隨著我國電力建設的發展，新建機組多為具有循環熱效率高，發電煤耗低、節能、環保等諸多優勢的高參數、大容量的超（超）臨界機組。由于水在超臨界壓力下為單相流體，鍋爐蒸汽系統只能采用直流運行方式。而直流爐在正常運行中沒有排污，因此鍋爐進水的水質直接影響到進入汽輪機蒸汽的品質，也直接影響機組的安全運行及電廠的經濟效益，其處理方式對機組的安全經濟運行有著極其重要的意義。加氧處理工藝自20 世紀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用了該項技術，同時它對于防止給水系統內的流動加速腐蝕（Flow Accelerated Corrosion，FAC）具有無可比擬的優勢，是超（超）臨界壓力火電機組給水處理的首選工藝。
1 給水加氧原理
在全揮發處理（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℃）的凝結水系統、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，鍋爐熱力系統金屬表面會生成外層結構疏松的Fe3O4銹層，伴隨水流的沖擊，給水系統內產生流動加速腐蝕，造成鐵的腐蝕產物不斷在熱負荷高的部位沉積，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保護性更好的Fe2O3＋磁性Fe3O4保護膜。這樣，在給水加氧工況下可使碳鋼表面膜具有雙層結構，而且Fe2O3的溶解度遠比Fe3O4低，所以形成的保護膜更致密、穩定，能經受流動加速腐蝕，從而降低給水的鐵濃度。
當水中有少量的氧時，在鋼的表面上，瞬時進行向內延伸反應：
6 Fe+7/2 O2+6 H+=Fe3O4+3 Fe2++3 H2O （1）
Fe3O4層呈微孔狀（1％～15％孔隙率），和鋼本身的晶體結構相似，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微孔通道中擴散出來進入水相的鐵被氧化，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）
從電化學的角度看，在流動的高純水中添加適當濃度的氧，可以提高鋼的自然腐蝕電位數百毫伏，使金屬表面發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定的氧化性保護膜，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的重要手段。首先凝結水系統應配備100％全流量精處理設備，運行中應采取措施保證精處理設備有足夠的緩沖能力，避免引起水質波動，同時定期檢測樹脂特性，保證凈化效果。
（2）保證給水水質的高純度性，使給水的氫電導率小于0．15 μS/cm（25℃）；否則，應盡快查找異常原因，采取措施以恢復正常水汽品質。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，特別是當給水的pH 值小于7．0時，碳鋼會遭受強烈的腐蝕；而pH 值過高時，則會使凝結水除鹽設備的運行周期縮短。一般給水的pH 值控制在8．0～9．0 之間。
（3）防止凝汽器和凝結水系統漏入部分空氣。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，水汽循環系統中各設備均應為鋼制元件。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，影響進入汽輪機的蒸汽品質，從而造成汽輪機葉片在高溫下被金屬銅離子點蝕，進而影響機組的安全穩定運行，因此，對于水汽系統有銅加熱器的機組，應通過專門試驗，在確定加氧后水汽系統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、鈷合金材料的調節閥易發生選擇性腐蝕，造成水質污染或閥門卡澀，需對相關設備加強檢測和縮短檢修維護周期，確保無缺陷運行［3］，同時也應選用抗氧化性能和抗脫落性能更好的材料。
（5）新機組投運3～6 個月后，待機組運行穩定、水質滿足加氧要求時，應盡早考慮實施給水加氧處理的轉換；高參數、大容量鍋爐系統較為復雜，機組工況急劇變化或低負荷時容易發生個別爐管內介質流動不良，形成閉塞區，給水加氧會加重閉塞區腐蝕，因此，控制較低的加氧量（30～150μg/L）可以有效降低腐蝕。
（6）已經投運數年的機組，應割管檢測鍋爐系統的結垢情況，鍋爐水冷壁管內的結垢量應小于250 g／m2，否則，必須在進行鍋爐（包括爐前給水系統）的化學清洗后，才可轉入給水加氧處理。
（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微開或定期開啟。機組在進行給水加氧后，除氧器成為混合式加熱器，起到水箱的作用，其排氣門一般關閉。當凝汽器或凝結水系統不嚴密，可能造成系統內滲入空氣，出現不凝結氣體超標和二氧化碳酸性腐蝕的現象。因此，必須根據化驗結果適時微開或定期開啟除氧器排氣門，除去水汽系統中部分不凝結氣體和微量二氧化碳，當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根據實際情況具體確定。
3 加氧處理技術實施
3．1 加氧系統
加氧系統由氧氣貯存設備、匯流排、氧氣流量控制設備和氧氣輸送管線組成。加氧處理系統如圖1 所示。
由高壓氧氣瓶提供純度大于99％的氧氣經減壓閥針形流量調節閥加入系統，系統中選用精密的逆止閥防止發生給水倒流。加氧控制方式采用手動調節和自動調節并聯控制。一般以除氧器下降管（即給水泵吸入側）加氧點為自動控制點，自動控制參數由給水流量、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 轉換方式
機組在AVT 運行工況下啟動，轉化為加氧方式前，應提前1 個月停止加聯氨。期間加強對凝結水和給水溶解氧濃度、鐵和銅濃度的監測，直至水質穩定達到加氧處理的條件。當運行負荷增加并達到正常運行負荷時，將AVT 運行轉換到OT 運行工況。
為加快循環回路中溶解氧濃度恢復到平衡，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率難以控制，產生局部腐蝕的危險，在整個加氧轉化過程中保持平穩加氧狀態，中間過程停氧有可能使鐵的含量上升。同時應監測各取樣點水樣的氫電導率、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，增加水汽系統的緩沖性，也需要加少量的氨，將給水pH 值控制在8．0～9．0 之間（有待通過試驗進一步明確）。
加氧過程中，若給水和蒸汽的氫電導率均超過0．2 μS/cm，則應適當減小加氧量，以保持給水和蒸汽的氫電導率小于0．2 μS/cm。當蒸汽中的溶解氧的質量濃度達到30～150 μg/L 時，調節加熱器的排汽門，監測且維持高壓加熱器疏水系統的溶解氧質量濃度為10～30 μg/L。
4 給水加氧處理效果評價
4．1 熱力系統含鐵量
給水處理采用加氧方式后，由于熱力系統形成的雙層氧化保護膜使金屬表面處于完全鈍化狀態，有效抑制了FAC，給水系統鐵的濃度明顯降低。另外隨著水汽系統的循環，加熱器疏水系統的氧濃度得到上升，水相金屬表面生成氧化保護膜，使疏水系統也得到保護。
4．2 精處理的運行周期及系統加藥量
OT 工況下，以600 MW 超臨界機組為例，凝結水精處理系統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，精處理的再生次數明顯減少，再生酸堿用量及水耗節約效果顯著。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 鍋爐的結垢速率
機組采用給水加氧后，金屬表面形成的保護膜使熱力系統內鐵的濃度大幅度降低，鐵的氧化物在熱負荷區的沉積速率隨之減小，水冷壁結垢情況得到改善，同時也延長了鍋爐化學清洗的周期。在機組大修水冷壁、省煤器等部位割管檢查中發現，熱力系統表面已形成良好的鈍化膜。在停爐大修不保養45 d 的情況下，機組啟動冷、熱態沖洗，很快達到機組啟動的水質要求，比機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，滿負荷時給水泵的轉速由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，機組的效率從而得到提高。
5 停運保護
機組停運時，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，不允許加入聯氨，因為在停運時聯氨的存在會增加腐蝕產物的濃度，對已形成的鈍化膜有破壞作用。此外在停運期間也不應采用成膜胺保養（如十八胺等保護藥品），鍋爐機組進行OT 處理所形成的水合氧化鐵表面膜就有停用保護作用。具體參見http://www.xhxdt.com更多相關技術文檔。
6 結語
給水加氧技術在超（超）臨界直流鍋爐的應用具有優良的安全及經濟價值，對于新建機組，應根據實際情況，盡早開展加氧技術的相關試驗，如最優加氧量和最優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節，這對于汽水品質的優化，乃至機組的長期穩定運行具有重要意義。
