锅炉水化学控制技术的研究热点

1、锅炉水化学控制技术研究热点锅炉水化学控制技术研究热点 朱志平朱志平长沙理工大学长沙理工大学 长沙理工大学是一所以工为主，工、理、长沙理工大学是一所以工为主，工、理、 管、经、文、法等多学科协调发展的多科性大管、经、文、法等多学科协调发展的多科性大 学，学科专业具有鲜明的交通、电力、水利特学，学科专业具有鲜明的交通、电力、水利特 色。现有专任教师色。现有专任教师18881888人，正高职称人，正高职称302302人，人， 副高职称副高职称661661人，博士人，博士508508人，硕士人，硕士841841人人 。 学校设有学校设有1515个教学院（部），个教学院（部），

2、5454个本科专个本科专 业，业，2 2个博士后流动站，个博士后流动站，3 3个一级学科博士学位个一级学科博士学位 授权点，授权点，1515个二级学科博士学位授权点，个二级学科博士学位授权点，2525个个 一级学科硕士学位授权点，一级学科硕士学位授权点，107107个二级学科硕个二级学科硕 士学位授权点。士学位授权点。 我校电厂化学（含核电化学方向）是全国设置该方我校电厂化学（含核电化学方向）是全国设置该方 向的五所高校之一，应用化学专业于向的五所高校之一，应用化学专业于19851985年开始招生，年开始招生， 已有已有2828届、届、20002000多人毕业生。近年来，毕业生就业率多人毕业生

3、。近年来，毕业生就业率 超过超过98%98%，研究生录取比例超过，研究生录取比例超过18%18%，是教育部批准的，是教育部批准的 全国特色专业。我校电厂化学在华中、华南具有一定全国特色专业。我校电厂化学在华中、华南具有一定 影响与学术地位。影响与学术地位。 * *华中电力集团公司华中电力集团公司“动力化学研究中心动力化学研究中心”设在我校设在我校 （朱志平教授任主任）（朱志平教授任主任） * *朱志平教授是中国电机工程学会电厂化学委员会委员朱志平教授是中国电机工程学会电厂化学委员会委员 （全国共（全国共3535位委员）位委员） * *朱志平教授是中国电力行业电厂化学标准化委员会委朱志平教授是中

4、国电力行业电厂化学标准化委员会委 员（全国共员（全国共3535位）。位）。 朱志平，博士朱志平，博士/教授。教授。长沙理工大学化学学院学术委员会主任长沙理工大学化学学院学术委员会主任 电力与交通材料保护湖南省重点实验室副主任电力与交通材料保护湖南省重点实验室副主任 国家火力发电工程技术研究中心理事国家火力发电工程技术研究中心理事 武汉大学应用化学学士、硕士，中南大学应用化学博士。武汉大学应用化学学士、硕士，中南大学应用化学博士。 19881988年年6 6月在电力工业部西安热工研究院参加工作月在电力工业部西安热工研究院参加工作，曾主持电力，曾主持电力 部重点研究课题，获部重点研究课题，获3 3

5、项热工研究院科技进步奖。项热工研究院科技进步奖。19961996年年5 5月调入月调入 长沙理工大学，长沙理工大学，主持负责完成电力部科技项目、省自科基金与科主持负责完成电力部科技项目、省自科基金与科 技攻关项目、华中电力集团及省电力局科研项目技攻关项目、华中电力集团及省电力局科研项目5050多项多项, , 主持的主持的 课题获课题获湖南省科技进步奖湖南省科技进步奖2 2项、中国电力科技奖项、中国电力科技奖1 1项项；20052005年年8 8月月 在日本北海道大学作访问教授在日本北海道大学作访问教授1 1年年。在。在2020多种杂志与国际会议上多种杂志与国际会议上 发表论文发表论文8080多

6、篇，多篇，3030多篇被多篇被scisci、eiei收录。收录。 现任长沙理工大学校学术委员会委员，中国电机工程学会高现任长沙理工大学校学术委员会委员，中国电机工程学会高 级会员，湖南省腐蚀与防护学会常务理事，级会员，湖南省腐蚀与防护学会常务理事， 电力科学与技术电力科学与技术 学报学报 、 长沙理工大学学报长沙理工大学学报编委。编委。chemical engineering journal、chemosphere、journal of environmental management等审稿人。等审稿人。 1电站锅炉水化学工况及优化（第一)，中国电力出版社,2009.4 2压水堆核电厂水化学工

7、况及优化(独著),原子能出版社, 2010.12 3火力发电厂锅炉补给水处理设计（第一),中国电力出版社,2009.9. 4超临界火力发电机组化学技术（第一）,中国电力出版社,2012.8. 5电厂化学概论（主编），化学工业出版社，2013.3. 6核电站水化学控制工况（第二)，化学工业出版社，2008.8. 7电化学与电力设备的腐蚀与防护(第二),中国电力出版社,2004.11. 8辅控集控设备与运行（第二)，中国电力出版社,2009.12. 出版专著出版专著 知识产权知识产权 11中华人民共和国电力行业标准中华人民共和国电力行业标准 dl/t336-2010.dl/t336-2010.石英

8、砂滤料的检测与评石英砂滤料的检测与评 价价( (第一第一) ) 22火力发电厂化学数据采集与专家诊断系统火力发电厂化学数据采集与专家诊断系统（v1.0v1.0）计算机软件著作）计算机软件著作 权（登记号权（登记号:2010sr029731:2010sr029731）( (第一第一) ) 33电站锅炉自动加磷酸盐装置电站锅炉自动加磷酸盐装置( (专利号专利号:200920311196.0)(:200920311196.0)(第一第一) ) 44电站锅炉自动加氨装置电站锅炉自动加氨装置( (专利号专利号:200920311169.3)(:200920311169.3)(第一第一) ) 55电站锅炉

9、自动加联氨装置电站锅炉自动加联氨装置( (专利号专利号:200920311168.9)(:200920311168.9)(第一第一) ) 66电站锅炉自动加药装置面板电站锅炉自动加药装置面板( (专利号专利号:200930317492.7)(:200930317492.7)(第一第一) ) 77凝汽器铜管硫酸亚铁自动加药装置凝汽器铜管硫酸亚铁自动加药装置( (专利号专利号:201020252684.1)(:201020252684.1)(第一第一) ) 88发电机内冷水发电机内冷水phph值智能控制装置值智能控制装置( (专利号专利号:201020252675.2)(:201020252675

10、.2)(第一第一) ) 99火力发电厂闭式循环冷却水加酸自动控制装置火力发电厂闭式循环冷却水加酸自动控制装置( (专利号专利号: : 201020252691.1)(201020252691.1)(第一第一) ) 1010澄清池混凝剂自动加药装置澄清池混凝剂自动加药装置 ( (专利号专利号:201220077158.5 )(:201220077158.5 )(第一第一) ) 内容提要内容提要 一、水化学管理目标一、水化学管理目标 二、锅炉水化学控制方法二、锅炉水化学控制方法 三、锅炉水化学调节的理论基础三、锅炉水化学调节的理论基础 四、四、avt（r） 五、五、ot 六、机组水汽系统六、机组水

11、汽系统fac 七、七、 avt与与ot 的最新认知的最新认知 八、汽轮机化学八、汽轮机化学 洁净煤技术洁净煤技术 燃燃 气气 轮轮 机机 可可 再再 生生 能能 源源 技技 术术 核核 能能 技技 术术 高温气冷堆高温气冷堆 应用开发应用开发 快中子实验快中子实验 堆建造堆建造 太阳能发电太阳能发电 系统系统 风力发电风力发电 生物质能生物质能 利用利用 海洋和地热海洋和地热 能发电能发电 煤的气化煤的气化 技术技术 煤的液化煤的液化 技术技术 洁净煤发洁净煤发 电技术电技术 洁净煤综洁净煤综 合利用新合利用新 技术技术 燃燃 料料 电电 池池 能源高能源高 技术技术 突破煤高效、洁净突破煤高

12、效、洁净、经济利用的重大关键经济利用的重大关键 技术，优化终端能源结构，保障能源安全技术，优化终端能源结构，保障能源安全 。 为实施能源多元化战略和逐步改善能为实施能源多元化战略和逐步改善能 源生产与消费结构提供技术支撑。源生产与消费结构提供技术支撑。 攻克我国先进能源动力系统的核心技攻克我国先进能源动力系统的核心技 术，为开发国产燃气轮机系列产品和术，为开发国产燃气轮机系列产品和 创建具有国家竞争力的国家燃气轮机创建具有国家竞争力的国家燃气轮机 支柱产业提供技术支撑。支柱产业提供技术支撑。 为我国发展分散型发电和为我国发展分散型发电和 燃料电池电动车产业提供燃料电池电动车产业提供 技术支撑。

13、技术支撑。 2121世纪初我国能源高技术世纪初我国能源高技术 1880 1900 1920 1940 1960 1990 2000 2020 70 60 50 40 30 20 10 0 第一个发电厂 煤粉 rankine barrier 超临界锅炉 热效率(%)hhv usc igcc pfbc igmcfc tc ighat agmcfc legend: pfbc 增压流化床增压流化床 igccigcc 整体煤气化联合循环技术整体煤气化联合循环技术 ighat -integrated gasification-humid-air turbineighat -integrated gasif

14、ication-humid-air turbine igmcfc igmcfc 整体煤气化燃料电池整体煤气化燃料电池 agmcfc -agmcfc -先进煤气化联合循环技术先进煤气化联合循环技术 uscusc - -超超临界发电技术超超临界发电技术 tctc -topping cycle -topping cycle 洁净煤发电技术的发展洁净煤发电技术的发展 年 vision21 超超临界机组是最为先进的燃煤发电技术，具有煤超超临界机组是最为先进的燃煤发电技术，具有煤 耗低、环保性能好、技术含量高的特点。超超临界机组耗低、环保性能好、技术含量高的特点。超超临界机组 的发电效率比我国近期主要采用

15、的亚临界机组高出的发电效率比我国近期主要采用的亚临界机组高出10 ，比超临界机组高出，比超临界机组高出68。 我国目前运行的发电厂，平均发电效率在我国目前运行的发电厂，平均发电效率在35以下，以下， 单电煤耗为单电煤耗为380克标准煤以上；克标准煤以上；我国设计生产的亚临界我国设计生产的亚临界 机组的发电效率在机组的发电效率在38左右，单电煤耗约左右，单电煤耗约350克标准煤克标准煤； 我国引进的超临界机组的发电效率在我国引进的超临界机组的发电效率在41左右，单电左右，单电 煤耗约煤耗约310克标准煤；克标准煤；以三菱、日立为代表的日本超超以三菱、日立为代表的日本超超 临界机组发电效率在临界机

16、组发电效率在48左右，单电煤耗约左右，单电煤耗约265克标准克标准 煤。煤。如果采用超超临界技术发电，和我国现在运行的机如果采用超超临界技术发电，和我国现在运行的机 组效率相比，每度电至少可以节煤组效率相比，每度电至少可以节煤50克，按现在的装克，按现在的装 机容量，每年可节煤两亿吨。机容量，每年可节煤两亿吨。 1. 消除与水化学有关的锅炉管故障（btf）； 2. 消除汽轮机化学问题（低压缸的疲劳腐蚀、低压叶片和轮毂 应力腐蚀破裂、及汽轮机中的盐类沉积问题）； 3. 经过优化的给水处理，消除严重的流动加速腐蚀，铁和铜的 迁移最小化（在给水中的含量分别50%）其次是全挥发性处理（avt） （约3

17、5%）。 2）直流锅炉水化学控制方式自2006年以来也基本未变，ot是最 普遍的方法。 3）对流动加速腐蚀（fac）危害的认识得到进一步提高，86%的 与会者都表示在他们的电厂存在着这个问题。 4）对汽包锅炉应用替代氨的情况进行了调查，8%的电厂采用了 替代氨。 5）对机组停机、备用、启机阶段的化学控制已经得到越来越多的 认识和关注，虽然与会者在停炉保护方法作为甚微（但比以前调 查有所提高）。 6）与会者对连续监测腐蚀产物迁移量与腐蚀危害程度兴趣十足， 尤其采用粒子监测技术监测铁腐蚀产物的迁移。 7）与会者提高了对水化学费用跟踪调查的重视程度，大多与会者 报告的水化学费用是可信的，对优秀水化学

18、工况应用价值的认识 与理解是大多与会者的要求。 corrosion products transport monitoring 两相流两相流facfac试验（试验（320/12.5mpa320/12.5mpa） 锅炉管锅炉管：酸性(氯化物)腐蚀造成的氢蚀，高浓度固态碱造成的 蚀，磷酸盐暂时消失和ph值降低造成的酸性磷酸盐腐蚀，腐蚀 疲劳，点蚀，沉积和积垢引起的炉管过热。 过热器和再热器过热器和再热器：点蚀，应力腐蚀开裂，腐蚀疲劳和剥落物。 省煤器管省煤器管：点蚀，流动加速腐蚀和腐蚀疲劳。 汽轮机汽轮机：腐蚀疲劳，磨（冲）蚀和腐蚀，应力腐蚀开裂，裂隙 腐蚀，点蚀和沉积。 给水加热器给水加热器：腐

19、蚀，腐蚀疲劳，流动加速腐蚀，点蚀和应力腐 蚀开裂。 除氧器除氧器：腐蚀，腐蚀疲劳，点蚀和应力腐蚀开裂。 凝汽器：凝汽器：应力腐蚀开裂，点蚀和管道凹槽，壳体和管子支架的 磨（冲）蚀与腐蚀。 二、锅炉水化学控制方法二、锅炉水化学控制方法 1. 热力系统常见的腐蚀问题热力系统常见的腐蚀问题 热力系统中杂质入侵、腐蚀与沉积部位热力系统中杂质入侵、腐蚀与沉积部位 水化学对水化学对btf影响影响81 %（2001）61 % （1997） 氢脆57 % （2001）37% （1997） 酸性磷酸盐腐蚀25 % （2001）17 % （1997） 腐蚀疲劳 45 % （2001）43 % （1997） 点蚀4

20、0 % （2001）7 % （1997） 应力腐蚀开裂（scc） 28 % （2001）18 % （1997） 碱性腐蚀11 % （2001）11 % （1997） 2. 水化学对水化学对btf的影响的影响 2001年对年对93家电厂的普查结果家电厂的普查结果 3. 3. 锅炉水化学控制方法锅炉水化学控制方法 hpt pt cpt ept lpt 低磷酸盐-低氢氧化钠 avt ot 汽包锅炉直流锅炉sg水化学 avt nwt cwt（ot） cpt avt mph eta eta+mpa eta+dda 铁系合金的电位铁系合金的电位phph图图 三、锅炉水化学调节的理论基础三、锅炉水化学调节的

21、理论基础 不论是汽包锅炉还是直流锅炉，都使用高纯水作为不论是汽包锅炉还是直流锅炉，都使用高纯水作为 运行介质。在这些电厂的循环系统中，一般使用碳钢运行介质。在这些电厂的循环系统中，一般使用碳钢 或低合金钢材料。这些材料对腐蚀很敏感；它们之所或低合金钢材料。这些材料对腐蚀很敏感；它们之所 以能够使用，是因为水和蒸汽中的腐蚀导致了保护性以能够使用，是因为水和蒸汽中的腐蚀导致了保护性 氧化物层的形成。氧化物层的形成。 在高温区域（不低于在高温区域（不低于200200），在钢材表面能自发），在钢材表面能自发 形成一层致密均匀的磁性氧化铁保护层。不过，在低形成一层致密均匀的磁性氧化铁保护层。不过，在低

22、温区域（不超过温区域（不超过200200），与水接触的钢材表面仍保），与水接触的钢材表面仍保 持着活性。只有在有利的流动情况下，铁在高纯水中持着活性。只有在有利的流动情况下，铁在高纯水中 溶解才是受扩散控制的（这种质量迁移是由通过氧化溶解才是受扩散控制的（这种质量迁移是由通过氧化 层小孔的扩散来控制的）。层小孔的扩散来控制的）。 要保护铁在水溶液中不受腐蚀，就要把水溶液中铁要保护铁在水溶液中不受腐蚀，就要把水溶液中铁 的形态由腐蚀区移到稳定区或钝化区。的形态由腐蚀区移到稳定区或钝化区。 （1）还原法：）还原法：通过热力除氧并加除氧剂进行化学辅通过热力除氧并加除氧剂进行化学辅 助除氧的方法来降低

23、水的氧化还原电位（助除氧的方法来降低水的氧化还原电位（orp），）， 使铁的电极电位接近于稳定区，即使铁的电极电位接近于稳定区，即avt(r)方式；方式； （2）弱氧化法：）弱氧化法：只通过热力除氧（即保证除氧器运只通过热力除氧（即保证除氧器运 行正常，允许给水中氧的浓度不超过行正常，允许给水中氧的浓度不超过10g/l），而），而 不再添加其他任何除氧剂进行化学辅助除氧，使铁不再添加其他任何除氧剂进行化学辅助除氧，使铁 的电极电位处于的电极电位处于-fe2o3和和fe3o4的混合区，即的混合区，即 avt(o)方式；方式； （3）氧化法：）氧化法：通过加氧气（或其他氧化剂）通过加氧气（或其他氧

24、化剂） 的方法的方法 提高水的提高水的orp，使铁的电极电位处于，使铁的电极电位处于-fe2o3的钝的钝 化区，即加氧处理（化区，即加氧处理（ot）方式）方式。 三种给水处理方式的特征对比三种给水处理方式的特征对比 项目项目 适用的适用的 给水系给水系 统统 orp(s vh)/m v 给水水质给水水质 处理药处理药 剂剂 处理效果处理效果 钢铁表钢铁表 面氧化面氧化 物层物层 avt(r) 铜铁混铜铁混 合系统合系统 -350 cc0.2 s/cm 氨氨+联联 氨（或氨（或 其他除其他除 氧剂）氧剂） fe20 g/l cu5 g/l fe3o4 avt(o) 全铁系全铁系 统统 0+80

25、cc0.2 s/cm 空气量小于空气量小于 1.699m3/(h h1 00mw) 氨氨 无过多的无过多的 实践数据实践数据 fe2o3 + fe3o4 ot 全铁系全铁系 统统 +150 cc0.1 s/cm 氨氨+氧氧 fefe5 g/l fe2o3 + fe3o4 炉水炉水ph值与腐蚀速度关系值与腐蚀速度关系 12345678910 11 12 13 14 相对腐蚀相对腐蚀 速度速度 ph 8.5 ph12.7 ph 安全区域安全区域 碳钢与铜合金对碳钢与铜合金对ph值的相对腐蚀速度值的相对腐蚀速度 78910 腐蚀速度腐蚀速度 铜合金铜合金 碳钢碳钢 ph 310下碳钢在下碳钢在hcl

26、hcl、naohnaoh中相对腐蚀速度中相对腐蚀速度 300下下fefe3 3o o4 4的溶解度的溶解度 ph最小值后，腐蚀产物最小值后，腐蚀产物 溶解在热表面，沉积在冷溶解在热表面，沉积在冷 表面。表面。 avt(r)avt(r)工况下铁氧化物形成过程工况下铁氧化物形成过程 四、四、avt（r） 不同温度与氨浓度下不同温度与氨浓度下fe3o4的溶解度的溶解度 炉水铁含量与炉水铁含量与ph值关系值关系 给水给水avt（r）金属表面状态（）金属表面状态（1000） 水冷壁管内部形成波纹状水冷壁管内部形成波纹状fe3o4 avt（r）时高加管内表面波纹状氧化层）时高加管内表面波纹状氧化层 水冷壁

27、管内部形成波纹状水冷壁管内部形成波纹状fe3o4 *avt(r)avt(r)一些典型问题一些典型问题: : 1. 给水管路（给水加热器和除氧器）和省煤器入口管中的侵蚀。给水管路（给水加热器和除氧器）和省煤器入口管中的侵蚀。 2. 给水腐蚀产物在锅炉给水泵中的沉积。给水腐蚀产物在锅炉给水泵中的沉积。 3. 腐蚀产物迁移到锅炉中，导致节流孔结垢、锅炉沉积和压力降问腐蚀产物迁移到锅炉中，导致节流孔结垢、锅炉沉积和压力降问 题、锅炉管热疲劳、炉管过热锅故障。题、锅炉管热疲劳、炉管过热锅故障。 4. 汽轮机结垢。汽轮机结垢。 5. 氨蚀痕迹导致铜合金凝汽器管故障。氨蚀痕迹导致铜合金凝汽器管故障。 全挥发

28、处理（全挥发处理（avtavt）的直流机组可能的故障）的直流机组可能的故障 1. 凝结水热井水位之上的空气漏入凝结水热井水位之上的空气漏入 2. 凝结水热井水位之下的空气漏入凝结水热井水位之下的空气漏入 3. 凝汽器管泄漏凝汽器管泄漏 4. 凝结水贮存罐污染凝结水贮存罐污染 5. 补给水系统故障补给水系统故障 6. 漏过补给水系统的胶态二氧化硅漏过补给水系统的胶态二氧化硅 7. 漏过补给水系统的胶体铁漏过补给水系统的胶体铁 8. 漏过补给水水系统的有机杂质漏过补给水水系统的有机杂质 9. 补充再生剂补充再生剂-氢氧化钠向给水中泄漏氢氧化钠向给水中泄漏 10. 补充再生剂补充再生剂-硫酸或盐酸向

29、给水中泄漏硫酸或盐酸向给水中泄漏 11. 来自补给水脱盐装置树脂退化的有机杂质来自补给水脱盐装置树脂退化的有机杂质 12. 凝结水精处理装置故障凝结水精处理装置故障/失效失效 13. 凝结水精处理装置树脂老化凝结水精处理装置树脂老化 14. 凝结水精处理装置树脂泄漏凝结水精处理装置树脂泄漏 15. 凝结水精处理装置凝结水精处理装置-碱性再生剂泄漏碱性再生剂泄漏 16. 凝结水精处理装置凝结水精处理装置-硫酸或盐酸再生剂泄漏硫酸或盐酸再生剂泄漏 17. 锅炉炉前系统中碳钢的腐蚀和锅炉炉前系统中碳钢的腐蚀和/或流动加速腐蚀或流动加速腐蚀 18. 除氧器故障除氧器故障-除氧器出口处氧含量高除氧器出口

30、处氧含量高 19. 除氧剂浓度过高除氧剂浓度过高-给水中铁含量高给水中铁含量高 20. 来自锅炉给水泵轴封水和来自锅炉给水泵轴封水和/或加热器疏水泵的给水污染或加热器疏水泵的给水污染 21. 通过减温水喷淋进入汽轮机的杂质通过减温水喷淋进入汽轮机的杂质 22. 锅炉备用锅炉备用-失去氮气覆盖层失去氮气覆盖层 23. 锅炉备用锅炉备用-炉水炉水ph低低 24. 锅炉备用锅炉备用-炉水中氧含量高炉水中氧含量高 avt(o)avt(o)与与otot时给水管道内表面氧化物形成过程时给水管道内表面氧化物形成过程 4fe2+ + o2 + 2h+ = 4fe3+ + 2oh- 2fe2+ + 2h2o +

31、 1/2o2 = fe2o3 + 4h+ fe(oh)+ + h2o = feooh + 2h+ + e- fe3o4 + 2h2o = 3feooh + h+ + e- 五、五、ot 不同盐含量下的腐蚀和氧浓度的关系不同盐含量下的腐蚀和氧浓度的关系 碳钢在流动水中的腐蚀速度与碳钢在流动水中的腐蚀速度与phph与与o o2 2浓度关系浓度关系 腐蚀产物转移量与氢电导率关系腐蚀产物转移量与氢电导率关系 0.5mg/l nh0.5mg/l nh4 4ohoh时水合铁与时水合铁与fefe3 3o o4 4的溶解度的溶解度 一台一台600 mw 机组机组,具有全铁材质给水系统。随着在具有全铁材质给水系

32、统。随着在90天时间阶天时间阶 段上的还原剂段上的还原剂(联氨联氨)不断减少不断减少,orp从大约从大约-350mv增加到氧化范增加到氧化范 围内的大约围内的大约+100mv,而且铁含量也明显减少。给水中的氧含量而且铁含量也明显减少。给水中的氧含量 没有发生任何变化。没有发生任何变化。 给水给水ot金属表面状态（金属表面状态（1000） avt 与与ot 效果对比效果对比 * * ot ot 直流机组可能的故障直流机组可能的故障 1. 凝汽器热井水位之上的空气漏入凝汽器热井水位之上的空气漏入 2. 凝汽器热井水位之下的空气漏入凝汽器热井水位之下的空气漏入 3. 凝汽器管泄漏凝汽器管泄漏 4.

33、凝结水水箱污染凝结水水箱污染 5. 补给水系统故障补给水系统故障 6. 漏过补给水系统的胶态二氧化硅漏过补给水系统的胶态二氧化硅 7. 漏过补给水系统的胶体铁漏过补给水系统的胶体铁 8. 漏过补给水系统的有机杂质漏过补给水系统的有机杂质 9. 补充再生剂补充再生剂-氢氧化钠向给水中泄漏氢氧化钠向给水中泄漏 10. 补充再生剂补充再生剂-硫酸或盐酸向给水中泄漏硫酸或盐酸向给水中泄漏 11. 来自补给水脱盐装置树脂退化的有机杂质来自补给水脱盐装置树脂退化的有机杂质 12. 凝结水精处理装置故障凝结水精处理装置故障/失效失效 13. 凝结水精处理装置树脂老化凝结水精处理装置树脂老化 14. 凝结水精

34、处理装置树脂泄漏凝结水精处理装置树脂泄漏 15. 凝结水精处理装置凝结水精处理装置-碱性再生剂泄漏碱性再生剂泄漏 16. 凝结水精处理装置凝结水精处理装置-硫酸或盐酸再生剂泄漏硫酸或盐酸再生剂泄漏 17. 炉前系统中碳钢的腐蚀和炉前系统中碳钢的腐蚀和/或流动加速腐蚀或流动加速腐蚀 18. 除氧器故障除氧器故障-除氧器出口处氧含量高除氧器出口处氧含量高 19. 起动时除氧器排孔关闭起动时除氧器排孔关闭 20. 高压给水加热器中空气的蓄积高压给水加热器中空气的蓄积 21. 来自锅炉给水泵轴封水和来自锅炉给水泵轴封水和/或加热器疏水泵的给水污染或加热器疏水泵的给水污染 22. 通过减温水喷淋进入汽轮

35、机的杂质通过减温水喷淋进入汽轮机的杂质 23. 锅炉备用锅炉备用-失去氮气覆盖层失去氮气覆盖层 24. 锅炉备用锅炉备用-炉水炉水ph低低 25. 锅炉备用锅炉备用-炉水中氧含量高炉水中氧含量高 超临界机组加氧处理时凝结水出水标准超临界机组加氧处理时凝结水出水标准 项目 氢电导率， s/cm(25) 二氧 化硅， g/l 铁 g/l 铜 g/l 钠 g/l 氯离 子 g/l 挥发处 理 加氧处 理 标准值0.150.12105233 期望值0.100.1053111 超超临界机组加氧处理时凝结水出水标准超超临界机组加氧处理时凝结水出水标准 主要 控制 项目 氢电导 率 s/cm (25) 钠

36、g/l 氯离 子 g/l 二氧化 硅g/l 硫酸 根 g/l 铁 g/l 铜 g/l 悬浮 物 g/l 标准0.080.50.520.5115 六、六、 机组水汽系统机组水汽系统facfac fac是锅炉管材在水高流速条件下发生的一种磨是锅炉管材在水高流速条件下发生的一种磨 损腐蚀，一般是碳钢在高流速的无氧纯水中发生。在损腐蚀，一般是碳钢在高流速的无氧纯水中发生。在 含有微量氧的强还原性环境下的紊流区（如管道弯头、含有微量氧的强还原性环境下的紊流区（如管道弯头、 三通、变径处），三通、变径处），fac最易发生。其发生过程如下：最易发生。其发生过程如下： 附着在碳钢表面上的磁性氧化铁（附着在碳钢

37、表面上的磁性氧化铁（fe3o4）保护层被）保护层被 剥离进入湍流水或潮湿蒸汽中，使其保护性降低甚至剥离进入湍流水或潮湿蒸汽中，使其保护性降低甚至 消除，导致母材快速腐蚀，一直发展到最坏的情况消除，导致母材快速腐蚀，一直发展到最坏的情况 管道腐蚀泄漏。这种腐蚀的结果是给水含铁量偏高，管道腐蚀泄漏。这种腐蚀的结果是给水含铁量偏高， 并使给水系统中的加热器、给水泵、省煤器、水冷壁并使给水系统中的加热器、给水泵、省煤器、水冷壁 结垢率加大。调查发现，结垢率加大。调查发现， fac过程可能十分迅速，过程可能十分迅速， 有时管壁减薄速度可高达有时管壁减薄速度可高达5mm/a以上。以上。 fac 机理示意图

38、 1.steel oxidation by water at the steel/oxide interface, 2.iron soluble species and hydrogen diffusion through a porous magnetite oxide layer hydrogen diffusion through the steel 3.magnetite growth at the steel/oxide interface. reductive dissolution of magnetite by hydrogen at the oxide/water inter

39、face 4.soluble iron species and hydrogen transfer in water at the oxide/water interface hydrogen transfer at the steel/air interface steel oxide air fe2+ h2 h2 fe2+ convection flowing water fac 如某电厂一台如某电厂一台500mw的直流锅炉，在高加母管分的直流锅炉，在高加母管分 为许多支管的弯头处，为许多支管的弯头处，5mm厚的钢管半年就腐蚀穿透。厚的钢管半年就腐蚀穿透。 研究发现，水的纯度、溶解氧含量、

40、流速、温度、炉研究发现，水的纯度、溶解氧含量、流速、温度、炉 管几何形状、材料等都对管几何形状、材料等都对fac有明显的影响。要防止有明显的影响。要防止 fac，首先应在设计时认真考虑，首先应在设计时认真考虑fac的影响因素，如的影响因素，如 流速的确定、管道的布置，尽量减少产生强烈湍流的流速的确定、管道的布置，尽量减少产生强烈湍流的 可能。若不能避免，在特殊部件选材上可选择添加可能。若不能避免，在特殊部件选材上可选择添加cr 元素的碳钢材料。其次是改变锅内水化学工况，选择元素的碳钢材料。其次是改变锅内水化学工况，选择 适宜的给水处理方式可以减轻适宜的给水处理方式可以减轻fac的损害，也能使省

41、的损害，也能使省 煤器入口处的铁含量达到较低水平（煤器入口处的铁含量达到较低水平（2g/l）。实践）。实践 证明，可采用给水加氧处理达到这一效果。证明，可采用给水加氧处理达到这一效果。 无氧条件下形成的氧化膜通常分两层，外层膜是无氧条件下形成的氧化膜通常分两层，外层膜是 不很紧密的不很紧密的fe3o4氧化膜，在氧化膜，在150200条件下溶解条件下溶解 度较高，不耐冲刷。这就是度较高，不耐冲刷。这就是avt时炉前系统容易发生时炉前系统容易发生 fac的原因，也是为什么使用联胺处理给水含铁量高，的原因，也是为什么使用联胺处理给水含铁量高， 给水系统节流孔板易被给水系统节流孔板易被fe3o4粉末堵

42、塞的原因。因此，粉末堵塞的原因。因此， 要了解要了解fac，首先要了解管壁上磁性氧化铁膜，首先要了解管壁上磁性氧化铁膜 （fe3o4）的性质。它是）的性质。它是fe2o3与与feo的混合物，其中的混合物，其中 feo中的铁以中的铁以+2价的氧化态存在，价的氧化态存在，fe2o3中的铁为三中的铁为三 价铁。对价铁。对fac敏感的正是二价铁离子。在腐蚀作用区，敏感的正是二价铁离子。在腐蚀作用区， 二价铁离子从二价铁离子从fe3o4晶格中迁移出来，在还原性环境晶格中迁移出来，在还原性环境 下持续地生成下持续地生成fe2+。这一持续迁移的过程，使管壁减。这一持续迁移的过程，使管壁减 薄、强度下降，最终

43、导致突发性爆管事故。薄、强度下降，最终导致突发性爆管事故。 研究发现，铁的溶出率主要是受水的研究发现，铁的溶出率主要是受水的orp 控制，控制，avt(r)、avt(o)和和ot 三种条件下水的三种条件下水的 orp相差较大，它们对抑制相差较大，它们对抑制fac效果也明显不效果也明显不 同（见下表）。同（见下表）。 三种条件下的三种条件下的orp和和fac 水处理方水处理方 式式 给水水质给水水质 orp(svh)/ mv fac程度程度 avt(r) o220g/l - -350较严重较严重 avt(o)不加联胺不加联胺0 0+ +80一般一般 ot加入少量氧加入少量氧 +150无无 sig

44、nificant fac experience mihama unit 3 a 22 inch condensate line downstream of an orifice ruptured catastrophically in 2004 five fatalities and several injuries resulted flow from right to left. note orifice flange is at right edge of photo significant fac experience point beach 1 fac also occurs in

45、equipment, particularly feedwater heater shells operating conditions = 347f and about 88% quality 全铁给水系统的机组在采用全铁给水系统的机组在采用ot和和avt时的主要区别时的主要区别 七七. avt. avt与与ot ot 的最新认知的最新认知 （1）混合金属给水系统）混合金属给水系统(含铜含铜) epri的的avt导则建议，在省煤器入口处的氧浓度应该保持导则建议，在省煤器入口处的氧浓度应该保持 在低于在低于5个个ppb。不过，对于每一台装置使用的最适合的除氧剂，。不过，对于每一台装置使用的最适

46、合的除氧剂， 其除氧剂浓度和残余氧含量只能通过执行一系列的试验来确定。其除氧剂浓度和残余氧含量只能通过执行一系列的试验来确定。 要控制炉前系统循环中碳钢和铜合金二者的腐蚀是很困难要控制炉前系统循环中碳钢和铜合金二者的腐蚀是很困难 的，有时甚至是不可能的。控制碳钢腐蚀需要比控制铜合金腐的，有时甚至是不可能的。控制碳钢腐蚀需要比控制铜合金腐 蚀更高的蚀更高的ph值。在铜的腐蚀方面，存在着强烈的氨、值。在铜的腐蚀方面，存在着强烈的氨、o2及及co2 的共同作用；碳酸铵对铜合金有强烈的腐蚀作用。的共同作用；碳酸铵对铜合金有强烈的腐蚀作用。 给水加热器和凝汽器铜合金的主要问题是铜及其氧化物在高给水加热器

47、和凝汽器铜合金的主要问题是铜及其氧化物在高 压缸进口段的沉积，导致汽轮机效率的快速损失，需要对汽轮压缸进口段的沉积，导致汽轮机效率的快速损失，需要对汽轮 机进行化学和机械清洗。铜在水汽系统中转移造成的另外一些机进行化学和机械清洗。铜在水汽系统中转移造成的另外一些 问题包括：由沉积的铜及其氧化物造成的水冷壁管道的沉积、问题包括：由沉积的铜及其氧化物造成的水冷壁管道的沉积、 以及循环部件的更加复杂的化学清洗和腐蚀加重。以及循环部件的更加复杂的化学清洗和腐蚀加重。 在锅炉压力很高的情况下（大于在锅炉压力很高的情况下（大于2400 psi，约，约17mpa），）， 氧化铜的挥发度非常高，有高达氧化铜的

48、挥发度非常高，有高达30 %的炉水中的铜能被携带至的炉水中的铜能被携带至 主蒸汽中。主蒸汽中。 铁的氧化物在沉积之后几乎不再发生什么变化。但铜的氧化物铁的氧化物在沉积之后几乎不再发生什么变化。但铜的氧化物 就与此不同。氧化铜能被还原成金属铜，在锅炉和过热器未受保就与此不同。氧化铜能被还原成金属铜，在锅炉和过热器未受保 护的保养期间又被重新氧化，在启动期脱落并被传输到汽轮机中。护的保养期间又被重新氧化，在启动期脱落并被传输到汽轮机中。 氧化铜有很高的挥发性；在高压（超过氧化铜有很高的挥发性；在高压（超过2400 psig，17mpa）汽）汽 包锅炉中，溶解在炉水中的氧化物能有包锅炉中，溶解在炉水

49、中的氧化物能有10 - 30 %挥发掉，并向挥发掉，并向 下游传输。通常有大量铜积存在炉水冷壁管上和过热器中；这样，下游传输。通常有大量铜积存在炉水冷壁管上和过热器中；这样， 当给水中铜合金的腐蚀产物被减少之后、而且省煤器入口处的铜当给水中铜合金的腐蚀产物被减少之后、而且省煤器入口处的铜 含量降低到小于含量降低到小于2个个ppb时，它仍然能连续提供铜，最终沉积在时，它仍然能连续提供铜，最终沉积在 高压缸内。高压缸内。 对于混合材质给水系统：第一，通过控制空气漏入、还原剂添对于混合材质给水系统：第一，通过控制空气漏入、还原剂添 加和氧含量（加和氧含量（10ppb），使除氧器入口（），使除氧器入口

50、（dai）处的）处的orp保持保持 在最佳范围（在最佳范围（- 350 到到 - 300 mv）；第二，最优化给水）；第二，最优化给水ph值值 （9-9.3；250 - 700ppb的氢氧化铵的氢氧化铵 ）；第三，跟踪监测给水）；第三，跟踪监测给水 中的铜（和铁）含量；第四，最优化整个给水处理系统，以最小中的铜（和铁）含量；第四，最优化整个给水处理系统，以最小 化铜（化铜（ 2ppb）和铁（）和铁（ 2ppb） 。 在氧化处理引入到美国之前，在试图减少给水给水腐蚀产物在氧化处理引入到美国之前，在试图减少给水给水腐蚀产物 的努力过程中，操作导则要求给水中的氧含量不应超过的努力过程中，操作导则要求

51、给水中的氧含量不应超过5个个ppb。 在过去的十年中，众多发电厂都一直在不断努力以减少空气漏在过去的十年中，众多发电厂都一直在不断努力以减少空气漏 入，但却没有发现关键指标（比如化学清洗相隔时间）发生多入，但却没有发现关键指标（比如化学清洗相隔时间）发生多 大变化；这表明，给水中的腐蚀产物并未大幅减少。与此同时，大变化；这表明，给水中的腐蚀产物并未大幅减少。与此同时， 发电厂也一直在添加、增加和改变除氧剂。结果一般是发电厂也一直在添加、增加和改变除氧剂。结果一般是在省煤在省煤 器入口处的氧含量减少以及伴随的除氧剂增加器入口处的氧含量减少以及伴随的除氧剂增加。两者一起导致。两者一起导致 了给水中

52、恶劣的还原条件（了给水中恶劣的还原条件（orp -350 mv），造成全铁系统中），造成全铁系统中 给水腐蚀产物的增加；结果与初衷正好相反。给水腐蚀产物的增加；结果与初衷正好相反。 最近的研究成果明显指出：最近的研究成果明显指出：最佳给水化学工况涉及到向更加最佳给水化学工况涉及到向更加 氧化性的条件转变及不需要除氧剂的看法，氧化性的条件转变及不需要除氧剂的看法，而且较高的溶解氧而且较高的溶解氧 浓度可以消除流动加速腐蚀浓度可以消除流动加速腐蚀 。 在具有全铁材质给水系统的机组中，氧浓度不允许低于在具有全铁材质给水系统的机组中，氧浓度不允许低于1个个 ppb。 （2）全铁给水处理系统水工况）全铁

53、给水处理系统水工况 1） 在全铁给水系统中，极低含量的氧气（在全铁给水系统中，极低含量的氧气（20ppb，则这种腐蚀就会停止。，则这种腐蚀就会停止。 因此，并不建议过量添加还原剂。高纯度水中的氧气对于减小因此，并不建议过量添加还原剂。高纯度水中的氧气对于减小 铁氧化物的生成是有益的。铁氧化物的生成是有益的。 3）许多具有全铁给水系统的装置在运行时根本不使用还原剂，许多具有全铁给水系统的装置在运行时根本不使用还原剂， 已经明显地减少了铁的迁移已经明显地减少了铁的迁移。 具有碳钢加热器和管道的给水系统需要在具有碳钢加热器和管道的给水系统需要在9.2 - 9.6的的ph条件条件 下运行（温度为下运行

54、（温度为25 ），才可以使流动加速腐蚀最小。不存在），才可以使流动加速腐蚀最小。不存在 co2时，调节该时，调节该ph值需要添加值需要添加0.5 2.2ppm以以nh3计的氢氧化计的氢氧化 铵。对于具有全铁金属的机组，不建议使用其它还原剂。当操铵。对于具有全铁金属的机组，不建议使用其它还原剂。当操 作过程没有使用任何还原剂时，氧化作过程没有使用任何还原剂时，氧化-还原电位还原电位orp只需略微高只需略微高 于于0 mv即可；以此方式，就能使流动加速腐蚀最小化。即可；以此方式，就能使流动加速腐蚀最小化。 八、汽轮机化学八、汽轮机化学 蒸汽中的杂质，一类是蒸汽中的可溶物质，蒸汽中的杂质，一类是蒸汽

55、中的可溶物质， 包括盐类、酸或碱；另一类是不可溶物质，主包括盐类、酸或碱；另一类是不可溶物质，主 要是以氧化铁为主的固体颗粒。蒸汽在汽轮机要是以氧化铁为主的固体颗粒。蒸汽在汽轮机 中做功的过程中，随着温度和压力的逐渐下降，中做功的过程中，随着温度和压力的逐渐下降， 如果这些可溶物质的浓度超过了它在蒸汽中的如果这些可溶物质的浓度超过了它在蒸汽中的 溶解度，便会在汽轮机的不同部位沉积下来。溶解度，便会在汽轮机的不同部位沉积下来。 火力发电机组循环的莫里尔（火力发电机组循环的莫里尔（mollier）图）图 叶片上白色积盐叶片上白色积盐 铜在不同工况过热蒸汽中的溶解度变化曲线铜在不同工况过热蒸汽中的溶

56、解度变化曲线 在汽轮机的高压缸部分最容易沉积的化合物在汽轮机的高压缸部分最容易沉积的化合物 是氧化铁、氧化铜，只有给水水质非常差（如是氧化铁、氧化铜，只有给水水质非常差（如 凝汽器泄漏、树脂进入锅炉等）的锅炉，才会凝汽器泄漏、树脂进入锅炉等）的锅炉，才会 在高压缸发生硫酸钠的沉积。中压缸的主要沉在高压缸发生硫酸钠的沉积。中压缸的主要沉 积物是二氧化硅和氧化铁，如果发生凝汽器泄积物是二氧化硅和氧化铁，如果发生凝汽器泄 漏而又没有凝结水精处理设备时，会发生氯化漏而又没有凝结水精处理设备时，会发生氯化 物的沉积；低压缸主要沉积物是二氧化硅和氧物的沉积；低压缸主要沉积物是二氧化硅和氧 化铁，并且在初凝

57、区几乎聚集了蒸汽中所有还化铁，并且在初凝区几乎聚集了蒸汽中所有还 未沉积的杂质，如各种钠盐、无机酸和有机酸未沉积的杂质，如各种钠盐、无机酸和有机酸 等。等。 1. 1. 铜垢的沉积铜垢的沉积 给水的水处理方式对铜垢的沉积影响很大。对于给水的水处理方式对铜垢的沉积影响很大。对于 有铜材料的机组，铜常常会发生氨腐蚀和氧腐蚀，腐有铜材料的机组，铜常常会发生氨腐蚀和氧腐蚀，腐 蚀下来的铜随给水进入锅炉。由于蒸汽主要是以蚀下来的铜随给水进入锅炉。由于蒸汽主要是以2价价 铜，即铜，即cu(oh)2的形式溶解携带，当给水采用的形式溶解携带，当给水采用avt(r) 时，炉水中还保持微量的还原剂（如联氨等），使

58、得时，炉水中还保持微量的还原剂（如联氨等），使得 铜处于低价甚至单质铜的形态，溶解携带的铜就比较铜处于低价甚至单质铜的形态，溶解携带的铜就比较 少；但如果给水采用少；但如果给水采用avt(o)或或ot处理，炉水中的铜处理，炉水中的铜 几乎全都以几乎全都以2价铜的形态存在，蒸汽溶解携带的铜量价铜的形态存在，蒸汽溶解携带的铜量 就会增加。是否发生铜垢的沉积，与蒸汽中的铜含量就会增加。是否发生铜垢的沉积，与蒸汽中的铜含量 有关。由于蒸汽在汽轮机的做功过程中，压力不断降有关。由于蒸汽在汽轮机的做功过程中，压力不断降 低，而氧化铜或铜的溶解度随压力的降低急剧下降，低，而氧化铜或铜的溶解度随压力的降低急剧

59、下降， 当铜的含量超过其溶解度时，就容易发生铜垢的沉积。当铜的含量超过其溶解度时，就容易发生铜垢的沉积。 沉积的部位几乎包括了高压缸的整个区域。沉积的部位几乎包括了高压缸的整个区域。 2. 2. 铁垢的沉积铁垢的沉积 在汽轮机高、中压缸中，发生氧化铁沉积是普遍现在汽轮机高、中压缸中，发生氧化铁沉积是普遍现 象。因为，除了饱和蒸汽对炉水中的铁有极少的溶解象。因为，除了饱和蒸汽对炉水中的铁有极少的溶解 携带外，主要是蒸汽还要经过多级过热器管和再热器携带外，主要是蒸汽还要经过多级过热器管和再热器 管，高温蒸汽始终与含铁的材料接触，因此，蒸汽中管，高温蒸汽始终与含铁的材料接触，因此，蒸汽中 含有一定量

60、的氧化铁。由于它们在蒸汽中的溶解度都含有一定量的氧化铁。由于它们在蒸汽中的溶解度都 非常低，只要蒸汽的温度、压力下降，它就可能因超非常低，只要蒸汽的温度、压力下降，它就可能因超 过其相应的溶解度而析出，其部位主要在叶片的背面，过其相应的溶解度而析出，其部位主要在叶片的背面， 因为那里的流速相对较低。不同的给水处理方式，沉因为那里的流速相对较低。不同的给水处理方式，沉 积的氧化铁的形式也不同。给水采用积的氧化铁的形式也不同。给水采用ot时为时为fe2o3， 垢量极少，颜色为红色；给水采用垢量极少，颜色为红色；给水采用avt(r)时以时以fe3o4 为主，有时为主，有时fe3o4中的中的fe可被可