汽包炉水低磷酸盐处理工艺的应用

摘要：近十几年来，汽包炉水磷酸盐处理工艺得到快速发展，  现在低磷酸盐处理工艺基本得到肯定。本文简述了汽包锅炉  炉水采用低磷酸盐处理的必要性，并介绍了炉水低磷酸盐处  理工艺的运行调整试验及运行工艺条件。  
关键词：汽包锅炉；磷酸盐处理；应用研究
1  引言  
        在北京、天津、唐山（以下简称京津唐）地区  的九九年度化学监督会上，我们决定改变本地区各  台高压及以上的汽包炉水磷酸盐处理工艺，即由原  来控制磷酸根浓度为  2-8mg/L、pH9-10，并辅加  Na2HPO4  来控制炉水  Na+与  PO4  摩尔比为  2.3-2.8的协调磷酸盐处理工艺全部改成控制磷酸根浓度小  于3mg/L、并辅以氢氧化钠处理的低磷酸盐处理工  艺。由99  年年初开始到现在，  这一地区的各火电  厂汽包锅炉基本都采用了低磷酸盐处理工艺。部分  超高压、亚临界汽包炉的炉水磷酸根浓度都控制在  1mg/L  以下，即控制在磷酸盐平衡点浓度附近运行，  并同时加纯碱以维持炉水  pH  值。天津大港发电厂  两台意大利进口的强制循环汽包炉原采用加氨和联  氨的全挥发性处理工艺，炉管沉积率一直比较大，  近几年来，采用低磷酸盐处理工艺，炉管沉积率大  幅度下降。  

2  磷酸盐处理工艺转换的基本原由  
        我国大部分地区很长时间以来都是采用协调  磷酸盐处理工艺，工作做得很多，为什么我们地区  要转换磷酸盐处理工艺呢？我觉得基于如下几点：  
        ⑴  基于国内外磷酸盐处理工艺的研究发展。  
        磷酸盐处理工艺已应用了几十年。从应用一开  始，人们就在研究它。随着机组容量、参数的不断  加大，随着补给水水质的变化（锅炉补给水由软化  水改为除盐水），磷酸盐处理工艺得到不断发展。  回忆起来，前后差不多运用过五种处理工艺，在某  段历史时期，每种处理工艺都有一定的先进性。见  表1。
        近  10  几年来，国外对磷酸盐处理工艺的应用  研究取得了重大进展，尤其是加拿大、美国等对磷  酸盐的处理给以新的概念。加拿大提出了平衡磷酸  盐处理工艺，美国提出了低磷酸盐处理工艺，这些  工艺都经过了多年的运行实践，并在理论上说明了  避免磷酸盐暂时消失现象和酸性磷酸盐腐蚀的可能  性。这些成果给我们提供了借鉴作用。  
        在磷酸盐处理新工艺的应用研究方面，国内也  进行了很多年的深入研究。比如，在多年试验研究  的基础上，我们的国标已将亚临界参数的汽包锅炉  炉水磷酸盐处理的磷酸根浓度定为0.5-3mg/L，这  相同于平衡磷酸盐处理工艺的控制标准。再如，近  几年来，国内已有好几台汽包锅炉应用了低磷酸盐  处理工艺（磷酸根浓度小于  1mg/L），  有的还进行  了超低磷酸盐处理工艺的应用研究（磷酸根浓度控  制在  0.1—0.5mg/L）。这些应用研究都取得了比较  成熟的运行经验。  
        伴随着国内外的不断探索，反复研究，炉内磷  酸盐处理工艺的应用已发展到了一个新的阶段。应  该说，到目前为止，我们对炉内磷酸盐处理工艺的  特点有了比较清楚地认识，因此，我们应该更合理、  更安全地应用。  
        ⑵  基于国内的实际应用情况。  
        在国内，协调磷酸盐处理工艺应用时间较长，  达二十多年。在协调磷酸盐处理工艺的二十多年应  用中，我们几乎每年都在研究它，完善它，发展它，  比如对R  值的计算、控制、修正上；在配药浓度的  调整、计算与加药系统的设置等方面，全国各地做  了不少工作，我们地区也如此。但在使用中出现了  很多问题，过去机组容量小些，问题不是太明显。  随着机组容量、参数的提高，电网调峰力度的加大，  协调磷酸盐处理工艺暴露出的问题越来越多。在深  度调峰（调峰负荷超过  50%）过程中，很多锅炉都  发生磷酸盐暂时消失现象；有些锅炉在较大的变动  工况下，连续好几天测不出磷酸根，发生了严重的  盐类暂时消失现象；还有些锅炉发生了明显的皿状  腐蚀，一种酸性磷酸盐腐蚀特征。
        大家知道，磷酸盐处理主要存在着两方面问  题：一是产生酸性磷酸盐腐蚀。酸性磷酸盐腐蚀通  常发生在有汽囊或汽水冷却不正常的部位，国外测  试研究表明，发生酸性磷酸盐腐蚀的直接原因是因  为加入Na2HPO4。二是发生磷酸盐暂时消失现象。  在机组负荷剧烈波动的情况下，采用磷酸盐处理的  炉水会发生盐类暂时消失现象，即当负荷剧烈增加  时，炉水磷酸盐含量大幅度降低，甚至测不出，pH  明显升高；工况相反，负荷降低时，会出现暂时消  失的盐类回溶，炉水磷酸盐含量很快增加，  炉水  pH  大幅度降低。  炉水在变动负荷下的盐类暂时消  失与盐类回溶都会导致磁性氧化铁保护层的溶解，  加速炉管的腐蚀。发生磷酸盐暂时消失现象的主要  条件是磷酸盐在炉水中的含量，另外还和炉管表面  的清洁程度和热负荷有关。不管炉水中Na＋与PO4的摩尔比值为多少，只要炉水中含有一定量的  PO4  ，都会发生磷酸盐暂时消失现象。很显然，协调磷酸盐处理工艺不能避免所存在的这两方面问  题。
        ⑶  电网要求我们提高监督管理水平。
        现在，电网管理不断加强，机组运行日益稳定，  水汽质量也非常好，化学监督各方面都有很大的提  高。但炉管沉积率仍较高。统计陡河发电厂#5-#8  四台  200MW、张家口发电厂#1-#4  四台  300MW、  下花园发电厂#1、#2  两台100MW  机组一个酸洗周  期的炉管沉积率发现，沉积率数值都在20g/m2.a  以  上，见表  2。这几台机组都是国产机组，沉积率比  较大。其原因：首先与凝汽器的泄漏有关,凝汽器泄  漏在有些机组上时有发生；其次与机组启停时的水  质变化有关，但现在机组运行都比较稳定，非停次  数已少于年均1  次/台，因此机组启停对水质的影响  已很小；最后的原因就是与炉内采用协调磷酸盐处  理工艺有较大关系。降低炉管沉积率，应在炉内处  理工艺方面做工作。  
        还有，我们现在要求所有机组必须做到五年以  上一次大修，我们的锅炉酸洗周期最好应适应这一  点，最好在15  年以上洗一次锅炉，这样就要求炉管  的沉积率在  20g/m2.a  以下，  否则满足不了这样的  大修时间间隔要求。要达到这样的要求，除抓好日  常的机组启停监督、严格异常水质处理等工作外，更重要的是要优化我们的炉水处理、给水处理。

3  加强炉内低磷酸盐处理工艺的管理  
        工艺优化，从机理上保证了炉内处理工况的合理性、安全性、可靠性，但是否能达到预想的效果，  还有待我们的日常管理。几年来，京津唐地区汽包  锅炉磷酸盐处理工艺的实施基本正常，大多炉水水  质合格率较高，大多数电厂管理较细，水质控制十  分好。实施结果，应该说取得了较好的效果。但有  部分机组，主要是几台  100MW  的老机组，由于运  行条件没有完全满足，使炉水水质出现波动，合格  率忽高忽低。下面就京津唐地区几年来的应用情况  谈如何应用好低磷酸盐处理工艺。  
        ⑴.保证磷酸三钠的纯度。与协调磷酸盐处理工  艺比较，采用低磷酸盐处理工艺后,炉水中控制的磷  酸根浓度降低了很多。所以优化了炉内处理工艺  后，可以节约可观的药品费用。但磷酸根浓度降低  后，炉水的缓冲性也大幅度降低，所以采用低磷酸  盐处理工艺后，必须提高炉水的清洁程度，尽量避  免外界杂质对炉水的污染。为此对加入的炉水校正  药品必须保证一定的纯度级别，如加入的磷酸三钠  要使用分析纯级，不能使用工业品。采用了低磷酸  盐处理工艺，减少了药品用量，提高药品纯度后应  该不会增加运行费用。  
        ⑵.配制合适的加药浓度。炉水控制的磷酸根浓  度降低后,药箱中配制的药液浓度也要相应降低。采  用协调磷酸盐处理工艺时，配制的磷酸三钠浓度一  般为  50g/L，而现在采用低磷酸盐处理工艺后,根据  我们地区的经验，配制的磷酸三钠浓度要降低至  10g/L  以下。  
        炉水中的磷酸根浓度要求小于  3mg/L，我们地  区多数汽包锅炉控制在  0.5-2mg/L。为维持炉水的  pH  值，在磷酸根浓度降低后，还要辅以  NaOH  处  理。磷酸三钠和  NaOH  不必分别配制，可在配制的磷酸三钠药液中，加入一定量的苛性钠。其配制比  例一般为  Na3PO4·12H2O∶NaOH  =  10∶0.3—10∶  1。  配制的比例应通过试验来确定。一般情况下，  按这样比例配制的药液加入到炉内，如控制磷酸根  浓度小于  2mg/L，炉水  pH  值可达  9.2—9.6，  炉水  电导率通常为  5—15μS/m。  我们还可以根据炉水  的酚酞碱度测定值来调整苛性钠的配制比例，炉水  的酚酞碱度一般控制在  0.005—0.025μmol/L。  
        ⑶.连续均匀地进行加药处理。运行加药调整试  验中发现，要想避免发生磷酸盐暂时消失现象，炉  水中的磷酸根浓度要小于  1mg/L，  最好在  0.6mg/L  以下。但我们目前没有这么做，只要求将磷酸根浓  度控制在一定范围内，控制小于  3mg/L，  即按平  衡磷酸盐处理工艺的水质条件控制。这样的水质工  况虽然仍存在着盐类暂时消失现象，但炉水的缓冲  性相对较大，适应性强，同时也便于监督控制。  如  按低磷酸盐处理水质条件控制，磷酸根浓度控制那  么小，一是要自动加药，要采用在线仪表监督。但  现在我们多数机组仍不是自动加药，日常水汽监督  仍靠手工分析。靠手工分析，很难控制均匀，监督  到位。二是炉水的缓冲性十分小，对于凝汽器管为  铜材的老机组来说，水质工况很难稳定。从我们地  区许多电厂的几年运行工况来看，炉水磷酸根浓度  维持越稳定，水质工况越好。如不连续均匀地加药，  磷酸根浓度忽高忽低，水质工况就不好，炉水的  pH  和磷酸根合格率就较低。  我们有很多汽包锅炉都  将磷酸根浓度控制在  0.5—2mg/L  范围内，并辅加  微量的苛性钠处理，水质工况比较理想。  
        ⑷.注意机组启停及调峰时的水质控制。  机组  在启停过程中，负荷起伏较大，如磷酸盐浓度控制  不当，容易发生盐类暂时消失现象，给炉管带来腐  蚀危险。停炉时，负荷降低，有可能发生沉积的磷  酸盐回溶，使磷酸根不断增加，pH  大幅度下降；启动时，负荷上升，如炉管沉积物较多，易于发生  能测不出。针对上述情况，要通过试验采取措施：  停炉时，提前少加或停加磷酸三钠；启动时，苛性  钠的加入量应适当增加。  
        由于居民用电量大幅度增加，使电网供电的峰  谷差进一步加大。为满足电网的要求，机组必须深  度调峰运行。  京津唐地区大多数时候要求机组具  有  50%负荷调峰运行的能力。在夏季严重时，要求  机组后夜深调至  40%的负荷运行。  深度调峰运行  给机组的水质工况控制带来较大的难度，稳定较低  的磷酸根浓度，并辅以微量的苛性钠处理，精心调  整，实践证明是可以控制好水质的，这当中的关键  是通过调整保证炉水的  pH  值合格。  
        ⑸.异常水质按异常处理原则进行调整。炉水磷  酸根浓度降低后，炉水的缓冲性就降低，对异常水磷酸盐暂时消失现象，加之水质较差，磷酸根有可  质的适应性就差，炉水一旦发生异常情况，如凝汽  器出现泄漏，就要少加或停加苛性钠处理。如果炉  水水质异常比较严重，就要按异常处理原则调整，  或改变处理工况，乃至停炉消缺。