电厂化学培训资料

电厂化学培训资料锅炉监察工作的目的是及时发现火电厂锅炉、压力容器、压力管道的安全隐患，防止承压部件发生爆破事故。锅炉化学监督的主要任务就是防止水、汽系统中金属材料的腐蚀、结垢和积盐，从而保证锅炉安全、经济运行。也就是要保证进入锅炉的水、汽品质能够满足其安全的需要，避免因介质因素对这些设备造成危害。热力设备的腐蚀有时是一个缓慢的过程，腐蚀的开始阶段一般不会直接威胁到设备的安全运行，如果人们对此不注意，任其发展，以至造成严重的后果。但有时腐蚀发展很快，例如某电厂新投产的锅炉投运不足2个月就发生大面积腐蚀并多次爆管，不得不更换大量的水冷壁管。因此，锅监工程师应时刻注意腐蚀、结垢和积盐等影响安全的苗头，及时采取措施或提醒化学人员采取措施，不然会造成严重后果。通过对本教材的学习，可系统、概要地掌握化学监督的有关知识，指导你所管辖的锅炉更安全、更经济地运行。本教材从火电厂水处理的基础知识着手，介绍了如何防止杂质进入锅炉，如何正确选择锅炉给水、炉水的处理方式，最大限度地防止热力设备在运行期间发生腐蚀、结垢和积盐，以及如何选用停用保护方法，防止发生停用腐蚀，使锅监工程师对锅炉、压力容器等安全运行能真正起到监督和指导作用。森达热电建湖公司彭海金火力发电是把燃料的化学能，通过火力发电设备转变为电能的生产过程。在这一过程中离不开传递能量的工质。由于水的传热性能好，热容量高，分子量小，给水泵输送1份体积的水所产生的蒸汽流过汽轮机的体积可达22.4×1000÷18÷0.03=4148份，因此被认为是火电厂用于做功的理想工质。水在做功的过程中是这样进行循环进行的，即燃料在锅炉中燃烧把燃料中的化学能变成热能传递给锅炉中的水，吸收热能后的水变成具有一定温度的蒸汽，然后流经过热器进一步升温后进入汽轮机，推动汽轮机旋转。汽轮机带动发电机将机械能转变为电能。汽轮机做功后的乏汽排入凝汽器中，被冷却成凝结水，经处理后再次送往锅炉循环利用。另外，在火电厂中大量的转动机械的轴瓦也需要用水来冷却。因此，水在火电厂中起着能量传递、水变成高温后蒸汽后推动汽轮机旋转和冷却等作用。由于水在火电厂的作用不同，其水质差别很大。在实际生产中，我们给这些水以不同的名称：如生水、补给水、凝结水、给水、锅炉水、疏水、冷却水等。1.又称原水，是指未经处理的天然水，如江河水、湖水、地下水等。在火电厂中生水既可作为制取补给水的水源，又可作为冷却水或消防水使用。2.是指生水经过各种方法处理后，用来补充火电厂中水、汽循环系统损失的水。补给水按其净化处理方法不同，又可分为软化水、蒸馏水和除盐水等。3.在汽轮机做功后的蒸汽经凝汽器冷却成的水，称凝结水。4.送往锅炉的水称之为给水。凝汽式发电厂的给水主要由凝结水、补给水和各种疏水组成。热电厂还包括返回凝结水。5.在锅炉本体的蒸发系统内流动着的水，称之为锅炉水，简称炉水。6.火电厂内部各种蒸汽管道和用汽设备中的蒸汽凝结成的水称之为疏水。它经疏水器汇集到疏水箱。在火电厂中高压疏水一般回收到除氧器，低压疏水回收到凝汽器。7.热电厂向用户供蒸汽后，回收蒸汽凝结水称为返回凝结水，简称返回水。8.作为冷却介质的水称之为冷却水。在火电厂中，它主要是指通过凝汽器用以冷却汽轮机排汽的水。为了防止水中的杂质进入锅炉后发生沉淀和结垢，一般对原水进行预处理（混凝、澄清、过滤）和水的除盐处理（一级除盐、脱二氧化碳、二级除盐或超滤、反渗透、EDI），尽量使锅炉补给水中的杂质最少；为了防止水对水汽、系统金属的腐蚀，防止腐蚀产物进入锅炉并引起水冷壁的腐蚀、结垢以及防止蒸汽携带杂质引起过热器和汽轮机腐蚀、积盐等，需要对给水和炉水进行处理。例如，给水中的腐蚀产物Fe3O4、CuO进入锅炉后，一方面在锅炉热负荷高的部位沉积，产生铜、铁垢，影响热的传递，严重时发生锅炉爆管，另一方面铜垢容易被高压蒸汽携带，它往往沉积在汽轮机的高压缸部分。因此，既要严格控制锅炉给水的质量，又要对给水、炉水进行合理的处理，防止发生任何形式的腐蚀。锅炉给水通常由补给水、凝结水和生产返回水组成。因此，给水的质量通常与这些水的质量有关。为什么要不停的向锅炉补水呢？这是因为虽然火电厂中的水、汽理论上是密闭循环，但实际上总是有一些水、汽损失，包括以下几方面：1.锅炉：汽包锅炉的连续排污，定期排污、汽包安全阀和过热器安全阀排汽、蒸汽吹灰、化学取样等。2.汽轮机：汽轮机轴封漏汽、抽汽器和除氧器的对空排汽和热电厂对外供汽等。3.各种水箱：如疏水箱、给水箱溢流和其相应扩容器的对空排汽。4.管道系统：各种管道的法兰连接不严和阀门泄漏等。因此，为了维护火电厂热力系统的正常水、汽循环，机组在运行过程中必须要补充这些水、汽损失，补充的这部分水成为锅炉的补给水。补给水要经过沉淀、过滤、除盐等水处理过程，把水中的有害物质除去后才能补入水、汽循环系统中。火电厂的补给水量与机组的类型、容量、水处理方式等因素有关。凝汽式300MW以上机组的补水量一般不超过锅炉额定蒸发量的1.0%。对于直流锅炉和部分300MW及以上的汽包锅炉的机组，由于锅炉对水质要求非常严格，通常要对凝结水进行精处理。凝结水的处理方式有物理处理和化学处理。物理处理包括电磁过滤、纸浆过滤和树脂粉末过滤等。化学处理包括阳离子交换和精除盐等。在火电厂中应用最多的精处理设备是高速混床。给水水质即使很纯，也会对给水系统造成腐蚀。选择适当的给水处理方式，就是将给水系统的金属腐蚀降到最低限度。目前有三种给水处理方式，即还原性全挥发处理、氧化性全挥发处理和加氧处理。各电厂可根据机组的材料特性、炉型及给水纯度采用不同的给水处理方式。对于汽包锅炉，由于炉水的高度浓缩，即使给水很纯炉水也可能达到腐蚀、结垢的程度。选择适当的炉水处理方式，就是将炉水的腐蚀、结垢降到最低限度。目前有三种炉水处理方式，即磷酸盐处理、氢氧化钠处理和全挥发处理。各电厂可根据炉型、凝结水处理的配置以及给水、炉水纯度采用不同的炉水处理方式。对于所有的冷却水一般都应采取杀菌、灭藻措施。对于采用冷水塔冷却的机组，由于水在冷水塔蒸发而浓缩，容易发生腐蚀、结垢问题。一方面需要大量的补水，一般占整个电厂用水量的70%左右。另一方面需要加阻垢剂和缓蚀剂防止凝汽器管发生腐蚀、结垢问题。热力设备在运行期间，由于所处的环境介质在特定的条件下具有侵蚀性，如不同阴离子含量、不同pH值的水等会对金属产生各种各样的腐蚀。从腐蚀形态上来说主要有均匀腐蚀和局部腐蚀，其中局部腐蚀对设备的安全运行危害较大。热力设备的腐蚀不仅会缩短设备的使用年限，造成经济损失，同时还会危害到其它设备，例如，腐蚀产物随给水进入锅炉后会加剧受热面的结垢速度并进一步引起垢下腐蚀，形成恶性循环，最终造成设备事故。因此，必须采取有效措施，防止或减缓各种类型的腐蚀。金属材料与周围的介质发生了反应而遭到破坏的现象称之为金属腐蚀。破坏的结果不但损坏了其固有的外观形态，而且也破坏了金属的物理和化学性能。腐蚀其实是一个相对概念，金属无论接触到什么介质，都会发生腐蚀，只不过腐蚀速度不同而已。按照腐蚀机理，金属腐蚀一般可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。1.化学腐蚀金属与周围介质直接发生化学反应引起的腐蚀。这种腐蚀多发生在干燥的气体或其它非电解质中。例如，在炉膛内，水冷壁外表面金属在高温烟气的作用下引起的腐蚀；在过热蒸汽管道内，金属与过热蒸汽直接作用引起的腐蚀等。2.电化学腐蚀金属与周围介质发生了电化学反应，在反应过程中有局部腐蚀电流产生的腐蚀。金属处在潮湿的地方或遇到水时，容易发生电化学腐蚀。这类腐蚀在生产中较为普遍，而且危害性较大。例如，钢铁与给水、锅炉水、冷却水以及湿蒸汽、潮湿的空气接触所遭到的腐蚀，都属于电化学腐蚀。1.均匀腐蚀是指金属表面几乎全面遭受腐蚀。2.局部腐蚀是指腐蚀主要集中在金属表面的某个区域，而其它区域几乎未遭到任何腐蚀的现象。局部腐蚀常见有以下几种类型：（1）小孔腐蚀：腐蚀集中在个别点上，腐蚀向纵深发展，最终造成金属构件腐蚀穿孔。（2）溃疡状腐蚀：在金属某些部位表面上损坏较深，腐蚀面较大的腐蚀。（3）选择性腐蚀在合金的金属表面上只有一种金属成分发生腐蚀。该腐蚀使金属的强度和韧性降低，如黄铜脱锌的腐蚀。（4）穿晶腐蚀腐蚀贯穿了晶粒本体，使金属产生极其细微难以察觉的裂纹。（5）晶间腐蚀也称苛性脆化。腐蚀沿着晶粒的边界进行，形成极为细小的交错的裂纹。这种裂纹人的眼睛无法发现，只能借助专门的仪器检查。（6）电偶腐蚀也称异金属接触腐蚀。两种以上的金属接触，由于各自的腐蚀电位不同，接触后形成电第页4位差，使其中的一种金属发生快速腐蚀。例如凝汽器铜管和管板接触发生的腐蚀就属于电偶腐蚀。与局部腐蚀的相比，均匀腐蚀金属重量损失较多，但从金属强度的损失来讲，局部腐蚀大于均匀腐蚀，尤其是发生在晶粒上的腐蚀。一般说，局部腐蚀比均匀腐蚀危害要大得多。1.尽管锅炉给水经过严格的水质净化处理，但在热力设备运行过程中少量杂质会进入水、汽循环系统，由于锅炉蒸发量很大，炉水的浓缩倍率很高，例如300MW及以上的机组，锅炉炉水的浓缩倍率一般在几十倍到几百倍。在高温、高压条件下，极易引起腐蚀。例如，我国94年规定汽包锅炉的排污率不得小于0.3%，就是防止锅炉水过分浓缩引起腐蚀问题。2.主要是水中的溶解氧和二氧化碳，其来源主要是补给水带入、凝汽器泄漏以及微量杂质在炉内分解等。这些气体溶解于水后，或影响水的pH值，或影响金属的腐蚀电位，会促进金属腐蚀。在高温、高压条件下，水的溶解氧量、电导率和pH值是影响金属腐蚀的关键因素。3.例如温度过高会引起金属蠕变，压力过高会使金属薄弱部位发生爆破；金属在腐蚀介质的环境中，在拉用力的作用下容易产生应力腐蚀裂开，合金钢和不锈钢尤为敏感。火电厂中的给水系统包括低压给水系统和高压给水系统。其设备包括凝汽器汽侧、低压加热器、除氧器、高压加热器和省煤器以及相关的管道、阀门、泵、疏水箱等设备。由于水中溶解气体以及其它杂质的影响，在运行中给水系统的金属材料会发生溶解氧腐蚀和二氧化碳腐蚀。1.（1）原理溶解氧腐蚀是一种电化学腐蚀，溶解氧在阴极还原和铁原子在阳极氧化而形成腐蚀原电池。在腐蚀电池中铁的电极电位比氧电极的电位低，所以铁是电池的阳极，铁发生氧化由原子变成离子而遭到腐蚀破坏。（2）特征钢铁发生溶氧腐蚀时，在其表面往往形成直径1～30mm的小鼓包，鼓包表层的颜色有黄褐色到砖红色，次层是黑色粉末状的腐蚀产物，去掉腐蚀产物后金属基体留有腐蚀坑。但在水流速较高的部位基本无腐蚀产物，在金属表面会出现不规则的坑洞或溃疡状的蚀面。（3）腐蚀部位在给水系统中，温度越低水中的溶解氧浓度越高，氧腐蚀越严重。例如，凝汽器和低压给水系统溶解氧腐蚀比较严重，其钢铁表面呈砖红色。除氧器以后的设备其表面的颜色逐渐转为钢灰色甚至黑色。一般地，从除氧器后第一个高加以后的设备不发生溶解氧腐蚀。这是因为，经除氧器除去水中的大部分溶解氧后，剩余的少量的溶解氧在除氧器后的第一个高加已经消耗完，所以以后的设备在运行期间一般不会发生溶解氧腐蚀。但是如果除氧器运行不正常时，也可能包括省煤器甚至锅炉在内都发生溶解氧腐蚀。2.空气中的二氧化碳约占总体积的0.03%。它溶解于水后会降低水的pH值，引起酸性腐蚀。低pH值会破坏金属表面的氧化膜，促进和加速金属的腐蚀速度。二氧化碳腐蚀主要发生在低压给水系统。系统中二氧化碳的主要来源是补给水带入。将补给水喷淋到凝汽器中可以利用真空负压抽气系统除去补给水中的二氧化碳和溶解氧。为了防止或减轻给水对金属材料的腐蚀，除了尽量减少进入给水中的杂质外，还应对给水进行必要的处理。目前给水处理的方法有三种，各电厂可根据机组的材料特性、炉型及给水纯度而采用不同的给水处理方式。1.锅炉给水加氨水和还原剂（又称除氧剂，如联氨）的处理称之为还原性全挥发处理，英文为allvolatiletreatment(reduction)，简称AVT(R)。AVT(R)是在物理除氧后再加氨水和除氧剂使给水呈弱碱性的还原处理。对于有铜系统的机组，兼顾了抑制铜、铁腐蚀的作用。对于无铜系统的机组，通过提高给水的pH值抑制铁腐蚀。采用AVT(R)时，个