给水弱氧化性处理方式wot的研究和应用

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1、电厂学化2009学术会暨国电厂学网年中化2009论坛会议论高峰文集 2009.10汉武 41 给水弱氧化性处理方式给水弱氧化性处理方式 WOT 的研究和应用的研究和应用 李长鸣 吴文龙 何俊峰 电试验研郑（河南力究院，州市嵩山南路 85号，450052） 摘摘 要要 分析总结了 AVT（O）及其应用中遇到的问题，全面介绍 WOT 的定义、原理、作用原则和丰富、完善、发展、 初步建立过程，分析其合理性、可靠性的化学热力学、化学动力学依据，简介最佳凝结水系统工况自然贫氧凝结水条件下的 WOT 补氧方式，WOT 方式给水 pH 的期望值方式优化控制，简介了 WOT 在河南的典型应用，最后提出 WOT

2、 技术观念和 命名的思路以及对 WOT 未来发展的展望。 1 WOT（弱氧化性处理）简介（弱氧化性处理）简介 WOT 意指给水弱氧化性处理（weak oxiding teatment）,是我们多年来研究、应用持续完善、丰富、发 展 AVT（O） ，提出的技术观念和处理方式命名。 河南电力试验研究院自 2002 年成为 EPRI 循环化学会员单位后，首选其给水 AVT（O）方式为切入重 点，开展研究应用。当时 AVT（O）尚未命名，与其较早在 EPRI 导则1中一样，在 EPRI 文献中表述为这样一种给水工况：取消还原剂，靠除氧器排汽调节凝结水过高溶氧，控制省煤器给水溶氧在 0- 10g/L。

3、甚至一度被简化称为只加氨的全挥发性处理。在 2003 年 8 月完成的 EPRI 导则固体碱处理导则2草稿中，它首次被命名为 AVT(O)，意为氧化性的给水全挥发处理（不加还原剂） 。为与其对应区别，传统的给 水氨联氨处理方式则被首次被命名为 AVT(R)。 在此导则草稿中， AVT(O)和 AVT(R)无差异地与多种典型 炉水固体碱处理方式组合运用，以此方式明确了 AVT(O)中溶氧的控制原则和作用。2004 年 10 月，我国发 布的相应行业标准3与国际标准接轨，正式采用了此方式和相应命名。我们的研究坚信：在经典的 AVT、OT 发展成熟和普遍应用的基础上，推出 AVT（O）使成为给水技术

4、发展史上的第三种（很可能也是最后 一种）独立的处理方式，非常必要，具有旺盛的生命力和广阔的应用前景及优势。同时我们也确认，AVT （O）还相对简单、粗放，使其应用受到明显限制，与其应有地位极不相称。 2002 年后，国内也有一些研究单位、院校、电厂开展了相关研究。其中理论分析最具代表性的，当属 湖南所和武大合作报道的“汽包炉局部轻微氧化性无除氧剂水化学工况” （后更名为汽包炉弱氧化性水化学 工况）的命名、原理分析和在一台机组的试验情况和效果4。 在我们对 AVT(O)的重点研究推广中，对其基本原理、与现有处理方式的关系、方法合理性、安全性 始终遇到多方面的问题、误解和质疑，甚至曾被安评一度叫停

5、；对于贫氧凝结水，如何使系统快速实现 AVT(O)最佳防护；对采用 AVT(O)方式优化的机组，如何确认其充分转化、有效防护、汽水参数规范合理， 可以正式长期运行验收优化工作；等等相关问题，均无法由 EPRI 导则和已有文献得到现成的明确答案和 处理指导。 我们后经研究认为： （1）这（指什么？）与 AVT(O)方式推出后，推广应用缓慢，与最经典的 AVT 和 随后发展的 OT 相比，所占比例甚微，不无关系；2）AVT(O)方式确实有待深入研究、丰富、改善、发展， 才能使之在给水技术发展史上获得应有地位，发挥其应有作用。 我们的研究认为，丰富、改善后的 AVT(O)要解决和回答的问题应当包括：

6、 1）明确 AVT(O)的定义、原理和作用原则，使之准确区别于 AVT 和 OT； 2）明确确认 AVT(O)可行性、可靠性的化学热力学、化学动力学依据，明确其方法的合理性和安全性； 3）结合给水高自然溶氧时除氧器排汽溶氧调节方式，AVT(O)应具备溶氧双向调节能力和规范设计； 在最佳凝结水系统工况的自然贫氧凝结水条件下，也能实现给水系统氧化性优化处理； 4）在溶氧双向调节中，均应具有安全实现最快转化和最佳保护作用的规范和设计； 5）明确确认，AVT(O)应对给水 pH 以期望值和 SC 监测方式进行优化控制； 6）明确确认，AVT(O)方式优化的评价和验收标准； 7）丰富、改善、发展后的 A

7、VT(O)，应另有其合理命名。 本文以下各节将介绍我们的相应研究工作和分析结论。对经过丰富、改善、发展后的 AVT(O)，我们 郑重建议改称之为 WOT。 2 WOT 的准确定义、原理和作用原则的准确定义、原理和作用原则 2.1 WOT 原理和作用原则原理和作用原则 由 EPRI 导则中2，AVT(O)和 AVT(R)无差异地与多种典型炉水固体碱处理方式（PC(H)、PC(L)、CT） 组合运用，结合水冷壁、省煤器铁氧化物的主要沉积机理，可以对 WOT 的原理和作用原则进行分析、推 断如下： 电厂学化2009学术会暨国电厂学网年中化2009论坛会议论高峰文集 2009.10汉武 42 1） A

8、VT(O)和 AVT(R)相同，不影响炉内的无氧或贫氧（无溶氧（或其它氧化剂） ，也无还原剂的工况） 状态； 2） WOT 中溶氧的作用和保护范围，限于给水系统； 3） 水冷壁、省煤器铁氧化物高沉积率下的主要沉积量来自给水系统较低温度段（具体指哪个部位？） 产生并迁移至高温受热面的腐蚀产物，给水系统的氧化性处理保护（包括 AVT(O)或 WOT）可以 起到釜底抽薪（用词请斟酌）的作用。水冷壁、过热器、再热器等下游高温受热面，无须氧化性 处理，即可得到理想的腐蚀防护； 4） 和 AVT 相同，WOT 中的疏水系统对均匀腐蚀的防护，应靠提高和精准控制给水 pH 或加氨量；同 时更应谨防单相和双相

9、FAC，尤其是后者。 2.2 WOT 的准确、完整定义的准确、完整定义 WOT 是一种综合应用 OT 和 AVT 的基本原理和优势，全面考虑汽水系统防护，阶段优化控制凝结水 和省煤器溶氧，快速形成、可靠控制过渡区于省煤器中，安全实现给水系统快速氧化性转化和有效防护的 氧化性处理方式。WOT 具有给水溶氧双向调节和优化控制能力，可在各种溶氧水平的凝结水条件下实现 对给水系统的最佳防护，保护下游受热面有效减少沉积；同时以提高和精准控制给水加氨量的方式，保护 疏水系统。 3 WOT 的化学热力学、化学动力学依据的化学热力学、化学动力学依据 3.1 WOT 中高温受热面保护的化学热力学依据中高温受热面

10、保护的化学热力学依据 在汽水循环系统流程中，随温度上升，还原性或贫氧条件下的四氧化三铁具有不同的结构和溶解度。 其溶解度变化趋势如图 1 所示5。 可见，当水温达到省煤器后段或水冷壁对应温度后，在较宽的给水 pH 范围内，四氧化三铁的溶解度 均降至很低含量，达到可以忽略的程度。对于过热器、再热器，氧化皮的形成基于水蒸气氧化机理，主要 稳定物相是磁铁矿，OT 的加氧含量远达不到赤铁矿的分解氧分压6（见图 2） ，不可能也无需进行氧化性 防护。 图 1 氨性给水中 Fe3O4 溶解度温度曲线 图 2 三种蒸汽压力条件下的氧气分压影响及其对相应氧化物稳定性的影响 以上即是文献7所说，加氧处理中水冷壁

11、并不靠转化成三氧化二铁进行防护的化学热力学依据；也是 WOT 给水系统局部氧化处理，有效保护水冷壁受热面，防止高沉积率的化学热力学依据。 3.2 WOT 可靠性的化学动力学依据可靠性的化学动力学依据 超临界机组 WOT 的实践中，不可避免的经常遭遇受到以下严峻质疑：如何能确保给水溶氧不进入炉 内，引起水冷壁氧腐蚀，或成为超临界机组过热器氧化皮突出剥落问题的疑似加剧因素。 这个问题必须建立起 WOT 过渡区模型，由给水溶氧沿程反应的化学动力学给予回答： 1）按照化学反应速率温度规律，一级反应的反应速度 k 随温度每升高 10，则增加 2- 3 倍。对给 水系统转化化学氧化反应： 2Fe3O4+1

12、/2O2= 3Fe2O3 反应速率 k 的温度系数取 2 倍/10保守估算，设自凝结水典型温度（40）的温度系数 k0=1，自凝 结水典型温度至省煤器典型温度 300（省煤器入口一般 280- 285）间，计算数据和曲线见表 1 和图 3。 电厂学化2009学术会暨国电厂学网年中化2009论坛会议论高峰文集 2009.10汉武 43 024681012DO， ug/L转化1转化2转化3表 1 给水反应速度常数温度影响 序号 温度， k ，vs40 1 40 1 2 60 2 3 80 4 4 100 8 5 120 16 6 140 32 7 160 64 8 180 128 9 200 25

13、6 10 220 512 11 240 1024 12 260 2048 13 280 4096 14 300 8192 图 3 给水溶氧沿程反应速度曲线 2）WOT 可以通过精准控制给水溶氧，可使其最终耗尽于沿流程某一设备中（一般为省煤器） ，相应 形成三个典型部位；以转化区为界，前后分为已转化区和未转化区。各区域特征简述于表 2。 表 2 给水系统 WOT 处理的三个特征区域 区域名称 特征参数 已转化区 过渡区 未转化区 表面组成特征 Fe203 Fe203/ Fe304过渡 Fe304 表面特征颜色 砖红色 砖红/钢灰混合过渡 钢灰色 表面成因 有溶氧连续修补。 残余溶氧氧化/热力学

14、再还原动态消长。 贫氧工况、 热力学稳定。给水溶氧水平 最高。与凝结水 CDO，0 相当，消耗很少。 由 CDO，0向零转变，沿 程变化明显。 在上游基本耗尽，基本 为零，沿程变化可略。 水质氧化还原特征 氧化性 在氧化性/贫氧间转化 贫氧 ORP 最高 居中明显下降 最低 相对温度 最低 居中 最高 3）在 WOT 中，随转化进行，过渡区逐步沿流程向下游推进。示意可见图 4。由图 5 曲线可见，给水 溶氧的反应速度沿流程随温度增加指数上升，至省煤器入口时，相对凝结水温度，反应速度增加数千倍。 对应图 4 中转化各阶段过渡区，溶氧沿流程的下降速度随流程温度升高加快，过渡区范围缩小，更利于将 过

15、渡区控制限定在省煤器之中。 这意味着，溶氧残余量快速下降，转化区的流程长度和温度范围相应缩短，这即是 WOT 确保给水系 统局部氧化性处理的化学反应动力学机理和可行性、可靠性的理论依据。 图 4 WOT 转化各阶段过渡区沿流程变化 图 5 WOT 各阶段给水溶氧沿流程分布 给水溶氧沿程消耗反应速度相对变化 （vs25）给水溶氧沿程消耗反应速度相对变化 （vs25）01000200030004000500060007000800090000100200300温度，T相对反应速度V电厂学化2009学术会暨国电厂学网年中化2009论坛会议论高峰文集 2009.10汉武 44 过渡区对于 WOT 是重

16、要概念，与 OT 有重要区别。 在 WOT 中，过渡区指主动控制耗尽给水溶氧的沿程设备相应部位，过渡区是系统表面 Fe3O4/Fe2O3 物相间的分界过渡，也是给水弱氧化性和贫氧的分界过渡。WOT 中，过渡区是实际上最重要的控制点， 是理论分析和应用控制的关键。 OT 中，过渡区是随流程温度升高，Fe3O4愈加稳定，不再被溶氧进一步氧化的沿程设备相应部位，系 统表面同为 Fe3O4/ Fe2O3相间过渡，但其前后汽水同为明显氧化性。OT 原理中，无过渡区概念；运行中不 能刻意控制；但事实上，客观存在，化学热力学分析可确认，处于省煤器后至水冷壁沿流程的某一区域。 4 最佳凝结水系统工况自然贫氧凝结水条件下的最佳凝结水系统工况自然贫氧凝结水条件下的 WOT 方式补氧方式补氧 4.1 最佳凝结水系统工况和凝结水自然贫氧最佳凝结水系统工况和凝结水自然贫氧 最佳凝结水系统工况指：1）系统严密性优良，无循环冷却水