CN101851020A - 直流锅炉定向氧化给水处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直流锅炉定向氧化给水处理工艺。目前直流锅炉给水加氧工艺存在过热器、再热器表面氧化皮大量脱落现象。本发明采用一种直流锅炉定向氧化给水处理工艺，其特征在于对锅炉给水进行了两个阶段的定向氧化处理，即定向氧化转化阶段和定向氧化稳定补膜阶段，采用在凝结水精处理系统出口加氧，氧量按传统加氧工艺的要求控制，等给水管路氧化完毕进行定向氧化稳定补膜阶段时，降低氧的加入量，加入的氧仅供修补给水管道上的氧化膜。本发明保证了给水系统和省煤器入口管路金属表面转化并得到修补，降低给水含铁量，起到了给水氧化处理的目的；保证了蒸汽中不出现氧，避免了过热器、再热器氧化皮问题。

Description

直流锅炉定向氧化给水处理工艺

技术领域

本发明涉及锅炉给水处理领域，具体地说是一种直流锅炉定向氧化给水处理工艺。

背景技术

目前直流锅炉给水处理主要采用三种工艺，即AVT-R、AVT-O以及OT。AVT-R称为全挥发还原性给水处理工艺，即锅炉给水采用给水加氨和联氨来调节其化学特性；AVT-O称为氧化性全挥发给水处理工艺，即锅炉给水只采用加氨处理来调节其化学特性；OT称为锅炉给水加氧处理工艺，即锅炉给水采用加氨和加氧来调节其化学特性。

AVT-R存在一定的缺陷，目前已为业内公认，主要表现在给水系统的流动加速腐蚀(简称FAC)控制方式上，该控制方式是通过加氨把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(Fe₃O₄)的溶解度，防止全面腐蚀，抑制点腐蚀等局部腐蚀，以防止碳钢腐蚀。然而在AVT-R的处理下，锅炉热力系统金属表面会生成外层结构疏松的Fe₃O₄保护膜，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，加大了给水泵的动力消耗。另外，由于给水中铁堆积在锅炉水冷壁管、高压加热器系统，部分机组在系统压差达到极限值时就会发生故障。

AVT-O是在AVT-R上改良而来，该给水处理工艺除不加入除氧剂(联氨)外，其余与AVT-R基本相同，该工艺已经证明能在一定程度上降低腐蚀产物的溶解和沉积，但对FAC的抑制还是远远不够，国内有很多直流锅炉机组采用该给水处理工艺，其给水铁离子含量超标现象非常严重。给水铁离子含量表证了给水系统的铁离子腐蚀溶出，直接表明了给水处理工艺对抑制FAC的作用。

正是在此种情况下，国内外大部分直流炉机组给水系统采用了较为先进的给水加氧处理工艺(即OT)。锅炉给水采用加氧处理的原理是利用给水中的溶解氧对金属的钝化作用，使金属表面形成被一层氧化铁水合物(FeOOH)所覆盖的致密而稳定的保护性氧化膜，以降低给水的铁含量，防止给水系统的流动加速腐蚀(FAC)的发生，从而降低锅炉管的结垢速率、减缓直流炉运行压差的上升速度、延长锅炉化学清洗的周期和凝结水精处理混床的运行周期。OT工艺最早由70年代的西德发展而来，90年代初美国电科院(EPRI)正式建立加氧处理的导则，并迅速发展起来。我国从1988年首次在望亭亚临界燃油直流锅炉机组上成功地进行了OT的工业试验，取得了令人满意的结果。据报导，到2000年为止，世界上已有83％以上的直流炉和5％以上的汽包炉改为OT处理。然而，OT工艺本身也存在一些争议，主要表现为：

1)同一电厂同一类型的机组，实施给水加氧处理的机组出现了过热器、再热器金属表面氧化铁皮大量脱落的问题，而没有实施给水加氧处理的机组氧化铁皮脱落的情况不严重或没有出现氧化皮脱落现象。

2)过热器、再热器金属表面氧化铁皮的生成主要与金属材料以及运行温度有关，是高温下水和金属直接反应的结果，这是比较公认的观点。但蒸汽中有氧的情况下是否会加速氧化铁皮的脱落或者使氧化铁皮脱落的临界厚度发生变化，目前还处于研究阶段，没有确切结论。

3)传统给水加氧处理工艺实施过程为：先将给水系统氧化，然后氧化水冷壁系统，最后氧化过热器和再热器系统。从典型的加氧处理转化过程看，汽水分离器见氧后直到主蒸汽的氧与汽水分离器出口氧平衡需要很长一段时间，过热器系统有否消耗氧气情况不明，有报道称这是由于取样管路处于氧化阶段导致氧检测不到，但此说法很难令人信服；如果这部分氧气能够将四氧化三铁氧化成三氧化二铁，那三氧化二铁的生成量是比较大的。

4)四氧化三铁和三氧化二铁的膨胀系数存在很大差异，四氧化三铁的膨胀系数大于三氧化二铁的膨胀系数，三氧化二铁的膨胀系数远远低于300系列不锈钢。当温度变化剧烈时，各层之间的热膨胀导致的应力直接导致氧化皮剥落。

5)国内有资料表明随着锅炉给水溶解氧含量的升高，剥落氧化皮中Fe₂O₃的含量呈现升高的趋势，故锅炉给水加氧处理有增加Fe₂O₃的迹象，因而有可能会增大氧化皮的剥落倾向。

发明内容

为解决直流锅炉机组给水系统流动加速腐蚀所造成的给水铁离子含量高，使腐蚀产物迁移到锅炉中导致的节流圈结垢、锅炉水冷壁结垢、压降上升和炉管过热爆管等故障问题；同时也为避免经典加氧OT工艺存在的过热器、再热器加氧后氧化皮生成和剥落的争议问题发生，本发明提供一种直流锅炉定向氧化给水处理工艺。

本发明采用如下的技术方案实现：直流锅炉定向氧化给水处理工艺，其过程如下：经过处理的除盐水在蒸汽热交换后进入锅炉，在直流锅炉内吸收燃料的热量蒸发成饱和蒸汽，蒸汽进入过热器、再热器系统进一步吸热，再进而进入汽轮机推动汽轮机连带发电机运转，实现热能向机械能进而向电能的转化，做完功的乏汽进入凝汽器经冷却，混合新补充的除盐水作为锅炉给水进行下一循环的发电运行，其特征在于对锅炉给水进行了两个阶段的定向氧化处理，即定向氧化转化阶段和定向氧化稳定补膜阶段。

本发明之所以设计两阶段处理的原因为：给水加氧处理解决的是给水管路的流动加速腐蚀问题，不是为了解决水冷壁或蒸汽系统金属的腐蚀问题，因此可以考虑采用定向控制将给水系统氧化后降低给水系统的氧，加入的氧仅供修补给水管道上的氧化膜；而蒸汽中不出现氧，蒸汽的品质与不加氧的机组没有区别。在实施本发明时，定向氧化转化阶段采用在凝结水精处理系统出口加氧，氧量按传统加氧工艺(OT工艺)的要求控制，等给水管路氧化完毕进行定向氧化稳定补膜阶段时，将氧的加入量降低，控制省煤器入口氧含量小于10μg/L。

本发明定向氧化转化阶段和定向氧化稳定补膜阶段的转换点评判参数为：给水监测点溶解氧大于加入点溶解氧浓度的95％，给水氧化还原电位(ORP)长期稳定并达到-150mv以上，给水铁离子稳定并小于1μg/L。在满足以上三重标准的基础上，可以实现由定向氧化转化阶段向定向氧化稳定补膜阶段转化，之后的给水处理运行按定向氧化稳定补膜阶段要求进行。

本发明的定向氧化转化阶段须在锅炉给水采用AVT-O的给水处理工艺条件下实施，给水AVT-O处理时，只采用给水加氨调节pH值，不加入除氧剂(联氨)有助于实施定向氧化过程中的加氧转化，即加入的氧直接参与金属氧化物的转化工作，而避免消耗在除氧剂上。

本发明的定向氧化转化阶段中，控制给水氢电导率、蒸汽氢电导率均小于0.2μs/cm，给水溶解氧在50μg/L～300μg/L，饱和蒸汽溶解氧≤7μg/L。给水氢电导率、蒸汽氢电导率小于0.2μs/cm有助于高溶解氧状态下的金属腐蚀控制；为实现给水系统快速、稳定实现金属氧化膜的转化工作，控制给水溶解氧在50μg/L～300μg/L；同时为了避免过热器、再热器氧化皮因加氧而引起的争议问题，控制饱和蒸汽溶解氧≤7μg/L，保持过热器、再热器运行在AVT-O工艺的参数状态下。

本发明的定向氧化稳定补膜阶段中，控制给水氢电导率、蒸汽氢电导率均小于0.15μs/cm，给水溶解氧≤10μg/L，饱和蒸汽溶解氧≤7μg/L。定向氧化稳定补膜阶段是定向氧化转化阶段后需要长期进行的阶段，其给水氢电导率、蒸汽氢电导率、给水溶解氧和饱和蒸汽溶解氧控制均为正常运行控制指标。

本发明的定向氧化稳定补膜阶段中，调整除氧器排汽门开度控制给水溶氧含量作为外部加氧工作的补充，在控制给水溶解氧≤10μg/L的前提下，尽量使给水溶解氧含量接近10μg/L。

本发明定在向氧化转化阶段和定向氧化稳定补膜阶段均采用工业在线氧化还原点位仪表、溶解氧表、氢电导率表进行给水、炉水和蒸汽的工况实时监测。根据监测结果来判断水质情况并进行及时的水质调整，使得水质参数满足给水系统定向氧化处理的要求。

与传统的直流锅炉给水处理工艺(AVT-R、AVT-O、OT)相比，本发明采用了定向氧化给水处理技术，并将定向氧化技术分解为定向氧化转化阶段和定向氧化稳定补膜阶段，在保证本发明所需要的水汽参数条件下，具备超越给水处理技术的优点，并具有显著的经济效益和社会效益。

本发明具有的优点：

1)保证给水系统和省煤器入口管路金属表面转化并得到修补，降低给水含铁量，起到了给水氧化处理的目的。

2)保证蒸汽中不出现氧，不存在传统氧化处理方式下过热器可能消耗一部分氧的问题，避免了过热器、再热器氧化皮问题与加氧是否有关的争议。

3)不改变蒸汽的品质，使蒸汽参数符合全挥发处理的要求。

4)可以与传统加氧方式(OT)进行比较，验证蒸汽中的氧对过热器、再热器氧化铁皮的脱落是否有关。

本发明具有的经济效益和社会效益：

1)给水系统的流动加速腐蚀(FAC)得到有效抑制，腐蚀导致的铁离子含量明显降低，汽水品质提高。

采用本发明后，给水系统的铁离子含量明显小于AVT-R和AVT-O处理技术工况，较AVT处理工况，铁离子降低70％以上，汽水品质有了很大的提高。给水系统铁离子的减少说明凝结水、给水系统的金属腐蚀得到有效抑制。

2)采用定向氧化给水处理技术后，机组停机保护工作变得简单，停机阶段只需热炉烘干，无需其他保护措施，节省大量停机保户费用，同时停机阶段的金属腐蚀明显减轻，机组启动时水冲洗时间缩短，冲洗用水量得到大大节省。

3)避免过热器、再热器氧化皮问题和加氧(OT)处理关系的争论，彻底避免因加氧可能引起的氧化皮剥落而导致爆管停机的问题，彻底避免机组因加氧导致的非正常停机的风险。

4)精处理装置周期制水量大幅增加，运行周期延长。

相比AVT-R的水处理工艺，凝结水精处理设备运行周期延长近一倍，相应的废水处理和排放减少一半，同时再生药品的消耗也减少一半，经济效益和环保效益均较为突出。

5)节省水处理药剂费用

除节省凝结水精处理再生和废水处理的药剂费用外，相比AVT-R节省了大量的除氧剂联氨的药品费用，相比OT处理耗氧量也大幅减少。

6)锅炉水冷壁等受热面结垢风险降低，酸洗周期延长，运行炉压减小明显，确保机组安全稳定高效的运行。

由于给水系统的铁离子含量得到有效控制，沉积到锅炉水冷壁等受热面的积垢产物也相应减少，锅炉的结垢速率大幅下降，锅炉的酸洗周期得到延长，经济效益明显，同时由于结垢得到有效控制，运行炉压减小，厂用电耗也得到有效节省，沉积物的有效控制也是的锅炉水冷壁管局部过热爆管的风险大大降低，机组的运行安全得到进一步的保证。

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为本发明实施前给水系统的铁离子含量。

图2为本发明稳定补氧阶段铁离子变化图。

具体实施方式

经过处理的除盐水在蒸汽热交换后进入锅炉，在直流锅炉内吸收燃料的热量蒸发而成饱和蒸汽，蒸汽进入过热器、再热器系统进一步吸热成为超超临界蒸汽，进而进入汽轮机推动汽轮机连带发电机运转，实现热能向机械能进而向电能的转化，做完功的乏汽进入凝汽器经冷却，混合新补充的除盐水作为锅炉给水进行下一循环的发电运行。给水系统实施定向氧化处理，分两个阶段进行，即定向氧化转化阶段和定向氧化稳定补膜阶段。定向氧化转化阶段的实施：在凝结水精处理系统出口加氧和除氧器下降管加氧点处进行加氧，氧量及其他相关水质参数按传统加氧(OT工艺)的工艺条件进行控制，加氧过程中监测给水铁离子含量、溶解氧以及ORP数据，在达到两个阶段的转化参数时，定向氧化转化阶段向定向氧化稳定补膜阶段定转化，此时降低纯态氧的加入量降低，控制省煤器入口氧含量小于10μg/L，ORP监测数据大于-150mv，其他参数按AVT-O工艺条件进行控制。

应用实例：以浙江某1000MW超超临界机组直流锅炉给水系统实施本发明为例进行说明。

一、工业应用试验目的

机组原给水处理方式为AVT-O工艺，锅炉水处理只采用加氨调节pH运行。从机组投产到2009年12月已运行2年多时间，期间水汽品质控制较好，但给水铁离子含量时有超标，同时在运行期间发现直流锅炉水冷壁节流圈经常性发生金属腐蚀产物沉积，并有多次水冷壁因节流圈污堵导致的爆管事故，经过检测分析该节流圈沉积腐蚀产物多为磁性氧化铁(Fe₃O₄)粉末。而磁性氧化铁与给水系统的流动加速腐蚀(FAC)存在极大的相关性，所以抑制给水系统的流动加速腐蚀，控制给水的铁离子含量，从而避免和缓解锅炉水冷壁节流圈的磁性氧化铁沉积，降低锅炉水冷壁因流态不畅导致的过热爆管故障即是电厂锅炉运行的当务之急，也是本次工业应用试验的主要目的。

二、实施过程

直流锅炉给水系统定向氧化处理实施过程分两个阶段进行，即定向氧化转化阶段和定向氧化稳定补膜阶段。

在工业应用试验机组已采用AVT-O给水处理方式实施第一阶段的给水定向氧化转化。首先对实施定向氧化技术的加氧系统和水汽取样系统进行了适当的改造，增加了给水系统的在线化学仪表(包括除氧器出口溶解氧表、饱和蒸汽溶解氧表、给水ORP表等)，使得转化阶段水汽调整满足定向氧化处理技术要求。控制定向氧化转化阶段给水氢电导率、蒸汽氢电导率均小于0.2μs/cm，给水溶解氧在50μg/L～300μg/L范围；饱和蒸汽溶解氧≤7μg/L。同时实时跟踪监测给水铁离子含量的变化。

在定向氧化转化阶段如果发现监测参数达到向定向氧化稳定补膜阶段转变的条件，即：给水监测点溶解氧大于加入点溶解氧浓度的95％；给水氧化还原电位(ORP)长期稳定并达到-150mv以上；给水铁离子稳定并小于1μg/L时，减少加氧点的氧气加入量，并按定向氧化稳定补膜阶段的要求控制水汽品质。定向氧化补膜阶段的主要水汽控制要求如下：给水氢电导率、蒸汽氢电导率均小于0.15μs/cm，给水溶解氧≤10μg/L；饱和蒸汽溶解氧≤7μg/L，给水氧化还原电位(ORP)≥-150mv，其余参数按AVT-O工艺条件控制。

三、结果分析

该机组在实施定向氧化给水处理(即本发明)之后，给水系统的流动加速腐蚀(FAC)得到有效抑制，给水系统的铁离子含量有显著下降，下降幅度在70％以上，由实施前的2μg/L左右，降到实施后的0.5μg/L以下。实施给水系统定向氧化处理以后4个多月，锅炉运行炉压无明显上升，彻底改变原来机组运行三个月节流圈就会出现明显污堵的情况，节流圈已经不再需要进行专门的独立清洗，为此机组的停机次数得到有效降低，实施给水系统定向氧化处理后，锅炉水冷壁管不再发现有过热现象。由于本发明不触及过热器、再热器系统，所以锅炉蒸汽系统没有改变原来方式运行，也就不存在氧化皮和加氧关系的影响问题，机组的运行安全也得到大大提高。

Claims (7)

1.直流锅炉定向氧化给水处理工艺，其过程如下：经过处理的除盐水在蒸汽热交换后进入锅炉，在直流锅炉内吸收燃料的热量蒸发成饱和蒸汽，蒸汽进入过热器、再热器系统进一步吸热，再进入汽轮机推动汽轮机连带发电机运转，实现热能向机械能进而向电能的转化，做完功的乏汽进入凝汽器经冷却，混合新补充的除盐水作为锅炉给水进行下一循环的发电运行，其特征在于对锅炉给水进行两个阶段的定向氧化处理，即定向氧化转化阶段和定向氧化稳定补膜阶段，采用在凝结水精处理系统出口加氧，氧量按传统加氧工艺的要求控制，等给水管路氧化完毕进行定向氧化稳定补膜阶段时，降低氧的加入量，加入的氧仅供修补给水管道上的氧化膜。

2.根据权利要求1所述的直流锅炉定向氧化给水处理工艺，其特征在于定向氧化转化阶段和定向氧化稳定补膜阶段的转换点评判参数为：给水监测点溶解氧大于加入点溶解氧浓度的95％；给水氧化还原电位长期稳定并达到-150mv以上；给水铁离子稳定并小于1μg/L。

3.根据权利要求1或2所述的直流锅炉定向氧化给水处理工艺，其特征在于所述的氧化转化阶段在锅炉给水采用AVT-O的给水处理工艺条件下实施。

4.根据权利要求3所述的直流锅炉定向氧化给水处理工艺，其特征在于氧化转化阶段控制给水氢电导率、蒸汽氢电导率均小于0.2μs/cm，给水溶解氧在50μg/L～300μg/L，饱和蒸汽溶解氧≤7μg/L。

5.根据权利要求4所述的直流锅炉定向氧化给水处理工艺，其特征在于氧化稳定补膜阶段，控制给水氢电导率、蒸汽氢电导率均小于0.15μs/cm，给水溶解氧≤10μg/L，饱和蒸汽溶解氧≤7μg/L，给水氧化还原电位≥-150mv。

6.根据权利要求5所述的直流锅炉定向氧化给水处理工艺，其特征在于在定向氧化稳定补膜阶段，通过调整除氧器排汽门开度控制给水溶氧含于在定向氧化稳定补膜阶段，通过调整除氧器排汽门开度控制给水溶氧含量。

7.根据权利要求1或2所述的直流锅炉定向氧化给水处理工艺，其特征在于定向氧化转化阶段和定向氧化稳定补膜阶段均采用工业在线氧化还原点位仪表、溶解氧表、氢电导率表进行给水、炉水和蒸汽的工况实时监测。

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