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防止磷酸盐在蒸汽系统的沉积

发布时间：2011/3/26 阅读次数：2498 字体大小: 【小】【中】【大】

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防止磷酸盐在蒸汽系统的沉积
孙本达
西安热工研究院有限公司（西安710032）
[摘要] 介绍了如何正确使用磷酸盐处理技术，减少或防止过热器和汽轮机中磷酸盐的沉积。
[关键词] 磷酸盐处理技术磷酸盐的沉积
1 前言
我国的汽包锅炉的炉水大多采用磷酸盐处理，对防腐防垢起到了较好的作用。但是部分锅炉的过热器和汽轮机高压缸存在磷酸盐的沉积现象，有的已经影响到机组的安全经济运行。例如南方某电厂300MW 机组因过热器发生磷酸的严重沉积而爆管，汽轮机积磷酸盐垢达1mm 厚，汽轮机热效率下降，额定负荷多消耗蒸汽40t/h；北方某电厂600MW 机组运行5 年后汽轮机积磷酸盐垢达1.5mm 厚，额定负荷多消耗蒸汽200t/h！因此，正确使用磷酸盐处理技术，减少或防止过热器和汽轮机中磷酸盐的沉积具有现实意义。
2 蒸汽中磷酸盐的来源
2.1 溶解携带
炉水采用磷酸盐处理，蒸汽总要按炉水中的磷酸根浓度以一定比例溶解携带磷酸盐。锅炉汽包的运行压力越高，磷酸盐的溶解携带就越严重。研究发现，采用磷酸盐处理的亚临界锅炉，蒸汽中都可检测出PO₄^3-，汽轮机高压缸往往结磷酸盐垢，严重时磷酸盐含量高达70%以上。按DL/T 805.2－2004，汽包运行压力超过19.3 MPa 时不应采用磷酸盐处理。这时最好应改为全挥发处理。最近的研究发现，汽包运行压力超过18.8 MPa 时，蒸汽溶解携带磷酸盐的现象已经非常明显。蒸汽对磷酸盐的携带与磷酸盐的沉积是两个完全不同的过程。炉水采用磷酸三钠处理时存在以下水解平衡：

由于炉水的pH 值至少要大于9.0，因此认为2 级、3 级水解反应几乎不可能进行的观点是错误的。因为在高温的炉水中，水的中性点要下移，例如在300℃时水的中性点的pH值只有5.7，这时水本身的电离将提供不可忽视的H+浓度，使得炉水中有一定比例的H₃PO₄存在。H₃PO₄ 的汽水分配系数要比Na2HPO₄高4 个数量级，比NaH₂PO₄高几十倍，见图1。

因此，H₃PO₄成为蒸汽溶解携带的主要形式。
磷酸盐的沉积与溶解携带不同，由于磷酸化合物在蒸汽的溶解度以磷酸三钠最低，所以总是以磷酸三钠的形式沉积。也就是说蒸汽中的钠的含量决定磷酸盐的沉积量。当蒸汽中的钠含量大于磷酸根含量时，磷酸盐将全部沉积。沉积的部位取决与蒸汽的压力和磷酸盐浓度，通常沉积在汽轮机高压缸。
2.2 机械携带
蒸汽携带水滴与汽包内的汽水分离装置、汽包的空间和蒸汽的参数有关。蒸水分离装置的完好有助于汽水分离，旋风分离器的倾斜、倾倒、波纹板的错位、汽包内衬裂纹都会影响汽水分离效果。汽包的直径和水位的高低会影响汽水分离空间。汽水分离高度不够，蒸汽带水就会明显增加。蒸汽的温度、压力越高，汽、水的密度差就越小，分离就越困难。正常汽包锅炉机械携带系数见图2。

图2 典型汽包锅炉机械携带

2.3 确定溶解携带和机械携带
携带被定义为饱和蒸汽中化学物浓度与炉水中的浓度（一般在排污水中测得）的比值。总携带量（T）定义为：
T = M + V （4）
式中，M 是机械携带（随蒸汽水分），
V 是蒸汽携带。
总携带量可以通过分析钠测量得到：

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