（福建省大唐国际宁德电厂 福建宁德 355006）
摘要：本文浅析火电厂直流锅炉给水自动加氧技术的发展历程及现状，根据某火电厂锅炉给水、凝结水加氧过程中出现的问题，浅谈给水自动加氧的作用、目的以及控制原理，有关的控制条件和适应范围，同时也讨论改造的可行性和必要性。通过对锅炉给水、凝结水自动加氧改造前后对比，加氧量能稳定的控制在30-150µg/L最佳范围内，同时氧气消耗量明显下降，在自动加氧运行方式下，给水品质优良稳定，机组运行成本降低，有效的提高机组的安全性和经济行。
关键字：火电厂；直流锅炉；加氧；自动控制
前 言：
20世纪80年代，直流锅炉氧化铁污堵、结垢速率高和锅炉压差上升速度快是中国火电厂发电机组较突出的问题之一。究其原因，主要是与给水系统铁含量高有关。因此抑制给水系统的腐蚀，降低给水铁含量是国内急需解决的问题。热工研究院通过实验室和工业模拟试验，确认了给水加氧处理是解决上述问题的有效方法。1988年我国开始在一台亚临界燃油直流锅炉机组上进行给水加氧处理的工业试验，取得了令人满意的结果，后来又分别在燃煤亚临界和超临界直流锅炉机组上均取得了成功的运行经验。
随加氧技术处理技术的应用及普及，给水联合处理CWT（Combined Water Treatment）逐渐向给水加氧处理OT（Oxygenated Treatment）转变，在我国各类300 MW级以上火电机组中广泛应用，但在技术使用和推广中仍存在不少问题，如不能及时有效的解决，将影响国内给水加氧处理技术大面积推广。
1、锅炉给水加氧处理的目的和适用范围
1.1 目的
给水处理采用加氧处理的目的就是通过改变给水处理方式，降低锅炉给水的含铁量和抑制炉前系统特别是锅炉省煤器入口管和高压加热器管的流动加速腐蚀（Flow-Accelerated Corrosion，简称FAC），从而达到降低锅炉水冷壁管氧化铁的沉积速率和延长锅炉化学清洗周期的目标。
1.2 适用范围
给水加氧处理工艺的核心是氧在水质纯度很高的条件下对金属有钝化作用。为保证水质纯度（氢电导率小于0.15 μS/cm），要求系统必须配置凝结水精处理混床。采用加氧处理工艺的另一条件是低压加热器管材最好不是铜材，因为在氧化条件下铜氧化膜的溶解度较高，氧化铜腐蚀产物最终将转移到汽轮机高压缸沉积下来。
2、锅炉给水自动加氧控制原理
2.1 加氧原理
在给水全挥发（AVT）处理的工况下，金属表面形成Fe3O4，Fe3O4 结构比较松散，铁离子容易游离到给水中，由于铁氧化物不断在热负荷高的部位沉积，在水流作用下生成了表面粗糙的波纹状垢层，该类垢层除降低锅炉受热面的传热效率外，还增加了流体阻力，造成锅炉压差不断上升。而在给水加氧（CWT）联合处理的工况下，金属表面形成Fe2O3，Fe2O比 Fe3O4结构质密，铁离子不易游离到给水中，可减少锅炉的结结垢速率和延长锅炉酸洗周期的时间。
如图1-1所示，当氧量控制得当，热力管道表面可形成质地较硬的Fe2O氧化物薄膜，阻止金属继续腐蚀，同时也减少氧化物的生成量。
图1-1 腐蚀速率曲线
2.2 影响溶氧因素
2.2.1PH值
在高纯水中，给水的PH值不能过低或过高。PH值过低时给水的缓冲能力差，特别是当给水的PH值小于7.0时，碳钢会遭受强烈的腐蚀；而PH值过高，则会使凝结水除盐设备的运行周期缩短。我国（DL/T805.1—2002）的标准推荐将给水PH值控
图2-2 不同含盐量条件下氧含量与金属腐蚀的关系
2.2.3 加氧影响因子
1）加氧调节阀：加氧量的多少，跟加氧调节阀的开度大小有关，当加调节阀开度增大，氧量增加，溶氧值升高；开度减小，氧量减小，溶氧值下降。
2）机组负荷：当机组负荷变化时，给水流量随负荷的变化而发生变化。负荷降低，给水流量减小，在调节阀开度不变的情况下溶氧值上升；相反则溶氧值升高。
3）氧气压力：当纯氧压力低于给水压力或与给水压力相差不大时，氧气无法溶解在给水中，此时溶氧值变小，甚至有给水倒灌的危险，所以必须保证氧气压力高于规定值，一般凝结水入口不低于5.5MPa，省煤器入口不低于3MPa。
要保证加氧的正常运行，需从以上几个方面综合考虑，多角度协调控制才能控制氧含量稳定。
2.3 控制系统
2.3.1 系统介绍
针对以上加氧系统的特点及影响因子，设计了一套在保证调节阀前后差压的情况下只使用调节阀控制加氧量的装置，装置包括加氧汇流排和控制柜。加氧汇流排主要包括速接头、减压阀、压力表、安全阀、管道、变送器及截止门等。控制柜主要包括西门子PLC控制器、液晶显示屏、手动调节阀、电磁调节阀、稳压阀、电磁阀、加氧管路等组成。系统原理图如2-3所示：
图2-4 复合式PI调节原理框图
2.3.2 稳压装置控制技术
加氧自动调节好坏的一个关键因素是加氧调节阀进出口压力能否稳定控制。当工况变化时，精处理出口和除氧器下降管处加氧点的压力也随之变化，若不采取稳压技术措施，将会引起加氧量波动，使溶氧值超出控制范围。系统使用稳压装置以后，在保证加氧调节阀后压差的情况下，还减小热力系统压力变化对加样量的直接干扰，使加氧控制更容易实现，同时也克服更换氧气等工作对整个调节系统的影响，保证控制的稳定性和可靠性。
2.3.3 控制原理
给水凝结水自动加氧采用复合式PI调节，以给水流量（机组负荷）作为前馈，以省煤器入口溶解氧和除氧器入口溶解氧作为反馈信号，通过前馈加反馈调节，解决负荷扰动的滞后问题，同时还能控制加氧量，保证给水中的溶氧值。
复合式PI调节公式：Y = KIQ + Kp△X + KI△X △t
Q：给水流量；Kp：比例系数；KI：积分系数，如图2-4所示
3.改造前后分析
3.1 改造系统概况
某电厂机组为600MW超超临界直流锅炉机组，改造前通过给水加氨、加氧联合水处理方式运行。凝结水给水加氧调节为远方手动调节，调节偏差大；且两台机组加氧共用一个汇流排，任意一台机组工况或是调节变化都会影响两台机组氧含量，无法实现稳定控制。
3.2改造前后对比
加氧改造后，使用独立汇流排，多台机组之间不干扰，同时安装稳压装置，保证调节系统能够稳定控制；控制系统采用就地PLC自动调节，也可远方手动调节。整个系统改造后，加氧量控制稳定。
4.运行效果简评
某电厂1、2号机组给水使用全挥发处理方式运行，3、4号机组使用加氧处理技术，经比较后可知：
1）系统汽水指标明显改善：3、4号机组各项汽水指标明显优于1、2号机组。
2）热力设备结垢速率降低，锅炉酸洗周期延长。
3）延长精处理混床运行周期，精处理出水水质明显改善：在稳定的CWT自动加氧方式下，由于给水PH值处于平衡低位，给水中氨的含量也随之降低，长期运行，大大减少了凝结水精处理混床中阳树脂的负担，延长了混床的运行周期。同时也提高凝结水精处理的出水水质。
4）运行成本降低：4号机组改造后每月消耗的氧气量减半，初略计算每年氧气消耗量即节省约10万元。
5）运行人员无需时实监控和调节，给出设定值后系统可自行调节，且调节效果明显。
5.结束语
给水加氨、加氧联合处理技术的成功应用，打破原有的AVT技术，走向一个更成熟的时代。加氧量自动调节和稳定控制是这一技术的衍生物，能否稳定控制氧含量是关键，加氧自动控制是发展的趋势，在自动控制下能够较稳定的调节氧量是此技术最终的目的。4号机组自动加氧改造后，给水溶氧量能够较稳定的控制，从运行效果看，控制系统在维护中调节较困难，还有待研究改进。总体来说自动加氧控制系统完全可以满足加氧要求，且效果优良。同时也可以研究其他给水处理技术，如：半加氧，半除氧等，使给水处理进入一个新的时代。
参考文献：
[1]DL/T 805.1—2002，火电厂汽水化学导则 第一部分：直流锅炉给水加氧处理导则[s].
[2]火电厂蒸汽通流部件高温氧化皮的影响与防治对策研讨会论文集[C].中国电机工程学会火电分会，2002.
[3]U R Evans.金属的腐蚀与氧化[M].北京：机械工业出版社，1976.
论文作者:晏庆龙
论文发表刊物:《电力设备》2015年6期供稿
论文发表时间:2016/1/12
标签：机组论文; 锅炉论文; 凝结水论文; 系统论文; 氧量论文; 稳定论文; 调节阀论文; 《电力设备》2015年6期供稿论文;