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电站锅炉给水化学工况


电站锅炉给水化学工况的选择 与转换
马双忱

1

给水处理的作用
? 抑制给水系统金属的一般性腐蚀和FAC (流动加速腐蚀, flow-accelerated corrosion,指
在特定的条件下,碳钢在高流速水中发生的快速 腐蚀);

? 减少随给水带入锅炉的腐蚀产物和其他杂 质;

? 防止因减温水引起混合式过热器、再热器 和汽轮机积盐。
2

―腐蚀创削”(caustic gouging)

Fatigue,疲劳

3

给水水化学工况的选择
火电厂的运行实践表明,腐蚀、磨蚀等对设备的可靠性 及运行寿命有巨大的影响,而控制腐蚀、沉积以及其 他炉前部分、锅炉、汽轮机和凝结水管路中引起故障 的因素方面,系统化学(Cycle Chemistry)起到关 键作用。 成功的系统化学必须满足下列两个基本要求: a.使受热的及不受热的锅炉表面上发生的腐蚀都尽 量地小。 b.尽量减少对传热面上固形物的沉积。

4

为了达到减少锅炉设备在各种条件下的腐蚀和结垢,以及蒸汽 通流部位的积盐的目的,通常对汽水品质进行某些规定,并

向给水和炉水中添加少量的化学药品,维持其在一定工况下
运行。 对于火力发电机组,合理地组织水化学工况是控制机组水汽系 统腐蚀,保证机组安全、经济运行的一项重要工作。
(比如30万千瓦机组一次化学清洗费用大约800万元)

目前,国内外超高压及以上锅炉采用的给水或炉水处理方式多 种,这些处理方式都有其适用范围、适用条件、优点与不足,

要根据具体情况加以选择

5

还原性全挥发处理AVT(R) 全挥发处理(AVT) 氧化性全挥发处理AVT(O)

? 给水 水化学工况
加氧处理(OT)

中性水处理(NWT)

联合水处理(CWT)

汽包锅炉(drum boiler)和直流(once-through)锅炉给水处理 方式
6

给水水化学的电化学原理

B C A

图1 25℃时Fe-H2O体系

图2 200℃时Fe-H2O体系

7 ; A点附近为AVT处理控制区域; B点附近为NWT处理控制区域 C点附近为CWT处理控制区域。

碳钢在高温条件下的腐蚀倾向图

钝化区

酸腐蚀区

一般锅炉的运行 范围 碱腐蚀区

免蚀区

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? 由前述分析可知,给水处理有AVT(R)、 AVT(O)和OT 三种方式。 鼓励根据机组的 ? 材料特性; ? 炉型; ? 给水纯度; ? 运行状况等; 选择合适的给水处理方式,并制订运行控制 规范。
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不同给水处理方式的比较
? ? ? ? ? ? ? ? AVT(R) 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,个别机组在给水和湿蒸汽系统容易发生 FAC,更换材料或改变给水处理方式可以消除或减轻FAC。 AVT(O) 对于无铜系统的机组,采用AVT(O)后通常给水的含铁量会 有所降低,省煤器和水冷壁管的结垢速率相应降低。 OT 采用OT有多方面优点。但是OT 对水质要求严格,对于没有凝 结水精处理设备或凝结水精处理运行不正常的机组,给水的氢 电导率难以达到小于0.15μS/cm 的要求,不宜采用OT。
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? 1、根据水汽系统的材质来选择给水处理方式。 ? 除凝汽器外,水汽系统不含铜合金材料,首选AVT(O) ;如 果有凝结水精处理设备并正常运行,最好通过试验后采用 OT。 ? 除凝汽器外,水汽系统含铜合金材料,首选AVT(R) ;也可 通过试验,确认给水的含铜量不超标后采用AVT(O) 。 ? 2、根据给水水质选择不同的处理方式 ? AVT(R) 、AVT(O) 和OT三种给水处理对水的纯度要求不同, 可根据图来选择给水处理方式。

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根据给水氢电导率选择处理方式

? (1)根据机组的运行状况选择不同的处理方式,如果机组因负 荷需求经常启停,或机组本身不能长期稳定运行,最好选择 AVT(R) 。 ? (2) 采用目前的给水处理方式,机组无腐蚀问题,可按此方 式继续运行。 ? (3) 如果采用目前的给水处理方式,机组存在腐蚀问题,应 通过图2-18 所示的流程选择其他给水处理方式,选择步骤 如下: ? 1)当机组为无铜系统时,应优先选用AVT(O)方式;如 果给水氢电导率小于0.15μS/cm,且精处理系统运行正常, 宜转为OT 方式,否则按原处理方式继续运行; ? 2)当机组为有铜系统时,应采用AVT(R)方式,并进行优 化;如果给水氢电导率小于0.15μS/cm,且精处理系统运行 正常,还可以进行加氧试验,确定水汽系统的含铜量合格后 转为OT 方式,否则按原处理方式继续运行。
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NCEPU

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? 还原性全挥发处理AVT(R)一般用于采用铁铜 混合材质水汽系统的机组。 ? 当含铜机组采用 AVT(R)方式运行时,通常加 氨控制给水pH在8.8~9.3,并在给水加热器上游加 入还原剂联氨,使凝结水泵出口处的溶解氧量小 于5ppb,控制水的ORP处于-350~-300mv。 ORP 通常在除氧器入口处的给水中监测(不在省煤器 入口)。

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DL/T 805《火电厂 汽水化学导则》第 4 部分:锅炉给水 处理 AVT(R)是给 水加氨和联氨 的处理方式, 通常ORP<– 200mV

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AVT(O)是给 水只加氨而不 加除氧剂的处 理,通常ORP 在0~+80mV

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超临界机组给水质量标准

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几个国家采用AVT处理的给水质量标准
国 别 阳离子电导 μs/cm pH (25℃) N2H4 μg/L O2 μg/L 铁 μg/L 铜 μg/L 前苏联 ≤0.3 日本(JIS) 美国(EPRI) 德国(VGB) 中国(GB) 0.85 <0.2 <0.2 ≤0.2

9.1±0.1

8.5~9.5

铜铁系统 8.8~9.3 全铁系统 9.0~9.6
10~20 <5 <10 <2

9.0~9.5

铜铁系统 8.8~9.3 全铁系统 9.0~9.5
10~30

20~60 ≤10 <10 <5

>10 <7 <10 <2

<20 <20 <3

<7 <10 <5
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20

? 挥发性处理AVT的优点在于炉水的含盐量可 以很低,可保证过热蒸汽的品质, 防止锅炉、 汽机因盐类的存在引起的各种腐蚀, 不存在 磷酸加药处理时可能出现的磷酸盐“隐藏” 现象。 ? 但也存在不少缺陷……。

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加氧水工况OT的适用
? 加氧水工况最初只能用于全铁系合金的直流炉,后又扩大 到凝汽器和低压加热器是铜合金的直流锅炉(85%),目 前已应用于水质优良的汽包锅炉(5%)。 ? 加用气态或加过氧化氢的运行结果几乎没有什么差别,某 些比较实验表明,加过氧化氢比加氧好,从过氧化氢分解 出来的气态氧更具活性,铁被过氧化氢氧化的反应在几秒 中内就可发生,而直接加氧时,氧化反应需几分钟。过氧 化氢在分解时不仅形成氧,还形成OH-,有利于在铁表面形 成保护性磁性氧化膜。 ? 但使用气态氧简单、安全,可由压力气瓶提供。加O2时, 氧和钢直接作用生成氧化膜。而加H2O2时,首先是生成络 离子Fe(O2H)2+,目前,加氧水工况普遍使用O2 气瓶( 15MPa、40L )。
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? AVT(O),NWT,CWT,这三种氧化性水化学方 式一般只在直流炉机组中采用。看来这是由于汽包 炉一般不设置价格较贵的凝结水处理装置,而这类 水化学运行方式为了保证水质纯度必须有凝结水处 理的缘故。在汽包锅炉,如果给水水质能满足一定 要求,采用OT代替AVT(R)也是可行的。 ? 德国采用的主要参数范围是:给水中氧浓度的变化 是从 30 ~ 300ug/L ,而 pH 为 7 ~ 9.3 。俄罗斯的 222 台 超临界机组中,172台是按氧化性水化学方式运行的 (50%按NWT,50%按CWT)。 ? 氧化性水化学方式的最主要的要求是:给水水质纯 度必须满足电导率为0.1~0.2uS /cm。

NCEPU

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应用加氧技术的前提
? 系统配置凝结水精处理设备

? 系统中除凝汽器外无铜合金材料的设备

加氧系统

AVT转换为CWT
? CWT必要条件的确定
? 机组的给水处理方式由全挥发处理方式要转换为 加氧处理方式时,应具备以下条件: ? 凝结水有100%的精处理装置,且运行正常; ? 机组正常运行中给水的氢电导率≤0.15?s/cm; ? 化学仪表达到加氧工艺所要求的分析能力; ? 加氧装置已安装,并已完成调试; ? 必要的准备工作已就绪。

转换前的准备工作
? 事先对机组情况进行全面的调查 , 调查内容包括 : 机 组系统材料、设计、化学运行情况、锅炉管的结垢 量、化学仪表分析能力等 , 以便根据调查结果做出 必要的调整。 ? 热力系统材料的调查 ? 热力系统中各个部位所使用的材料情况直接影响着 机组能否转换到加氧处理方式和转换后的运行控制 条件。调查所涉及的部件包括锅炉水系统的“四 管”、汽轮机、高低压加热器等设备部件的材料和 状态以及有关部件阀座的材料和状态,将调查结果 建立档案。

加氧系统的设计、安装及调试 ? 一般情况下,应选择适宜的氧气储存设备(14.7MPa、 40L 氧气瓶 ) 或其它大容积的储存设备、加氧的控制 设备及氧气的输送管线等。加氧控制设备主要由转 子流量计、流量控制阀(流量不随出口压力的变化 而变化)、减压阀、安全阀、压力表及各个管线的 截止阀、逆止阀等组成。氧气的储存量以满足机组 在高负荷工况下正常运行7天为宜。 ? 加氧系统的安装要考虑操作和维修方便的原则。氧 气储存设备应安装在防火和便于更换氧气瓶的地方; 加氧的控制设备应尽量安装在运行人员操作方便的 地方,如化学加药设备附近或汽水化验站。加氧系 统的调试包括系统密封性检查、加氧流量的控制等 内容。

给水加氨系统
为了满足给水联合处理方式下对氨量的要求,需要加 氨设备能够保证给水 pH 在 8.0 ~ 9.5 的范围调节。加 氨量的控制宜采用自动计量装置(一般控制给水的 直接测量电导在0.8~1.2?s/cm的范围内)。 汽水取样系统、检测系统的改进 对机组原有的取样系统进行检查和改进。包括改进和 增加现有取样点及其管路、溶氧表、电导表。高、 低压加热器疏水应加设取样器。只有对取样系统进 行全面的检查和必要的改进,才能为整个转换过程 和转换完成后的正常运行提供必须的监测能力和保 证整个转换过程的顺利进行。

转换前的汽水品质查定
? 在实施转换前,应对整个系统取样点的水质情况进行全面 的查定并作好记录,以便确定水质条件能否满足转换的条 件,并建立基础数据,用于评定加氧处理效果。 ? 在进行给水加氧处理试验期间,使用便携溶解氧测量仪测 定各水汽取样点的溶解氧并与在线溶解氧表相比较; ? 使用便携电导率测量仪测定各水汽取样点的电导率或氢电 导率并与在线电导率表相比较; ? 在线硅表、钠表、pH表使用常规方法进行校验; ? 水汽系统中铁、铜含量用石墨炉+原子吸收分光光度计测 定,水样中阴离子Cl-、SO42-、PO43-和有机酸根HCOO-、 H3CCOO-采用离子色谱仪测定。

锅炉受热面垢量的检查及锅炉化学清洗的确定

? 通常,当改变水化学工况时应考虑对锅炉进行酸 洗。在实施转换前,应利用检修机会对锅炉各受 热面沉积物量、沉积物状态进行全面的检查,以 确定在转换前是否对其进行酸洗。 ? 若系统为全铁系统且没有遭受污染,受热面沉积 物量小于200g/m2的情况下可以暂不进行酸洗。若 系统为有铜系统,为了防止在转换过程中氧化膜 中的氧化铜随蒸汽进入汽轮机高压段沉积,降低 汽轮机的效率。建议在实施CWT转换前应先进行酸 洗,除去热力系统中的铜沉积物。

实施转换
? 转换工况的条件 ? 在确定将机组转化为CWT方式之前,应至少提前一 个月停止联氨的加入。在停加联氨期间,应加强 对给水溶解氧和铁的监测。经验证明,停止加联 氨的时间越长,转换过程所用的时间越短。 ? 转换前的水质达到稳定,给水的氢电导率 ≤0.15?s/cm,给水的pH在9.0~9.5的范围。系统 工况具备上述条件后即可实施转换工作。

转换过程及监控
? 加氧点的选择 ? 加氧的部位有两个:可根据实际情况选择凝结水精 处理设备出口或给水泵的吸入侧。 ? 当机组为无铜系统时(凝汽器管除外),加氧点可 先选择凝结水精处理出口,待低压给水系统转换完 成后加氧点再选择给水泵的吸入侧进行加氧,以完 成高压给水系统及锅炉受热面的转换。也可以在上 述两点同时向系统中加氧。这样可在低压和高压给 水系统中同时进行转换,缩短转换时间。 ? 当系统为有铜系统时,即低压加热器为铜合金管时, 应选择给水泵的吸入侧进行加氧。同时,应经过专 门的调整试验,选择适宜的 pH 和氧含量的控制范围。

实施转换及加氧量的控制
? 加氧初始阶段,一般控制凝结水或给水氧含量在 150~300?g/L左右。同时监测各取样点水样的氢电 导率的变化。在此阶段,在氧的作用下给水系统的 金属氧化膜的形态和结构产生变化,同时发生氢电 导率、铁和铜含量升高的现象。如果给水和蒸汽的 氢电导率升高,但未超过0.2?s/cm,而且凝结水的 氢电导率并不随之变化,则可保持给水氧含量在 300?g/L左右。

? 在给水系统的转换完成后,调整加氧量在 30?g/L~150?g/L,监测主蒸汽和再热蒸汽的含氧 量,继续对高低压加热器的汽侧进行钝化。此过 程中需要微开或关闭加热器的排汽门,并监测疏 水的含氧量直到剩余氧量大于30?g/L为止。 ? 对于低压加热器为铜合金的系统而言,转换可以 首先从高压给水系统开始进行,低压系统则保持 原AVT状态。其余过程同上。 ? 在整个转换过程中,各个阶段应加强对相应取样 点水样铁含量的监测。

调整给水pH
? 在完成上述转换后,可对给水pH值进行调整。 ? 对无铜的系统而言,给水 pH值的调整可分两步进行。首先调 整到 8.5 ~ 9.0的范围,监测给水铁含量,如无明显变化或升 高,则进一步调低到 8.0 ~8.5 的范围,同时监测给水铁含量, 如无增加现象,则可维持在此范围内稳定运行。 ? 对有铜系统而言,应严格根据试验确定的条件控制,并注意 由于随着给水pH的降低,铜的溶出速度将大大提高。根据国 内的经验认为,合适的pH值范围应维持在8.7左右。给水氨的 加入量从900μg/L~1300μg/L 减少到约170μg/L,氨的使用量 不到原来的20%,停加联氨。 ? 另外,在机组正常运行中,应尽量保持pH值的稳定,尤其在 低pH值时更应注意避免大范围的波动,因为pH值的大范围波 动会导致铜、铁溶出速度同时增加。

实机加氧运行控制
? 实机运行的主要内容有加氧处理重点监控 的运行指标、实机运行有关注意事项、试 验安全要求和起停机注意事项等。 ? 在选定的给水溶解氧含量和pH值控制条件 下以及热力系统水汽质量容许范围的条件 下,至少持续运行半年以上,最终确定机 组在加氧方式下的运行规范。

给水加氧处理的效果
机组 给水铁(AVT) 给水铁 (CWT) 锅炉压差 (AVT) 锅炉压差 (CWT) 结垢速率 降低比例 (%) 可计算经济 效益 (万元/台. 年) 17

望亭电厂 300MW机组 黄埔电厂 300MW机组 石洞口二厂 600MW机组 盘山发电厂 500MW机组 华能南京电 厂2台350MW 机组

9.0

5.6

4.4

4.0

53

12.0 5.0

4.4 2.0

4.8 3.0

3.5 2.0

50 75

150 226

5.5

1.0

7.5

6.0

80

273

6.0

3.0

200

给水采用OT 时,通常ORP> +100mV。

NCEPU

39

一些国家直流锅炉采用OT处理时给水质量标准 国 别 处理方式 德 国 NWT VGB CWT 日 本 JIS CWT 中 国 NWT GB CWT 8.5~9.0 铜铁系统 8.0~9.0 全铁系统 前 苏 联

NWT

CWT

pH (25℃)

7~7.5

8.0~8.5

8.0~9.0

7.0~ 8.0

9.1±0.1

阳离子电导率 μ s/cm(25℃) O2 μ g/L
NCEPU

<0.2

<0.2

≤0.2

<0.2

<0.3

50~ 250

30~150

20~200

50~250

20~200

50~ 200

100~ 400
40

?
参 量 pH 氧, μ g/L 铁,μ g/L 铜,μ g/L 二氧化硅,μ g/L 钠,μ g/L 阳离子电导率, μ s/cm

VGB和EPRI给水导则的比较
VGB NWT 7~8 50~250 CWT 8~9 30~150 AVT 9~10 <100

1)

EPRI 磷酸盐处理 2) 9.0~9.6 ?5 ?10 ?2 10 ?5 ?0.2 ?3 AVT3)

<20 (公用电厂平均=10) <3(公用电厂平均=1.0) <20 (公用电厂平均=5.0) <10 (公用电厂平均=2.0) <0.2 (公用电厂平均=0.1)

注: 1)美国电力技术协会,1986年过渡化导则 2)带再热的汽包炉 3)汽包炉或直流炉
NCEPU 41

锅炉启动和水质异常时的水化学工况

锅炉启动时的给水质量
? 对于采用AVT(R)和AVT(O)的停、备用机组 启动时,给水处理采用与正常运行时相同的方式; ? 对于采用OT 的机组启动时,给水处理宜采用AVT (O)方式,当机组运行稳定、给水的氢电导率 达到0.15μS/cm 并呈下降趋势时,转为OT。 ? 锅炉启动时,给水质量应符合下表 的规定,在机 组并网后8h 内达到正常运行时的标准值。
42

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超临界机组锅炉启动时给水标准

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给水质量劣化时的处理 当给水质量劣化时,应迅速检查取样是否有代表性,化验结 果是否正确,并综合分析系统中水、汽质量的变化,确认无 误后,应首先进行必要的化学处理,并立即向有关负责人汇 报。负责人应责成有关部门采取措施,使给水质量在规定的 时间内恢复到标准值。下列三级处理的涵义为: 一级处理——有造成腐蚀、结垢、积盐的可能性,应在72h 内恢复至正常值。 二级处理——肯定会造成腐蚀、结垢、积盐,应在24h 内恢 复至正常值。 三级处理——正在进行快速腐蚀、结垢、积盐,应在4h 内 恢复至正常值,否则停炉。 在异常处理的每一级中,如果在规定的时间内尚不能恢复到 正常值,则应采取更高一级的处理方法。对于汽包锅炉,在 恢复标准值的同时应采用降压方式运行。
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? ? ? ?

46

超临界机组锅炉给水水质异常时的处理标准

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加氧工况起、停机处理
? 停机时,提前2小时停止加氧,通过加氨提 高给水的pH至9.0~9.4,不加联氨。 ? 机组启动时,在任何情况下都不能加联氨。 ? 机组启动时,通过给水加氨调节pH,当给 水氢电导小于0.15?s/cm后,并继续下降时, 方可开始给水加氧。注意检查加热器排汽 门是否关小。

? 正常运行时,如果给水的氢电导大于 0.2?s/cm,并有上升趋势,则立即停止加氧, 给水处理恢复为不加联氨的AVT方式运行。 ? 凝结水精处理退出运行时,注意手动关闭 凝结水精处理出口的加氧阀门,待精处理 重新投运后,恢复该点的加氧。 ? 如果凝汽器泄漏或其他原因引起了非计划 停机,应立即停止加氧,同时提高加氨量, 待问题解决后再恢复加氧处理工况。

加氧工况水质异常处理
? 水质恶化时应采取有关对应措施。当凝汽 器发生泄漏时,凝结水氢电导大于 0.2?s/cm,运行人员应检查原因。若给水 的氢电导相继升高,大于0.2?s/cm时,加 氧系统应关闭,同时发出信号,提醒运行 人员提高加氨量,维持pH9.4-9.5。

NCEPU

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复习与讨论题
? 给水处理的作用有哪些? ? 某超临界电厂机组采用全挥发处理,厂方有意调 节pH为9.6-9.8,你有何意见? ? 某厂新机组调试,希望加快调试进度,你对启动 阶段水质调节有何建议? ? 某亚临界汽包机组,锅炉给水处理方式为加氨和联 氨,在正常运行条件下,存在锅炉结垢速率偏高,汽 包、凝汽器内沉积物多,高压加热器铜管腐蚀严重 等问题,该厂应如何调节水化学工况?
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