得到保護(hù)，必須盡量提高疏水的氧含量，必須在運(yùn)行時(shí)完全關(guān)閉排汽門。 為防止停運(yùn)期間的氧腐蝕，在機(jī)組停機(jī)和啟動期間又需要打開排汽門，一方面防止停運(yùn)期間的氧腐蝕；另一方面確保機(jī)組啟動階段排出二氧化碳等不凝性氣體。如運(yùn)行期間加熱器的排汽門關(guān)不嚴(yán)，氧含量達(dá)不到1020 g/L，則應(yīng)考慮調(diào)整給水pH值，以保證蒸汽pH值可滿足疏

27、水系統(tǒng)防腐蝕的需要。 6 對蒸汽系統(tǒng)的影響 對國外所進(jìn)行的調(diào)研結(jié)果表明：加氧處理工藝問世近30年來，全世界85%的直流爐和5%以上汽包爐已成功應(yīng)用了給水加氧處理工藝。至今還沒有關(guān)于采用給水加氧處理會明顯引起熱力系統(tǒng)高溫段金屬表面氧化皮增厚或脫落問題的報(bào)道。目前最新發(fā)展的超超臨界機(jī)組的給水處理工藝唯有采用加氧處理這一結(jié)論也已得到舉世公認(rèn)。如此長時(shí)期的工業(yè)實(shí)踐和大面積的推廣應(yīng)用的事實(shí)本身就是加氧處理技術(shù)成熟性的最好證明。 我國在研究應(yīng)用給水加氧處理技術(shù)的實(shí)踐中，曾遇到有的機(jī)組因懷疑主汽門的卡澀與加入的氧氣有關(guān)而中斷采用給水加氧處理工藝的情況。經(jīng)調(diào)研，主汽門卡澀問題在國內(nèi)較普遍，氧化皮問題在所調(diào)查的

28、電廠中也有不同程度的影響。從采用和未采用給水加氧處理的電廠的對比結(jié)果看，給水處理的方式與主汽門卡澀沒有直接的關(guān)聯(lián)。據(jù)有關(guān)電廠介紹，加強(qiáng)監(jiān)測和縮短檢修周期，并徹底除去主汽門本體的氧化皮，是目前控制主汽門卡澀的較有效的辦法。從治本的角度，應(yīng)選用抗氧化和抗脫落性能更好的材料。 給水加氧處理對高溫段金屬氧化的影響到底有多大，可根據(jù)氧氣和水蒸汽分壓來判斷。假設(shè)1 kg水蒸汽的分壓為1 Pa，由給水加氧處理所帶入蒸汽中的氧氣一般小于150 g/L，氧氣與水蒸汽的分壓比為107108 Pa，與高溫水蒸汽的氧化作用相比，如此微量的氧氣的氧化作用微乎其微。美國EPRI在機(jī)組蒸汽系統(tǒng)高溫氧化方面的研究結(jié)果3明確了

29、高溫氧化皮問題與溫度和材質(zhì)有關(guān)，與水工況無關(guān)（包括給水加氧處理工況）。 7 給水加氧處理是否會引起氧腐蝕問題 加氧處理之所以可使?fàn)t前系統(tǒng)金屬的表面產(chǎn)生鈍化，除水質(zhì)高純度這一先決條件外，還必須有水流動的條件，即在流動的高純水中加入氧氣才能在金屬表面產(chǎn)生保護(hù)性氧化膜。 氧腐蝕發(fā)生的一般原理是在不流動的水中溶解氧在局部發(fā)生了濃度差，濃差電池引起金屬氧化膜局部破壞，形成點(diǎn)狀腐蝕。過去水處理工藝較落后時(shí)，運(yùn)行中的鍋爐水冷壁如有大量鹽類沉積物，水中的溶解氧會加速沉積物下的腐蝕?，F(xiàn)在，在電廠機(jī)組熱力系統(tǒng)發(fā)生的氧腐蝕一般都與停機(jī)時(shí)系統(tǒng)內(nèi)不能充分干燥有關(guān)。暴露在空氣中的金屬表面有濕分時(shí)，氧腐蝕立即發(fā)生。因此，機(jī)

30、組停運(yùn)時(shí)，及時(shí)隔絕空氣或保持熱力設(shè)備干燥是停備用保養(yǎng)是否有效的關(guān)鍵。 在采用給水加氧的條件下，原則上經(jīng)化學(xué)清洗的鍋爐受熱面沒有鹽類沉積物或大量的氧化鐵沉積物。直流爐蒸汽中氧含量在50150 g/L，汽包爐蒸汽中氧含量在1050 g/L。采用加氧處理的機(jī)組，在啟動時(shí)首先采用無氧工況運(yùn)行，待水質(zhì)條件達(dá)到加氧處理的要求后方可開始加氧。在加氧工況下，系統(tǒng)的氧化還原電位一般在50300 mV之間，金屬處于完全鈍化狀態(tài)，加氧前已存在點(diǎn)腐蝕不會進(jìn)一步擴(kuò)展。 8 給水加氧處理的效果評定 評定應(yīng)用給水加氧處理技術(shù)所產(chǎn)生的效果，主要有氧化還原電位、給水鐵含量、水冷壁結(jié)垢速率和鍋爐壓差等指標(biāo)，還可用凝結(jié)水精處理混床

31、的運(yùn)行周期和運(yùn)行成本經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)進(jìn)行評定。 8.1 給水系統(tǒng)的氧化還原電位（ORP） 氧化還原電位指標(biāo)是表明熱力系統(tǒng)處于氧化性介質(zhì)還是還原性介質(zhì)的一個(gè)重要參數(shù)。一般水汽系統(tǒng)的氧化還原電位在AVT方式下約為350 mV。停止加入聯(lián)氨后，給水的氧化還原電位可達(dá)到500 mV左右，加入氧氣后給水的氧化還原電位應(yīng)達(dá)到50350 mV。 8.2 熱力系統(tǒng)含鐵量 給水處理采用加氧處理工藝后，熱力系統(tǒng)運(yùn)行中的鐵含量大大降低，氧化鐵腐蝕產(chǎn)物的粒徑大大減小。尤其是給水系統(tǒng)的局部流動加速腐蝕得到了控制，保護(hù)性雙層氧化膜使?fàn)t前系統(tǒng)的金屬表面完全鈍化。因此，給水系統(tǒng)的平均鐵含量可從38 g/L 降低到0.53 g/L

32、；疏水系統(tǒng)特別是高壓加熱器疏水的鐵含量大大降低，疏水系統(tǒng)應(yīng)得到完全保護(hù)。 8.3 鍋爐的結(jié)垢速率 鍋爐的結(jié)垢量由2部分構(gòu)成，即自身腐蝕產(chǎn)物和給水帶入的鐵氧化物的沉積。機(jī)組投運(yùn)后，水冷壁管的金屬表面在一定的熱負(fù)荷條件下會形成氧化膜，氧化膜的厚度與熱負(fù)荷強(qiáng)度有關(guān)。熱力系統(tǒng)的鐵氧化物也會隨給水源源不斷地帶入水冷壁受熱面，在熱負(fù)荷高的區(qū)域沉積下來，形成氧化鐵垢，后者是結(jié)垢速率升高的主要因素。鍋爐給水采用加氧處理，最大限度地降低了鐵氧化物在受熱面的沉積速率，使水冷壁的結(jié)垢速率降低。因此，加氧處理一般都可使鐵氧化物在受熱面的沉積速率降低80以上。 用管段垢量來評定結(jié)垢速率，要求管段運(yùn)行時(shí)間要長，才能得到準(zhǔn)確結(jié)果。因?yàn)榻Y(jié)垢和時(shí)間并非線性關(guān)系，開始階段結(jié)垢較快，然后逐漸慢下來。因此用氧化鐵沉積速率可更科學(xué)地評定其效果。 8.4 鍋爐壓差 給水處理采用OT方式運(yùn)行后，由于省煤器和水冷壁金屬表面形成了致密光滑和平整的垢層，直流