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1、火力发电厂中给水加氧的原理火力发电厂中给水加氧的原理 给水加氧处理(OT)是在高纯度给水中加入适量的氧化剂(O2或H2O2)以达到减缓热力设备腐蚀的目的它与给水除氧的 AVT还原性水工况截然相反是一种氧化性水工况。加氧处理是20世纪70年代德国开发出来的一种新型的炉水处理方式不久便用于前苏联、意大利、丹麦等欧洲国家近 20a来澳大利亚、日本、美国等国家也相继应用了这一技术。我国于20世纪80年代末首先在华东某电厂一台 300MW直流锅炉上使用。OT 处理推广应用较快主要是由于该种处理方式有明显的效益。采用OT处理后锅内沉积物量减少、腐蚀损坏降低、直流炉炉管和加热器压降快速升高问题得到了解决、锅
2、炉清洗频率降低、凝结水净化装置运行周期延长、给水管道FAC大有改善等。因此目前德国、日本、前苏联和中国等许多国家将OT 处理方式列入国家标准如表1所示。 OT处理方式本身也在不断发展。最初是中性处理(NWT)它是将O2加入中性的高纯水中由于NWT 处理对水的pH值不起任何缓冲性少量酸性物就会引起 pH 值下降甚至有导致酸性腐蚀和氢脆的可能加之人们担心碳钢在低温区的腐蚀速度高和铜合金的腐蚀等问题研究开发了给水添加少量氨将给水pH值由6.5-7.0提至8.0-8.5同时加氧处理的方法称为联合水处理(CWT)。从应用范围来看最初用于全铁部件的直流炉后又扩大到凝汽器和低压加热器是铜合金的直流炉目前已用
3、于汽包锅炉。 1 加氧处理原理及主要控制指标 从热力学观点来看锅炉给水采用除氧的AVT处理时碳钢的腐蚀电位在-0.30V左右给水pH在8.8-9.5之间从Fe-H20 电位pH图可以看到处于钝化区钝化膜是Fe3O4。给水加氧后碳钢的腐蚀电位会升高数百毫伏达到 0.15-0.30V如图 1所示碳钢表面原Fe3O4 膜中部分Fe 2+会进一步氧化生成 Fe2O3其反应： 2Fe 2+ +1/2O2+2H2OFe2O3+4H+ 因此在有氧纯水中碳钢表面形成双层氧化膜内层是磁性氧化铁（ Fe3O4）膜外层是Fe2O3膜这样的双层氧化膜能更有效阻止碳钢的腐蚀。大量试验证明：在中性纯水（电导率0.1S/c
4、m)中加氧使碳钢的腐蚀速度降低 2-3个数量级。 在有氧的高纯水中影响碳钢和铜合金腐蚀的主要因素有pH 值、氧浓度和电导率等。 1.1 给水pH 值 碳钢在无氧除盐水中的腐蚀速度与pH 值有关随着 pH 值的升高碳钢的腐蚀速度逐步降低；而在有氧的除盐水中碳钢的腐蚀速度在 pH 值为7 时降得很低并且不再随着pH 值的升高有所改变如图2 所示。 从热力学观点来看在无氧或有氧的高纯水中铜均处于钝化状态不过在无氧的高纯水中铜表面形成浅黄色的氧化亚铜(Cu2O)在有氧的高纯水中形成黑色的氧化铜(CuO)后者在纯水中的溶解度大于前者且二者均受高纯水pH 值的影响pH值在 8.5-9.0 范围内铜合金的腐
5、蚀速度可达很低(通常加氨量 100g/l左右)。当 pH10 时由于生成铜氨络合物铜合金的腐蚀速度显著增加。国内某电厂直流炉采用CWT处理结果表明：当给水pH 值控制在8.70.1范围内低压加热器出口水中铜含量均低于AVT处理时的5.0 g/l水平炉前给水的铜含量也可达到AVT处理时的 2.6g/l 水平而给水pH值降至 8.3 时给水中铜含量将比AVT处理时增加60%。国内另一电厂实施 CWT处理时pH值控制在8.7-8.9低压加热器出口水中铜含量接近AVT处理时的 5.0g/l 水平。 1.2 氧浓度保持纯水中的氧浓度是为了保证碳钢的腐蚀电位高于其钝化电位。日本等国在这方面做了一些有益的工
6、作图 3为日本砂川电厂 4号机组采用CWT处理时溶解氧量与腐蚀电位的关系当水中溶解氧在 20-50 g/l时电位可以进入Fe2O3区域加氧最低浓度为 20g/l但是世界上绝大多数采用CWT处理的国家加氧最低浓度为50g/l此外试验还发现维持 Fe2O3 的电位所需氧浓度比生成 Fe2O3的电位所需氧浓度低得多。 图4 为日本砂川电厂 4 号机组采用CWT处理时在开、停炉期间腐蚀电位的变化情况。腐蚀电位在0-100mV 之间变化最大值为100mV电位仍然处于电位-pH 图中 Fe2O3 区域说明开、停机组期间也可采用 CWT处理。 在中性纯水中加氧会使铜合金的腐蚀速度急剧增大如图5 所示因此在低
7、压加热器为铜合金材料的机组上采用 CWT 处理时必须控制给水中氧浓度在合适的浓度。据原苏联介绍通过低压加热器的给水氧浓度控制在70-120g/l范围铜合金腐蚀速度最低；国内现场实验结果表明：对于铜铁部件的热力系统给水中氧浓度控制在10020 g/l 时低压加热器系统出水和炉前给水中铜含量不会高于AVT处理时的值。可见两者的实验结果完全一致。 1.3 给水电导率 在加氧水中电导率与碳钢的腐蚀速度近似于线性关系如图 6 所示。随着给水的电导率增加碳钢的腐蚀速度会显著增加。实际上水的电导率是水中杂质含量的综合反映电导率高杂质含量就多水中的杂质特别是氯离子妨碍正常的磁性氧化铁保护膜的生成反应如下： 2
8、Fe 2+ +H2O +1/2O2 +8Cl- 2FeCl4- +2OH- 研 究 结 果 表 明 ： 当 水 的 阳 离 子 电 导 率 为0.1S/cm 时随着氧浓度的增加(超过 50g/l)碳钢的腐蚀速度会显著下降；而_离子电导达到0.3S/cm 时腐蚀速度开始增大这就是为什么世界各国将阳离子电导率=0.3 做为门限值当给水阳离子电导率大于此值时应停止加氧处理。 2 汽包锅炉加氧处理 目前加氧处理已开始在汽包炉上使用表2是美国和我国汽包炉加氧处理给水和炉水控制指标。可以看出与直流炉加氧处理相比汽包锅炉加氧处理有以下不同。 (1) 汽包锅炉采用 OT 处理比直流炉要高些前者要求给水阳离子电
9、导率 3.1 汽水系统中 Fe浓度显著降低 日本直流锅炉采用 CWT处理后热力系统各部位的铁浓度大大降低仅为 AVT处理时的1/2-1/4。国内某电厂 1 台 500MW超临界直流锅炉采用CWT处理后给水铁离子平均值由过去AVT处理的5.6g/l 下降至0.3g/l下降80%凝结水和高加疏水的铁离子浓度也有显著下降其浓度仅为 AVT 处理时间的 10-20%。 3.2 锅炉的结垢速度明显降低 日本现场使用发现CWT处理时锅炉各部位的结垢速度仅为 AVT 处理时的 1/2-1/3。国内某电厂 1 台 300MW亚临界直流锅炉采用CWT 处理仅 1a检查发现：CWT处理期间锅炉结垢速率为39.99
10、g/(m2 a)与AVT 处理相比结垢速度降低了54.6%。国内另一电厂直流锅炉采用 CWT处理后省煤器和水冷壁垢的沉积速度比 AVT处理时分别下降69%和87%。 3.3 锅炉和给水加热器的压降显著降低国内某电厂 1台 500MW直流锅炉AVT处理运行 2 年多锅炉压差从 4.4MPa上升至7.6MPa；而在CWT处理运行半年后压差已由原来的7.6MPa下降至 6.1MPa给水泵转速随锅炉压差下降而减慢满负荷时汽泵转速从4425r/min 下降到 4222r/min耗汽量相应减少机组效率提高。 日本某电厂运行经验也证明：与AVT处理相比CWT处理的锅炉压降和给水加热器压降分别减少 15kg/cm2 和 5kg/cm2。 3.4 凝结水除盐设备运行周期延长 采用CWT处理后凝结水除盐设备再生频率只有AVT 处理时的 1/5-1/10从而减少了再生剂用量降低了运行费用也有利于环境保护。 第 7 页 共 7 页