电厂化学-化学水工况

1、1电厂化学电厂化学 华北电力大学能源与动力工程学院华北电力大学能源与动力工程学院刘忠刘忠培训讲座培训讲座 2第第12章章 水化学工况水化学工况 1 1 概述概述 2 2 AVT水化学工况水化学工况31.1 杂质在锅炉内的沉积特性杂质在锅炉内的沉积特性 如果不考虑炉水过饱和引起的杂质沉积，某种杂质在过热如果不考虑炉水过饱和引起的杂质沉积，某种杂质在过热蒸汽中的溶解度大于它在给水中的含量，则它就会完全被蒸汽中的溶解度大于它在给水中的含量，则它就会完全被过热蒸汽溶解并带入汽轮机；反之，它就会部分、甚至几过热蒸汽溶解并带入汽轮机；反之，它就会部分、甚至几乎全部沉积在炉管中。乎全部沉积在炉管中。 因此，

2、根据正常情况下各种杂质在给水中的含量及其在过因此，根据正常情况下各种杂质在给水中的含量及其在过热蒸汽中的溶解度可推断：热蒸汽中的溶解度可推断： 对于超临界机组来说，炉管中可能存在的沉积物主要是铁对于超临界机组来说，炉管中可能存在的沉积物主要是铁氧化物、钙镁化合物和氧化物、钙镁化合物和Na2SO4等在过热蒸汽中溶解度很等在过热蒸汽中溶解度很小钠化合物，并且它们在给水中的含量越高，则沉积量越小钠化合物，并且它们在给水中的含量越高，则沉积量越大；大； 被过热蒸汽带入汽轮机的杂质则主要是硅酸化合物、钠化被过热蒸汽带入汽轮机的杂质则主要是硅酸化合物、钠化合物和合物和Fe的氧化物，并且它们在给水中的含量越

3、高，则带的氧化物，并且它们在给水中的含量越高，则带入汽轮机的量越大。入汽轮机的量越大。4影响杂质沉积过程的因素影响杂质沉积过程的因素（1）杂质在给水中的含量及其在蒸汽中的溶解度）杂质在给水中的含量及其在蒸汽中的溶解度（2）杂质在高温炉水中的溶解度）杂质在高温炉水中的溶解度 在高温炉水中，钙镁等盐类的溶解度随温度的升高而在高温炉水中，钙镁等盐类的溶解度随温度的升高而降低。降低。 锅炉参数越高，炉水温度也越高，水中杂质就越容易锅炉参数越高，炉水温度也越高，水中杂质就越容易达到饱和浓度，于是在蒸汽湿分较高的区域中就开始达到饱和浓度，于是在蒸汽湿分较高的区域中就开始沉积。沉积。 对于氧化铁等在高温炉水

4、中的溶解度很小的杂质，当对于氧化铁等在高温炉水中的溶解度很小的杂质，当给水中的含量较高时，甚至可能在沸点以前给水中的含量较高时，甚至可能在沸点以前(炉膛下辐炉膛下辐射区水冷壁及以前射区水冷壁及以前)的炉管中沉积。的炉管中沉积。5（3）水冷壁管的热负荷）水冷壁管的热负荷 锅炉炉膛各部分的热负荷不可能是非常均匀的，锅炉炉膛各部分的热负荷不可能是非常均匀的，炉管热负荷越高，靠近管壁的炉水蒸发越剧烈，炉管热负荷越高，靠近管壁的炉水蒸发越剧烈，杂质越容易浓缩达到饱和浓度，进而在管壁上杂质越容易浓缩达到饱和浓度，进而在管壁上沉积。沉积。 因此，锅炉参数越高，炉管中沉积过程开始得因此，锅炉参数越高，炉管中沉

5、积过程开始得越早。越早。 此外，某些在给水中含量小于它在过热蒸汽中此外，某些在给水中含量小于它在过热蒸汽中溶解度的杂质，也能在炉管上沉积。溶解度的杂质，也能在炉管上沉积。 6（4）锅炉的运行工况）锅炉的运行工况 锅炉的运行工况的变化可使本已沉积在炉管中的钠盐又有锅炉的运行工况的变化可使本已沉积在炉管中的钠盐又有一部分被蒸汽带入汽轮机。一部分被蒸汽带入汽轮机。 在锅炉水冷壁的流程中，蒸发区的位置会随水冷壁热负荷在锅炉水冷壁的流程中，蒸发区的位置会随水冷壁热负荷的降低和升高而前后移动。的降低和升高而前后移动。 例如，当燃烧工况变化使水冷壁的热负荷降低时，蒸发区例如，当燃烧工况变化使水冷壁的热负荷降

6、低时，蒸发区就向前推进。此时，含水量较多的汽水混合物或未饱和的就向前推进。此时，含水量较多的汽水混合物或未饱和的水就进入工况变化前蒸汽即将被蒸干和微过热的管区，将水就进入工况变化前蒸汽即将被蒸干和微过热的管区，将先前沉积在那里管壁上的钠盐溶解下来，带入工况变化前先前沉积在那里管壁上的钠盐溶解下来，带入工况变化前的过热管区。在那里，水分又被蒸干，一部分钠盐再次沉的过热管区。在那里，水分又被蒸干，一部分钠盐再次沉积在管壁上，另一部分钠盐被蒸汽带走。当燃烧工况恢复积在管壁上，另一部分钠盐被蒸汽带走。当燃烧工况恢复正常后，这部分沉积在过热区的钠盐会陆续被过热蒸汽溶正常后，这部分沉积在过热区的钠盐会陆续

7、被过热蒸汽溶解带走。解带走。 因此，锅炉经过给水长期不良的运行后，在给水改善的初因此，锅炉经过给水长期不良的运行后，在给水改善的初期，还有可能出现蒸汽含钠量高于给水含钠量的异常情况。期，还有可能出现蒸汽含钠量高于给水含钠量的异常情况。而这个高出来的钠，正是给水改善之前沉积在管壁上的钠而这个高出来的钠，正是给水改善之前沉积在管壁上的钠盐盐再次被过热蒸汽溶解带走。再次被过热蒸汽溶解带走。7杂质在锅炉中的沉积部位杂质在锅炉中的沉积部位 锅炉炉管内的沉积物主要是铁氧化物、钙镁化合锅炉炉管内的沉积物主要是铁氧化物、钙镁化合物和物和Na2SO4等钠盐。这些杂质随给水进入锅炉后，等钠盐。这些杂质随给水进入锅

8、炉后，由于水的急剧蒸发而在尚未汽化的水中迅速浓缩、由于水的急剧蒸发而在尚未汽化的水中迅速浓缩、饱和、析出。饱和、析出。 锅炉运行参数越高，炉管中沉积过程开始得越早。锅炉运行参数越高，炉管中沉积过程开始得越早。超临界直流锅炉沉积物主要出现在蒸汽微过热的超临界直流锅炉沉积物主要出现在蒸汽微过热的管区。管区。 对于中间再热式锅炉，在再热器中、特别是出口对于中间再热式锅炉，在再热器中、特别是出口管段可能会有铁的氧化物沉积。管段可能会有铁的氧化物沉积。 因为铁的氧化物在蒸汽中的溶解度随蒸汽温度的升高因为铁的氧化物在蒸汽中的溶解度随蒸汽温度的升高而降低，而再热器出口管段的温度最高。除了再热蒸而降低，而再热

9、器出口管段的温度最高。除了再热蒸汽中铁的氧化物之外，再热器本身的腐蚀也会使再热汽中铁的氧化物之外，再热器本身的腐蚀也会使再热器中沉积铁的氧化物，这可能导致再热器管过热而损器中沉积铁的氧化物，这可能导致再热器管过热而损坏。坏。8水质指标水质指标 除了硬度以及除了硬度以及Na、Si、Fe、Cu这五项指标之外，这五项指标之外，为了防止热力系统腐蚀，使给水中铁、铜含量符为了防止热力系统腐蚀，使给水中铁、铜含量符合标准，还应按照给水化学工况的要求，对给水合标准，还应按照给水化学工况的要求，对给水氢电导率、溶解氧含量、氢电导率、溶解氧含量、pH值、联氨过剩量等各值、联氨过剩量等各项水质指标作出具体规定。项

10、水质指标作出具体规定。给水水质调节处理给水水质调节处理 要求采用适宜的挥发性药品处理，以保证机组在要求采用适宜的挥发性药品处理，以保证机组在稳定工况和变工况运行时都能抑制机组各个部位、稳定工况和变工况运行时都能抑制机组各个部位、特别是凝结水特别是凝结水给水系统的腐蚀，从而使给水给水系统的腐蚀，从而使给水中腐蚀产物的含量符合给水水质标准。中腐蚀产物的含量符合给水水质标准。91.2 水化学工况的基本要求水化学工况的基本要求 锅炉的水化学工况就是指锅炉给水的处理方式及锅炉的水化学工况就是指锅炉给水的处理方式及其所控制的水质标准。其所控制的水质标准。 水化学工况应能保证锅炉受热面管内，汽轮机通水化学工

11、况应能保证锅炉受热面管内，汽轮机通流部分、凝结水流部分、凝结水给水系统管壁内不产生沉积给水系统管壁内不产生沉积物，并保证热力设备水汽侧不发生腐蚀。物，并保证热力设备水汽侧不发生腐蚀。 锅炉水化学工况的基本要求如下：锅炉水化学工况的基本要求如下： 10 (1)尽量减少直流锅炉内的沉积物，延长清洗尽量减少直流锅炉内的沉积物，延长清洗间隔时间。间隔时间。 在锅炉内，特别是下辐射区水冷壁管内总在锅炉内，特别是下辐射区水冷壁管内总是不可避免地会产生沉积物，主要是氧化是不可避免地会产生沉积物，主要是氧化铁的沉积物，为了排除这些沉积物以保证铁的沉积物，为了排除这些沉积物以保证锅炉安全运行，应定期进行化学清洗

12、。锅炉安全运行，应定期进行化学清洗。 锅炉水化学工况的基本要求之一就是必须锅炉水化学工况的基本要求之一就是必须使机组两次化学清洗间隔的时间能与设备使机组两次化学清洗间隔的时间能与设备大修的间隔时间相适应。大修的间隔时间相适应。 从经济角度考虑，越是大容量机组，越是从经济角度考虑，越是大容量机组，越是希望延长设备大修间隔时间。希望延长设备大修间隔时间。11(2)尽量减少汽轮机通流部分的杂质沉积物。尽量减少汽轮机通流部分的杂质沉积物。 蒸汽参数越高，蒸汽溶解杂质的能力很大，蒸汽参数越高，蒸汽溶解杂质的能力很大，给水中的盐类物质几乎全部被蒸汽溶解带给水中的盐类物质几乎全部被蒸汽溶解带到汽轮机中去。到

13、汽轮机中去。12第第12章章 水化学工况水化学工况 1 概述概述 2 AVT2 AVT水化学工况水化学工况13 锅炉水汽系统的工作特点要求锅炉给水水质调节处理应采锅炉水汽系统的工作特点要求锅炉给水水质调节处理应采用适宜的挥发性药品，因此，用适宜的挥发性药品，因此，AVT水化学工况应运而生。水化学工况应运而生。 AVT是在对给水进行是在对给水进行热力除氧的同时热力除氧的同时，向给水中，向给水中加入氨和加入氨和联氨联氨，以维持一个除氧碱性水工况，从而达到抑制水汽系，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。由于除氧和联氨的加入，给水具有较统金属腐蚀的目的。由于除氧和联氨的加入，

14、给水具有较强的还原性，所以强的还原性，所以AVT水工况是一种水工况是一种还原性水工况还原性水工况。 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，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，即在给水系统设置即在给水系统设置热力除氧热力除氧器作为除氧的器作为除氧的主要措施主要措施，同时，同时向给水中加入向给水中加入化学除氧化学除氧剂剂 N2H4作为除氧的作为除氧的辅助措施辅助措施。 向给水中加氨不仅可中和水中的向给水中加氨不仅可中和水中的CO2等酸性物质，防止酸等酸性物质，防止酸性腐蚀，而且可提高给水的性腐蚀，而且可提高给水的pH值，以增强金属表面钝化值，以增强金属表面钝化膜在水中

15、的稳定性。膜在水中的稳定性。142.1 给水给水pH值的调节原理值的调节原理 给水的给水的pH值调节就是往给水中加一定量的碱性物值调节就是往给水中加一定量的碱性物质，使给水的质，使给水的pH值保持在适当的碱性范围内，从值保持在适当的碱性范围内，从而将凝结水一给水系统中钢和铜合金材料的腐蚀而将凝结水一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，以保证给水中铁和铜的速度控制在较低的范围，以保证给水中铁和铜的含量符合规定的标准。含量符合规定的标准。 目前火电厂中用来调节给水目前火电厂中用来调节给水pH值的碱化剂一般都值的碱化剂一般都采用氨采用氨(NH3)。给水加氨处理的实质就是用氨来中。给水

16、加氨处理的实质就是用氨来中和给水中的游离和给水中的游离CO2，同时将给水的，同时将给水的pH值提高到值提高到水质标准规定的碱性范围。水质标准规定的碱性范围。15（1）氨的性质及其在水汽系统中的理化过程）氨的性质及其在水汽系统中的理化过程 在常温常压下，氨是一种有刺激性气味的无色气体，极易在常温常压下，氨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。溶于水，其水溶液称为氨水。 一般商品浓氨水的浓度约为一般商品浓氨水的浓度约为28，密度为，密度为0.91g/cm3。 在常温下加压，氨很容易液化而变成液氨，液氨的沸点为在常温下加压，氨很容易液化而变成液氨，液氨的沸点为-33.4。由于氨

17、在高温高压下不会分解、易挥发，因此。由于氨在高温高压下不会分解、易挥发，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。可以在各种压力等级的机组及各种类型的电厂中使用。 给水加氨后，氨在水中电离：给水加氨后，氨在水中电离： NH3H2O NH4+ + OH- 产生的产生的OH-可以中和游离可以中和游离CO2产生的产生的H2CO3，并使水呈碱，并使水呈碱性。由于性。由于H2CO3二元弱酸，该中和反应有以下两步：二元弱酸，该中和反应有以下两步： NH3H2O + CO2 NH4HCO3 NH3H2O + NH4HCO3 (NH4)2CO3 + H2O16 运行过程中，水汽系统中有液相的蒸发和汽

18、相的凝结，以运行过程中，水汽系统中有液相的蒸发和汽相的凝结，以及抽汽等过程。氨是一种易挥发的物质，因而氨进入锅炉及抽汽等过程。氨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。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，在凝汽器中，富集在空冷区的氨，一部分会被抽气器抽走，还有一部分氨溶入了凝结水中。还有一部分氨溶入了凝结水中。 当凝结水进入除氧器后，氨会随除氧器排汽而损失一些，当凝结水进入除氧器后，氨会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系统中循环。剩余的氨则进入给水中继续在水汽系统中

19、循环。 AVT运行试验表明，氨在凝汽器和除氧器中的损失率约在运行试验表明，氨在凝汽器和除氧器中的损失率约在2030。 如果机组设置有凝结水净化处理系统，则氨将在其中全部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中的实际损失情况。加氨量一般通过加氨虑氨在水汽系统中的实际损失情况。加氨量一般通过加氨量调整试验来确定。量调整试验来确定。17（2）水的）水的pH值对金属表面保护稳定性的影响值对金属表面保护稳定性的影响不同温度下不同温度下FeH2O体系的体系的pH图图 从从FeH2O

20、体系电体系电位位PH图上可以看图上可以看出，在除氧条件下，出，在除氧条件下，给水的给水的pH= 9.0 9.5，铁的电极电位，铁的电极电位在在-0.5V附近附近(A点点)，正处于正处于Fe3O4钝化区，钝化区，所以钢铁不会受到所以钢铁不会受到腐蚀腐蚀.18（2）水的）水的pH值对金属表面保护稳定性的影响值对金属表面保护稳定性的影响不同温度下不同温度下FeH2O体系的体系的pH图图 若单从减缓钢材腐若单从减缓钢材腐蚀来说，给水的蚀来说，给水的pH值高于值高于9.5为好。但为好。但在热力系统中，低在热力系统中，低压加热器及疏水冷压加热器及疏水冷却器、凝汽器都使却器、凝汽器都使用了铜合金材料，用了铜

21、合金材料，当当pH值大于值大于9.5时，时，铜的腐蚀随铜的腐蚀随pH值增值增大而明显加快。大而明显加快。从铜铁防腐效果上全从铜铁防腐效果上全面考虑，目前一般将面考虑，目前一般将给水的给水的pH值调节在值调节在9.09.5范围内。范围内。19（3）给水加氨处理存在的问题）给水加氨处理存在的问题 给水加氨调节给水加氨调节pH值，防腐效果明显，但因氨本身的性质值，防腐效果明显，但因氨本身的性质和热力系统的特点，存在不足。和热力系统的特点，存在不足。 由于氨的分配系数较大，所以氨在水汽系统各部位的分布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。不均匀。氨水的

22、电离平衡受温度影响很大。 NH3H2O NH4+ + OH- K 25 =1.810-5 K 270 = 1.1210-6 TK 。这样，给水温度较低时，为中和。这样，给水温度较低时，为中和游离游离CO2和维持必要的和维持必要的pH值所加的氨量，在给水温度升高值所加的氨量，在给水温度升高后就显得不够，不足以维持必要的给水后就显得不够，不足以维持必要的给水pH值。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，由此还造成高压加热器后给水含铁量增加的不良后果。还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为了维持高温给水

23、中较高的pH值，必须增加给水的含氨值，必须增加给水的含氨量，这就可能使水汽中氨浓度过高，造成腐蚀。量，这就可能使水汽中氨浓度过高，造成腐蚀。 因此，防止游离因此，防止游离CO2腐蚀首先应尽量降低给水中的碳酸化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。性的措施。cKcb)OH(20 联氨是还原剂，它可以和水中溶解氧直接联氨是还原剂，它可以和水中溶解氧直接反应：反应： N2H4 + O2 N2十十2H2O 另外，联氨还能将金属高价氧化物还原为另外，联氨还能将金属高价氧化物还原为低价氧化物，如将低价氧

24、化物，如将Fe2O3还原为还原为Fe3O4，从，从而促进钢铁表面上生成而促进钢铁表面上生成Fe3O4保护膜。保护膜。2.3 联氨处理的原理联氨处理的原理21（1）氨加药方法）氨加药方法 因为氨是挥发性很强的物质，不论在水汽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位都会有氨，但在加入部位附近的设备及管道中水的管道中水的pH值会明显高一些。而经过凝值会明显高一些。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（氢型混床）的降低，通过凝结

25、水净化处理（氢型混床）系统时水中的氨将全部被除去。系统时水中的氨将全部被除去。 为抑制凝结水为抑制凝结水给水系统设备和管道，以给水系统设备和管道，以及锅炉水冷壁系统炉管的腐蚀，在轴封加及锅炉水冷壁系统炉管的腐蚀，在轴封加热器入口管道上设置加氨点，将给水的热器入口管道上设置加氨点，将给水的pH值调节到值调节到9.09.5，以使系统中铁和铜含量，以使系统中铁和铜含量都符合水质标准的要求。都符合水质标准的要求。22 加氨处理的药剂可用液态氨和浓氨水。加药前，加氨处理的药剂可用液态氨和浓氨水。加药前，应先将其配成应先将其配成0.30.5的稀溶液。然后，用柱的稀溶液。然后，用柱塞加药泵加入凝结水净化装置

26、的出水母管和除氧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。器下水管中。 加药过程中，应根据凝结水和给水加药过程中，应根据凝结水和给水pH值手工调整值手工调整氨计量泵的行程，也可根据凝结水和给水氨计量泵的行程，也可根据凝结水和给水pH值监值监测信号，采用可编程控制器或工控机通过变频器测信号，采用可编程控制器或工控机通过变频器控制加药泵进行自动加药。控制加药泵进行自动加药。23（2）联氨加药方法）联氨加药方法联氨加入部位及方法联氨加入部位及方法 联氨一般加在轴封加热器入口管道。联氨一般加在轴封加热器入口管道。 当给水中溶解氧量低于当给水中溶解氧量低于10 g/L时，氧不会时，氧不会和联氨起作用，而优良的除氧器调整在最和联氨起作用，而优良的除氧器调整在最佳工况下运行时，给水中的溶解氧一般可佳工况下运行时，给水中的溶解氧一般可低于低于10 g/L