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锅炉在建设和试运期间的水化学工作(Ⅲ)

发布时间：2009/6/11 阅读次数：959 字体大小: 【小】【中】【大】

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锅炉在建设和试运期间的水化学工作(Ⅲ)
倪关龙
(贵州电力试验研究所，贵阳 550002)

7.2 水、汽质量监督
现代电站锅炉的局部热负荷高，即使有少量的沉积物也会引起垢下腐蚀和影响管束传热而造成事故。因此，对凝结水、给水水质及系统内的洁净与否等的影响都要给予重视。
水、汽品质的控制目的是调节工质在运行中化学上的各项指标，保证在各种运行条件下尽可能地降低锅炉等热力系统的腐蚀。机炉在试运期间，水汽质量的异常是经常遇到的，关键在于及时调节水质(调节药量)使其恢复正常。如是设备的原因，需及时找出问题，商讨解决措施。
7.2.1 给水
合理的水处理工艺和合格的设备，加上锅炉及其热力系统在投运前进行必要的化学清洗，这就减少了给水中不良成分对蒸汽的影响。热力除氧器的投入，给水加氨维持pH值9.0～9.4，并添加化学除氧剂，保证锅炉和给水系统金属表面形成牢固的保护膜。
给水中的碳，消耗在中和碳酸和提高水的pH值至规定数值，氨处理实际上是一种中和水中CO2的处理。当然用氨调节水的pH值仍有不足之处，温度升高后它的碱性减弱，水蒸发时的挥发性很大，当水中有氧时，会引起凝汽器铜管和一些铜合金部件的氨腐蚀。
鉴于联氨作为除氧剂，它的毒性大、安全性差(遇明火易爆炸)，目前较广泛地使用丙酮肟。在水汽循环系统中选择合理的加药点对降低铜、铁的作用很大。在实际工作中，应用电位—pH图控制和判断腐蚀的效果。
7.2.2 炉水
大型锅炉的补给水大多具有比较完善的水处理装置，为了防止从水处理设备中穿透过去的(离子泄漏)或由凝汽器漏入的各种杂质产生结垢和腐蚀，必须进行必要的磷酸盐处理来保证水的质量。传统的磷酸三钠处理有两个问题。一是无法消除补给水中本身存在的碱性物质及磷酸盐易发生的盐类暂时消失现象，使炉水含有游离氢氧化钠而造成锅炉的碱性腐蚀；二是有机物(碱性)进入炉水中，使炉水的酚酞碱度降低或者完全消失，加快有机物在水冷壁管受热面上的沉积。同时也会引起蒸汽的污染，由此造成汽轮机的凝结水受氧化铁的污染，使给水含铁量上升，加剧炉水中磷酸盐铁垢和氧化铁垢的形成，产生管壁的金属腐蚀，以及壁温的升高。
为了解决上述两个问题，必须采用“协调pH—磷酸盐控制”的方法。它的基本原理：各类磷酸钠盐是一种pH缓冲剂，而磷酸氢二钠能将具有腐蚀性的氢氧化钠变成无害的磷酸三钠。
Na3HPO4+NaOH→Na3PO4+H2O (4)
协调pH—磷酸盐控制的炉水中，限制了氢氧化物的局部浓度，过量的氢氧化物与磷酸氢二钠化合并生成磷酸钠，磷酸盐溶液发生暂时消失时，析出的固相附着物是磷酸氢盐，它的组成与液体中磷酸盐成分有关。经验表明钠对磷酸盐的摩尔比率R值保持在2.5～2.8范围是较为安全稳妥的。
Na3PO4+0.15H2O Na2.35H0.15PO4↓
+0.15NaOH (5)
0.15NaOH+0.15Na2HPO4 0.15Na3PO4
+0.15H2O (6)
由(5)(6)二式可得：
0.85Na3PO4+0.15Na2HPO4
→Na2.85H0.15PO4↓

比率R值小于2.85，即使有盐类暂时消失现象也不会产生游离的氢氧化钠。如果磷酸氢二钠加入量过多，炉水pH值偏低，此时应加入氢氧化钠和磷酸三钠的混合液，维持在正常值，使炉水中Na2HPO4所占的比例相应地减少，提高Na/PO4的摩尔比，保证炉水pH＞9(25℃)。当炉水含量较高时，可暂停加药。Na/PO4摩尔比偏高，则应补加Na2HPO4。在锅炉运行时要保证炉水的R值控制在范围内，炉水中就有足够的和较高的pH值，如它们落在图3的实践图块中，炉内就不会产生钙垢，也避免酸、碱腐蚀。最佳的协调磷酸盐处理的控制曲线如图4。

图4 协调磷酸盐处理的控制曲线
A：游离氢氧碱度区域B：无游离氢氧碱度区域

7.2.3 蒸汽
饱和蒸汽受污染原因有蒸汽携带炉水水滴(机械携带)和选择性溶解某些盐类。
例如我省有一台超高压锅炉在首运的四个月中，蒸汽含钠量一直超标，在不停炉情况下经系统查钠和汽包水位试验等均毫无结果。停炉检查汽包发现，制造厂在泡包内漏焊汇流箱壁面焊口几十处，清洗盘支架与端板连接处也有多处缺焊，清洗盘两端与汽包壁间有一空间。这就造成了蒸汽清洗分离装置的短路，使蒸汽的机械携带大增。缺陷消除后，含钠量就降至标准值以下。由此证明，一定要重视和完善对制造和安装质量的检查。
蒸汽溶解某些盐类的性能与压力有关。硅酸携带系数高压炉为1%、超高压炉为4%、亚临界炉则为7%左右。硅酸的溶解问题是高压及以上压力的锅炉发展中一个极为重要的问题。蒸汽中溶解的硅酸与炉水的硅酸含量、pH值关系极大。
(8)
(9)
炉水pH值升高，反应向左移动，H2SiO3含量降低，蒸汽中硅酸携带也相应减少。硅酸的携带系数变化规律不很明显，所以炉水的pH值宜控制在9～10(亚临界汽包炉为8.5～9.5)。
从机组运行的观点看，水汽质量监督也是预报热力系统中设备在某一时刻可能发生腐蚀和生成沉积物的依据。图5为热力系统中的水汽监测点。
新机组在试运期间，情况较为复杂，鉴于种种原因，设备的金属表面清洁度不一，尤其未参加化学清洗的设备，仅靠简单的水冲洗方法来完成金属表面的清洁是难以达到要求的。高压加热器就是一个很典型例子，高压加热器投入系统运行，水汽质量就很明显地下降，因此必须重视水冲洗及化学清洗工作。
7.3 循环水处理
我国是世界上12个贫水国家之一，淡水量仅相当于世界人均占有量的1/4，水源不足的潜在危机，迫使近几年建设的火电厂采用敞开式循环冷却水系统(沿海地区例外)。循环冷却水经过降温后重复使用，以达到保护水源、调节用水、合理用水、节约用水。
火电厂建成投产后首先对凝汽器铜管进行硫酸亚铁镀膜；使铜合金管内壁生成一层含有铁化合物的保护膜，对防止铜合金管的冲刷腐蚀、脱锌腐蚀和应力腐蚀都起一定作用。
笔者近几年在工作过程中同某科研单位共同对火电厂的循环水处理中所用阻垢、缓蚀有机膦水质稳定剂进行药剂成分及应用的探讨。
某有机膦阻垢、缓蚀复合剂的成分及作用：
1)膦酸盐〔氨基三甲叉膦酸(ATMP)和羟基乙叉二膦(HEDP)〕HEDP同ATMP能有效地阻止CaCO3、CaSO4垢的形成，ATMP不仅能使已形成的CaCO3失去作为晶体中的Ca2+进行表面螯合，并产生一定的内应力，促使CaCO3的晶核溶解性提高，以过饱和的状态存在于水中。

2)聚羧酸〔聚丙烯酸(PAM)〕对悬浮物、铁氧化物和泥砂等具有优良的分散作用，并可以防止铁离子对有机膦的干扰和避免有机膦酸盐的成垢沉积。

图5 热力系统中的水汽监测点

3)杂环化合物〔苯骈三氮唑(BTA)〕是一种有效的铜和铜合金的缓蚀剂，它不但能抑制铜或铜合金中的铜溶解进入水中，而且还能使已进入水中的溶解铜钝化及防止金属系统中的电偶腐蚀和黄铜的脱锌，pH在6～10时缓蚀率最高。

4)硫酸锌(ZnSO₄)是常用的阴极型缓蚀剂，能加速缓蚀剂的成膜及保持所形成膜的耐久性。

上述配方中的聚羧酸量不能过多(小于100mg/L)，否则将有聚丙烯酸钙垢出现，实际上聚马来酸对碳酸钙的分散能力优于聚丙烯酸。

此外，在敞开式循环冷却水系统中还存在着由菌胶团、藻类、真菌和一定数量的有机物形成粘泥的微生物，这就需要采用杀生力强、毒性低、对粘泥微生物有剥离作用、化学稳定性好和使用方便的季胺类(或氯锭)的杀菌剂。添加杀菌剂一般以15～30d一次为宜。

在火电厂循环水中消除了影响正常运转的化学因素、物理因素、生物因素，这是我们所力求要达到的目的。

水质稳定剂的缓蚀、阻垢机理还不很成熟。有必要连续深入研究，使之完善。

8 锅炉“四管”爆漏

8.1 管理工作

火力发电厂的水、汽质量对锅炉和汽轮机的寿命、安全及热效率的影响极大，提高热力设备的运行水平需要围绕防垢、防腐蚀，提高水处理技术及相应的材料、设备和工艺中出现的问题及时采取对策。为保证机组投产后达到(电力)部颁发的各项运行指标，必须在建设过程中推行热力设备的全面质量管理，强化质量意识，更好地发挥投资效益。

水处理与热力设备运行有着密切关系，设备存在的质量问题有些虽非化学上的原因，但如处理不及时或不当，再加上化学的不利因素，可能扩大为运行事故。

我国锅“四管”(省煤器管、水冷壁管、过热器管、再热器管)的爆漏率比先进国家高五倍多，“四管”的爆漏是一个综合问题，单靠某一单位或某一专业都难以完全防止。必须在设计、制造、安装、调试、发电等部门的多专业通力合作下，做到精心设计、制造、施工、调试和严格的运行管理，“四管”爆漏率才能够大幅度降下来。

8.2 爆漏现象分析

新建机组的锅炉“四管”泄漏事故中，水冷壁事故多，其次为二级再热器，这些泄漏有些是因相邻水冷壁或二级再热器的吹灰器不正常冲刷而致，也有水冷壁鳍片焊接处咬伤管壁或与其它部件(如穿墙管、密封箱、支架等)在点焊时受损所致。再热器泄漏中还有是调节受热面出口联箱管座和再热器调节段出口汇集箱下封头焊缝处的开裂。

过热器、再热器处于高温区域，而汽侧换热效果相对就要差，受热面过热温度超过管材允许的使用的极限温度而降低了许用应力，在管内压力下产生塑性变形和过热现象，导致两管的超温爆破。

国内大容量锅炉约有60余台的汽包与集中下降管焊缝处出现不同程度的裂纹，这是由于锅炉在启停过程中汽包产生较大的上下壁温差和内外壁温差，还有的原因是运行中给水温度远远低于汽包高压力下的饱和温度所形成的温差，在安装过程中要认真检查集中下降管与汽包间的焊接质量。

锅炉是高温高压设备，焊接质量对锅炉的安全经济运行有着重大影响。再者，锅炉的频繁启停(特别是急停快启)，会加速锅炉的膨胀，使部分管壁温度达650℃，超过管材的许用温度造成过热，使焊接处更容易产生裂缝。

8.3 炉内水质

锅炉给水品质不良会引起锅炉受热面管内结垢、积盐，影响传热，由此产生的金属化学腐蚀和电化学腐蚀(主要是给水溶氧超标而产生的吸氧腐蚀)，首先表现在省煤器管内的点状腐蚀坑，化学制水中操作不当，给水中漏进酸、碱或其它物质后，造成锅炉受热面的大面积腐蚀，当给水硬度、SiO₂及含钠量超标时，水冷壁管内及过热器管弯头内会形成积盐及垢下腐蚀，汽轮机的流通部分和叶片也会有积盐。

汽包锅炉产生的蒸汽污染大致有机械携带炉水和饱和蒸汽内溶解盐类，压力越高蒸汽的性能越来越接近水的性能，所以蒸汽也能直接溶解盐类(主要是硅酸和各种钠化合物)，当然对各种盐类的溶解能力是不同的。在过热器内沉积的盐类是钠盐，SiO₂通常不会在过热器内沉积。

过热器中除了可能沉积各种盐类外，还可能沉积铁的氧化物，这种铁的氧化物主要来源于安装、停放时的腐蚀产物和带进的焊渣等杂质，在锅炉运行中由于铁的氢氧化物在过热蒸汽中的溶解度很小，因此大部分沉积在过热器内，只有微量的细粒被过热蒸汽带入汽轮机中，沉积在汽轮机的各部位中。

9 建设监理(水化学专业)

火电厂建设的监督管理，是对火电厂工程的投资概算，质量和工期进行全面控制，就水化学专业来说，是对热力设备及水处理设备在选型、设计、安装、调试、试生产及检修等方面的全过程质量控制。控制过程中要按有关规则、规程等做好检验及监督管理工作，也要避免建设和生产的脱节，以实现最佳的建设工期和投资效益。图6是水化学专业的监理示意图。

图6 水化学专业监理示意

10 思索与探讨

1)大型火力发电厂的水处理(水的预处理、除盐水处理、凝结水精处理、锅炉给水和炉水的校正处理、循环水处理等)工作量大、技术要求高，做好施工、调试管理，才能优质高效地完成水处理工作，保证热力设备的安全经济运行。

2)火力发电厂竣工前的最后一道检验工序是整套机组联合启动调试，在该工序中必须严格按《火电施工质量检验及评定标准》调整试运篇、《火电工程启动调试工作条例》、《火力发电厂基本建设工程启动及竣工验收规程》及主管局(电力公司)的有关补充规定，消除各种质量缺陷。

3)尽可能避免凝结水的过冷却。因为凝结水过冷却导致凝结水的含氧量增加，对设备造成腐蚀并影响热力设备运行的安全可靠性。

4)水、汽质量的检验监测及化学在线仪表的准确指示是水处理工作中的指南，仪表的投入率和测试技术准确率都体现了化学人员的素质，现有一些调试单位一味追求经济效益可观的工艺调试工作，而忽视了化学仪表的调试技术及测试技术的提高。如不改变该偏向将会后患无穷。

5)为保证热力设备的安全经济运行，锅炉汽水品质是重点，要坚持做到冷态启动时炉水不合格不点火，热态启动时炉水、蒸汽不合格不冲转汽轮机，凝结水不合格不回收，此外，要采用适当的措施保养建设时期的锅炉。

6)凝汽器铜管的硫酸亚铁镀膜必须及时进行，循环水处理用水质稳定剂既要有电力部门的“入网证”又要对药剂进行检验，并建议水稳剂从出厂到使用完在半年内为宜。

7)要重视环保工作及“三废”处理，应依照国家政策、制度使火电厂的各种排放水符合国家废水排放标准。

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倪关龙
(贵州电力试验研究所，贵阳 550002)