直流锅炉水化学工况

直流锅炉水化学工况直流锅炉水化学工况指给水、凝结水的处理方式和水汽质量控制标准。1.直流炉可采用的水化学工况为防止给水、凝结水系统的腐蚀，给水采用热力除氧、联胺化学除氧和加氨调pH、凝结水进行联胺化学除氧和加氨调pH处理（即AVT（R））或给水只进行热力除氧和加氨调pH、凝结水加氨调pH处理（即AVT（O））；或加氧、加氨联合处理水工况（联合水处理CWT或加氧处理OT）。全挥发处理AVT（R）：给水采用热力除氧、联胺化学除氧和加氨调pH；凝结水进行联胺化学除氧和加氨调pH处理。全挥发处理AVT（O）：给水只进行热力除氧和加氨调pH；凝结水只加氨调pH处理联合水处理CWT或加氧处理OT：给水、凝结水都加氧、加氨。由于AVT（R）水化学工况是在对给水进行热力除氧的同时，向给水中加入氨和联胺，以维持一个除氧碱性水工况，从而达到抑制水汽系统金属腐蚀的目的，给水具有较强的还原性，所以AVT（R）水工况是一种还原性水工况。另两种是氧化性水工况。一般机组启动和非正常运行时（给水阳离子电导率≥0.2μs/cm），给水采用AVT（R）工况，即在给水中加入联氨及氨，控制给水系统水质，将结垢和金属腐蚀降至最小。机组正常运行时，继续采用AVT（R），或采用AVT（O）、CWT（OT），控制给水、凝结水回路的水质，使结垢、腐蚀降至最小限度。2.给水、凝结水的加氨目的是维持给水pH值，不仅可中和水中的二氧化碳等酸性物质，防止酸性腐蚀，而且可提高给水的pH值，以增强金属表面钝化膜在水中的稳定性。2台机组设两箱三泵组合式给水、凝结水自动加氨装置各一套，给水加氨点设在除氧器水箱出口管，凝结水加氨点设在凝水精处理系统出口母管。这就是给水pH值调节。2.1给水pH值调节给水的pH值调节就是往给水中加一定量的碱性物质，使给水的pH值保持在适当的碱性范围内，从而将给水系统中钢和铜合金材料的腐蚀速度控制在较低的范围，以保证和铜的含量符合规定的标准。目前火电厂中用来调节给水pH值的碱化剂一般都采用氨（NH3）。给水加氨处理的实质就是用氨来中和给水中的游离二氧化碳，并碱化介质，把给水的pH值提高到规定的数值。2.1.1氨的性质及其在水汽系统中的理化过程氨在常温常压下是一种有刺激性气味的无色气体，极易溶于水，其水溶液称为氨水。一般市售氨水的密度为0.91g/cm3，含氨量约28%。氨在常温下加压，很容易液化。液氨，沸点为-33.4℃。由于氨在高温高压下不会分解、易挥发、无毒，因此可以在各种压力等级的机组及各种类型的电厂中使用。给水中加氨后，水中存在下面的平衡关系：NH3.H2ONH4++OH-因而水呈碱性，可以中和给水中的游离二氧化碳。其中和反应可以认为是：NH3.H2O+CO2NH4HCO3NH3.H2O+NH4HCO3(NH4)2CO3+H2O实际上，在水汽系统中NH3、CO2、H2O之间存在着复杂的平衡关系。在热力设备运行过程中，水汽系统中有液相的蒸发和汽相的凝结，以及抽汽等过程。氨又是一种易挥发的物质，因而氨进入锅炉后会挥发进入蒸汽，随蒸汽通过汽轮机后排入凝汽器。在凝汽器中，富集在空冷区的氨，一部分会被抽气器抽走，尚有一部分氨溶入了凝结水中。随后当凝结水进入除氧器后，随除氧器排汽而损失一些，剩余的氨则进入给水中继续在水汽循环系统中循环。AVT运行试验表明，在凝汽器和除氧器中的损失率约在20%30%。如果机组设置有凝结水净化处理系统，则氨将在其中全部被除去。因此，在加氨处理时，估计加氨量的多少，要考虑氨在水汽系统和水处理系统中的实际损失情况。一般通过加氨量调整试验来确定。2.1.2温度和水的pH值对金属表面保护稳定性的影响图13-1为不同温度下Fe-H2O体系的电位-pH图。可见，Fe3O4保护膜稳定的pH范围与温度有关。随温度的上升，Fe3O4的稳定区逐渐向酸性区移动，而HFeO-的稳定区随之向酸性区扩展。图13-1不同温度下Fe-H2O体系的电位-pH图（a）25℃图13-1不同温度下Fe-H2O体系的电位-pH图（b）100℃图13-1不同温度下Fe-H2O体系的电位-pH图（c）200℃图13-1不同温度下Fe-H2O体系的电位-pH图（d）300℃在Fe3O4保护膜稳定的pH范围内，Fe3O4保护膜稳定性还明显地与pH值有关。根据碳钢在232℃、含氧量低于0.1mg/L的高温水中动态腐蚀试验结果，从减缓碳钢的腐蚀考虑，应将给水的pH值调整到9.5以上为好。但是，控制给水pH值在这个范围，对发挥凝结水净化装置中的离子交换设备的最佳效能是不利的。因为，给水的pH值调节采用加氨的方法，给水的pH值过高，必然使水汽系统内的氨含量过高，这将使处理凝结水的混床设备的运行周期缩短。因此，目前无铜机组在采用AVT时，一般是将给水的pH值控制在9.09.5的范围内。2.1.3氨的加入因为氨是挥发性很强的物质，不论在水汽系统的那个部位加入，整个系统的各个部位都会有氨，但在加入部位附近的设备及管道中水的pH值会明显高一些。而经过凝汽器和除氧器后，水中的氨含量将会显著的降低，通过凝结水净化处理系统时水中的氨将全部被除去。因此，为抑制凝结水-给水系统设备和管道，以及锅炉水冷壁系统炉管的腐蚀，在凝结水净化装置的出水母管及除氧器出水管道上分别设置加氨点，进行两级加氨处理，将给水的pH值调节到9.09.5，以使系统中铁和铜含量都符合水质标准的要求。某600MW超临界机组加氨系统如图13-2所示。图13-2给水加氨系统图加氨处理的药剂可用液态氨和浓氨水。加药前，应先将其配成0.3%0.5%的稀溶液；然后，用柱塞加药泵加入凝结水净化装置的出水母管和除氧器下水管中。加药过程中，应根据凝结水和给水pH值手工调整氨计量泵的行程，也可根据凝结水和给水pH值监测信号，采用可编程控制器或工程控制计算机通过变频器控制加药泵进行自动加药。2.1.4给水加氨处理存在的问题给水采用加氨调节pH值，防腐效果十分明显，但因氨本身的性质和热力系统的特点，也存在不足之处。由于氨的分配系数较大，所以氨在水汽系统各部位的分布不均匀。氨水的电离平衡受温度影响很大，如温度从25℃升高到270℃，氨的电离常数则从1.8×10-5降到1.12×10-6，使水中OH-离子的浓度降低。这样，给水温度较低时，为中和游离二氧化碳和维持必要的pH值所加的氨量，在给水温度升高后就显得不够，不足以维持必要的给水pH值。这是造成高压加热器碳钢管束腐蚀加剧的原因之一，由此还会造成高压加热器后给水含铁量增加的不良后果。为了维持高温给水中较高的pH值，则必须增加给水的含氨量，这就可能使水汽中氨浓度过高，从而将使处理凝结水的混床设备的运行周期缩短。因此，防止游离二氧化碳腐蚀首先应尽量降低给水中的碳酸化合物的含量和防止空气漏入系统，加氨处理只能作为辅助性的措施。3.给水的除氧通常是采用热力除氧和化学除氧相结合的方法，即在给水系统设置热力除氧器作为除氧的主要措施，同时向给水中加入化学除氧剂联氨（N2H4）作为除氧的辅助措施。给水加联胺目的是除去水中的溶解氧，防止金属系统发生腐蚀，2台机组也设两箱三泵组合式给水自动加联胺装置一套，给水加联胺点设在除氧器水箱出口管。3.1热力除氧（略）根据气体溶解定律（亨利定律），一种气体在与之相接触的液相中的溶解度与它在气液分界面上气相中的平衡分压成正比。在敞口设备中把水温提高时，水面上水蒸汽的分压增大，其他气体的分压下降，则这些气体在水中的溶解度也下降，因而不断从水中析出。当水温达到沸点时，水面上水蒸汽的压力和外界压力相等。其他气体的分压降至零，溶解在水中的气体可能全部逸出。利用气体溶解定律，在敞口设备（如热力除氧器）中将水加热到沸点，使水沸腾，这样水中溶解的氧就会析出。这就是热力除氧的原理。由于气体溶解定律在一定程度上也适用于二氧化碳等其他气体，热力法不仅可除去水中溶解的氧，也能同时除去水中的二氧化碳等其他气体。而二氧化碳的去除，又会促使水中的碳酸氢盐的分解，所以热力法还可除去水中部分碳酸氢盐。热力除氧器的功能是把水加热到除氧器工作压力下的沸点，并且通过喷嘴产生水雾及淋水盘或填料形成水膜等措施尽可能地使水流分散，以使溶解于水中的氧及其他气体能尽快地析出。热力除氧器按其工作压力不同，可分为真空式、大气式和高压式三种。真空式除氧器的工作压力低于大气压力，凝汽器就具有真空除氧作用。因此，在高参数、大容量机组中，通常是将补给水补入凝汽器，而不是补入除氧器，这进一步改善了除氧效果，可使给水达到“无氧”状态。大气式除氧器的工作压力（约为0.12MPa）稍高于大气压力,常称为低压除氧器。高压式除氧器在较高的压力（一般大于0.5MPa）下工作，其工作压力随机组参数的提高而增大。火力发电机组通常采用卧式高压除氧器，其工作压力常在lMPa以上，除氧头壳体采用碳钢-不锈钢（内壁）复合钢板制成，所有内部构件材料也均为不锈钢。例如，哈尔滨锅炉有限责任公司制造的YYW-2000型除氧器的壳体由厚度为(3+18)mm的1Cr18Ni9Ti+20g复合钢板制成，除氧水箱壳体材料为20g，最高工作压力为1.14MPa，最高工作温度为373.2℃。3.2联氨处理3.2.1联氨的性质联氨又称肼，在常温下是一种无色液体，易溶于水，它和水结合成稳定的水合联氨（N2H4.H2O），水合联氨在常温下也是一种无色液体。在25℃时，联氨的密度为1.004g/cm3，100%水合联氨的密度为1.032g/cm3，24%的水合联氨的密度为1.01g/cm3。在101.3kPa时联氨和水合联氨的沸点分别为113.5℃和119.5℃；凝固点分别为2.0℃和-51.7℃。联氨易挥发，当溶液中N2H4的浓度不超过40%时，常温下联氨的蒸发量不大。空气中联氨蒸汽对呼吸系统和皮肤有侵害作用，所以空气中的联氨蒸汽量不允许超过1mg/L。联氨能在空气中燃烧，其蒸汽量达4.7%(按体积计)时，遇火便发生爆炸。无水联氨的闪点为52℃，85%的水合联氨溶液的闪点可达90℃。水合联氨的浓度低于24%时，则不会燃烧。联氨水溶液呈弱碱性，因为它在水中会电离出OH-：N2H4+H2ON2H5++OH-，25℃时的电离常数为8.510-7，它的碱性比氨的水溶液弱(25℃时，氨的电离常数为1.810-5)。联氨会热分解，其分解产物可能是NH3、N2和H2，分解反应为：5N2H4=3N2+4NH3+4H2，在没有催化剂的情况下，联氨的分解速度取决于温度和pH值。温度愈高，分解速度愈高；pH值增高，分解速度降低。联氨是还原剂，不但可以和水中溶解氧直接反应，把氧还原：N2H4+O2=N2+2H2O，还能将金属高价氧化物还原为低价氧化物，如将Fe2O3还原为Fe3O4、CuO还原为Cu2O等。3.2.2影响联氨除氧反应的因素联氨除氧反应是个复杂的反应，并且水的pH值、水温等对反应速度有影响。联氨在碱性水中才显强还原性，它和氧的反应速度与水的pH值关系密切，水的pH值在911之间时，反应速度最大。温度愈高，联氨和氧的反应愈快。水温在100℃以下时，此反应很慢；水温高于150℃时，反应很快。但是若溶解氧量在10g/L以下时，实际上联氨和氧之间不再反应，即使提高温度也无明显效果。3.2.3联氨除氧的工艺条件为了取得良好的除氧效果，给水联氨处理的合适条件应是：水温150℃以上，水的pH值9以上，有适当的联氨过剩量。一般正常运行中控制省煤器入口处给水中的联氨过剩量2050g/L。在锅炉启动阶段，应加大联氨的加药量，一般控制在100g/L。3.2.4联氨的加入部位联氨一般加在高压除氧器出口的给水母管中，通过给水泵的搅动，使药液和给水混合均匀。为了使联氨与氧的作用时间延长些，并且利用联氨的还原性减轻低压加热器管的腐蚀，可以把联氨的加入点设置在凝结水泵的出口。新建超临界机组的联氨，一般在高压除氧器出口的给水母管和凝结水泵的出口中都加。3.2.5联氨的加药系统及操作注意事项联氨处理所用药剂一般为含40%联氨的水合联氨溶液，也可能用更稀一些的，如24%的水合联氨。给水、凝结水联胺加药系统如图13-3所