h第八章-超临界机组的水化学工况解析

h第八章--超临界机组(jīzǔ)的水化学工况解析第一页，共29页。第八章超临界机组(jīzǔ)的水化学工况第一节超临界机组水化学工况概述一、超临界机组的给水水质标准1．杂质在过热蒸汽中的溶解度由给水带入锅炉的杂质有：钙、镁化合物，钠化合物，硅酸化合物和金属腐蚀产物等。它们在过热蒸汽中的溶解度，随蒸汽压力提高而增大(zēnɡdà)，但随温度的变化规律较复杂。2．杂质在直流锅炉内的沉积特性超临界机组来说，炉管中可能存在的沉积物主要是铁氧化物、钙镁化合物和Na2SO4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，那么沉积量越大；被过热蒸汽带入汽轮机的杂质那么主要是硅酸化合物、钠化合物和铜的氧化物，并且它们在给水中的含量越高，那么带入汽轮机的量越大。3．影响杂质沉积过程的因素影响杂质沉积过程的因素：杂质在给水中的含量及其在蒸汽中的溶解度、杂质在高温炉水中的溶解度、水冷壁管的热负荷、锅炉的运行工况等。第二页，共29页。4．杂质在直流锅炉中的沉积部位直流锅炉炉管内的沉积物主要是铁氧化物、钙镁化合物和Na2SO4等钠盐。直流锅炉运行参数越高，炉管中沉积过程开始得越早。在亚临界压力下运行时，从蒸汽湿度为50％～60％的区域开始就有沉积物析出，但在蒸汽蒸干过程蒸快结束和微过热的管区沉积物较多。在超临界压力下运行时，沉积物主要出现在蒸汽微过热的管区。在再热器中、特别是出口管段可能会有铁的氧化物沉积。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坏。5．超临界机组给水水质标准(1)硬度。给水的硬度应接近于零。(2)含钠量。因为直流锅炉给水中的绝大局部钠盐能被蒸汽溶解携带到汽轮机中，所以给水中的含钠量应由汽轮机进口蒸汽(即锅炉送出的蒸汽)中允许的含钠量来决定。现规定超临界锅炉蒸汽含钠量应少于5µg/kg，所以给水含钠量应小于5µg/L，争取小于3µg/L。(3)含硅量。直流锅炉给水中的硅酸(ɡuīsuān)化合物能全部被蒸汽溶解携带到汽轮机中，所以给水含硅量的允许值应由汽轮机进口蒸汽中所允许的含硅量来决定。根据运行经验，目前认为：当汽轮机进口蒸汽的含硅量(以SiO2表示，下同)小于20µg/kg时，根本上可防止汽轮机中沉积二氧化硅。因此，现规定亚临界直流锅炉给水含硅量应不大于20µg/L，超临界直流锅炉给水含硅量应小于10～15µg/L。(4)含铁量。规定超临界机组给水含铁量应小于10µg/L，并争取不超过5µg/L，以防止铁的氧化物在汽轮机和再热器中沉积。(5)含铜量。为了防止铜的氧化物在炉管中沉积，目前规定亚临界压力及以下的直流锅炉，给水含铜量应小于5µg／L，并争取不超过3µg/L，以防止引起汽轮机内沉积铜。目前超临界机组的热力系统中大都不采用铜合金制件，各种加热器都采用钢管，凝汽器也多用不锈钢管或钛管，这样整个热力系统就成为一个无铜系统。第三页，共29页。二、超临界机组水处理的特点(1)在补给水制备方面，水处理系统和设备的选用要求较高，运行管理要求严格。(2)在凝结水净化处理方面，要求100％的凝结水都经过净化处理，完全除去进入蒸汽凝结水中的各种杂质，即包括盐类物质(wùzhì)和腐蚀产物等。(3)在给水水质调节处理方面，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、特别是凝结水一给水系统的腐蚀，从而使给水中腐蚀产物的含量符合给水水质标准。三、超临界机组水化学工况的根本要求(1)尽量减少直流锅炉内的沉积物，延长清洗间隔时间。必须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。(2)尽量减少汽轮机通流局部的杂质沉积物。第四页，共29页。四、超临界机组水化学工况的评价方法1．从水质指标的化学监测数据方面评价2．从锅炉水冷壁内外表的沉积物量来评价(1)测量最高热负荷区域水冷壁管的外壁温度。测温时，不仅要看管外壁温度的绝对数值，还要看每运行1000h后，管外壁温度升高的速度。(2)在最高热负荷区域内割管检查水冷壁管内的沉积物量。3．从汽轮机通流局部(júbù)沉积物量来评价(1)机组运行时的监督：机组运行时监督汽轮机通流局部(júbù)的沉积物量(简称积盐)，是按监视级(主要为高压缸的调节级)中的蒸汽压力来进行监督。汽轮机通流局部(júbù)的沉积物量：

PT,0为没有任何沉积物(机组刚投入正常运行)时高压缸调节级压力；PT，n为机组运行nh后高压缸调节级压力。(2)检修时的检查。汽轮机大修时，开缸检查通流局部(júbù)金属外表沉积物附着的情况。逐级检查并记录沉积物的外观、分布位置、数量，并采集沉积物样品作化学分析。必要时还应作物相分析(x射线衍射分析)。第五页，共29页。4．从水汽系统不同局部金属材料的均匀腐蚀速度及磨损腐蚀速度来评价(píngjià)。由水化学工况质量所决定的机组的允许运行指标机组运行指标项目机组允许值(俄罗斯)1．汽轮机高压缸通流部分积盐卸3．0％2．锅炉热负荷最高的水冷壁管(下辐射区)外壁金属温度升高速度5℃／1000h3．锅炉热负荷最高的水冷壁管(下辐射区)外壁金属的绝对温度不高于545℃4．锅炉热负荷最高的水冷壁管(下辐射区)管内沉积物150g／m2(重油)300g／m2(天然气、煤粉)5．热力系统中钢材的均匀腐蚀速度25mg／(m2·h)6．5年内锅炉受热面钢材的溃疡腐蚀速度0．05mm／365d7．缝隙处水流速为120—130m／s时标准结构材料的磨损腐蚀速度：(1)20号碳素钢(2)2Crl3铬钢(3)1Crl8NigTi不锈钢(4)12CrlMoV低合金钢(5)π-68黄铜1．0um／h0．04um／h0．01um／h0．15um／h0．8um／h8．凝结水中污染物在净化凝结水的离子交换器中被吸附的程度50％～70％9．凝结水中污染物在处理凝结水的机械过滤器中被吸附的程度50％～70％10．凝结水的离子交换器的运行周期700～800h11．凝结水的机械过滤器两次反洗间的运行周期1000h12．凝汽器中冷却水的泄漏率0．003％注燃用高硫重油时，应经7000h运行后再进行机组运行指标的评价(píngjià)；燃用其他动力燃料时，应经24000h运行后再进行机组运行指标的评价(píngjià)。第六页，共29页。5．从凝结水净化设备的运行效果(xiàoguǒ)来评价①除掉凝结水中杂质的效果(xiàoguǒ)；②设备的运行周期。第七页，共29页。第二节AVT水化学工况AVT是在对给水进行热力除氧的同时，向给水中参加氨和联氨，以维持一个除氧碱性水工况，从而到达抑制水汽系统金属腐蚀的目的。由于除氧和联氨的参加，给水具有较强的复原性，所以AVT水工况是一种复原性水工况。一、给水pH值的调节原理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，并把给水的pH值提高到水质标准规定的碱性范围。1．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，极易溶于水，其水溶液称为氨水。一般商品浓氨水的浓度约为28％，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-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。NH3·H2O=NH4++OH-NH3·H2O+CO2=NH4HCO3NH3·H2O+NH4HCO3=(NH4)2CO3+H2O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，一局部(júbù)会被抽气器抽走，尚有一局部(júbù)氨溶入了凝结水中。随后，当凝结水进入除氧器后，氨会随除氧器排汽而损失一些，剩余的氨那么进入给水中继续在水汽系统中循环。AVT运行试验说明，氨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，那么氨将在其中全部被除去。第八页，共29页。2．水的pH值对金属外表保护稳定性的影响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。3．给水加氨处理存在的问题给水温度较低时，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，缺乏以维持必要的给水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，那么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。二、热力除氧的原理根据气体溶解定律(亨利定律)，气体在在水中的溶解度，随着温度的升高而降低，当水温到达沸点时，气体在在水中的溶解度降低为零，溶解在水中的气体可能全部逸出。热力法不仅可除去(chúqù)水中溶解的氧，也能同时除去(chúqù)水中的二氧化碳等其他气体。三、联氨处理的原理1．联氨的性质联氨(N2H4)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％的水合联氨的密度为1.032g/cm3，24％的水合联氨的密度为1.01g/cm3。在101.3kPa的大气压力下，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℃。第九页，共29页。联氨容易挥发，但当溶液中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(zhēnɡqì)对呼吸系统和皮肤有侵害作用，所以空气中的联氨蒸汽(zhēnɡqì)量不允许超过lmg/L。联氨能在空气中燃烧，其蒸汽(zhēnɡqì)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％时那么不会燃烧。N2H4+H2O→N2H5++OH-5N2H4→3N2+4H2+4NH3N2H4+O2→N2+2H2O联氨还能将金属高价氧化物复原为低价氧化物，如将Fe2O，复原为Fe3O4，从而促进钢铁外表上生成Fe3O4保护膜。2．影响联氨除氧反响的因素联氨在碱性水中才显强复原性，它和氧的反响速度与水的pH值和关系密切，水的pH值在9～11之间时，反响速度最大。温度愈高，联氨和氧的反响愈快。水温在100℃下时，此反响很慢；水温高于150℃时，反响很快。3．给水加联氨除氧的工艺条件给水联氨处理的适宜条件应是：水温在150℃以上，水的pH值在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20～50µg/L。在锅炉启动阶段，加大联氨的加药量，一般控制在100µg/L。第十页，共29页。四、AVT的水质标准和控制方法AVT是在使热力除氧器正常(zhèngcháng)运行的同时，向给水中参加氨和联氨，调节给水的水质。注①氢电导率为水样经过强酸氢型阳离子交换柱后测定的电导率；②括号(kuòhào)中的数值为目标值。第十一页，共29页。1．氨的加药方法将液态氨和浓氨水配成0.3％～0.5％的稀溶液；然后，用柱塞加药泵参加凝结水净化装置的出水母管和除氧器下水管中。进行两级加氨处理，将给水(jǐshuǐ)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。第十二页，共29页。2．联氨加药方法先将24％或40％的浓联氨通过输送泵注入该计量箱进行计量，然后再翻开加药箱进口门将浓联氨引入加药箱，并加除盐水稀释至一定浓度(如0.1％)，搅拌均匀，然后即可启动加药泵把联氨参加加在高压除氧器出口的给水母管中，也可以把联氨的参加点设置在凝结水净化(jìnghuà)设备的出水母管。第十三页，共29页。五、AVT水工况的缺点(1)给水(jǐshuǐ)含铁量较高，且锅炉内下辐射区局部产生铁的沉积物多。(2)凝结水除盐设备的运行周期缩短。第十四页，共29页。第十五页，共29页。第十六页，共29页。第三节CWT水化学工况为解决AVT水工况存在的问题，德国20世纪70年代中叶提出了对给水进行加氧处理的中性水工况，即中性水处理(NeutralWaterTreatment，NWT)。NWT就是利用溶解氧的钝化作用原理，在高纯度锅炉给水中参加适量的氧化剂(氧气或过氧化氢)，以促进金属外表的钝化，从而到达(dàodá)进一步减少锅炉金属腐蚀之目的。虽然NWT在直流锅炉上的应用取得了显著的效果，但是在NWT工况下给水为中性高纯水，其缓冲性很小，稍有污染即可使给水的pH值降低到6.5以下，此时加氧不仅不会促进金属的钝化，而且会加速金属的腐蚀。为了克服NWT的这一缺乏，德国在NWT的根底上开展出加氧与加氨联合水处理(CWT)，CWT已在国内的亚临界和超临界机组上普遍应用。一、CWT的根本原理向高纯水中参加了足量的氧化剂，如气态氧，不仅可加快Fe2+和水中的氧反响，能形成Fe3O4氧化膜的速度，而且可通过以下反响在Fe3O4膜的孔隙和外表生成更加稳定的α-Fe2O3：4Fe2++O2+4H2O→2Fe2O3+8H+2Fe3O4+H2O→3Fe2O3+2H++2e3Fe2++0.5O2+3H2O→Fe3O4+6H+这样，在加氧水工况下形成的碳钢外表膜具有双层结构，一层是紧贴在钢外表的磁性氧化铁层(Fe3O4，内伸层)，其外面是含尖晶石型的氧化物层(Fe2O3)；所以形成的保护膜更致密、稳定。而且，如果由于某些原因使保护膜损坏，水中的氧化剂能迅速地通过上述反响修复保护膜。其表层呈红色，厚度一般小于10µm，多数晶粒的尺寸<lµm。第十七页，共29页。二、CWT的水汽质量标准1．CWT的主要水质指标(1)电导率。我国“直流锅炉给水加氧处理〞的电力行业标准(DL/T805.1—2002)要求给水水样经氢型阳离子交换(jiāohuàn)柱后测定的电导率(简称氢电导率)的标准值<0.15µS/cm，期望值≤0.1µS/cm。超临界机组均设有凝结水精处理系统，其出水氢电导率一般都小于0.15µS/cm，并经常小于0.1µs/cm。因此，上述指标是完全可以到达的，但其前提是凝结水必须100％经过净化处理。(2)溶解氧浓度。在我国，DL/T805.1—2002推荐的标准是30—300µg/L；实际运行中，无铜机组(如石洞口第二发电厂)维持在100～300µg/L，有铜机组(如黄埔电厂)那么维持在80～20µg/L。在CWT水工况下，给水中的氧浓度不能太低，否那么难以形成更稳定、致密的Fe3O4—Fe2O3双层保护膜。但是，如果氧浓度过高，不仅钢铁在少量氯化物杂质的作用下容易发生点蚀，而且可能导致过热器或汽轮机低压缸部件的腐蚀。(3)pH值。我国(DL/T805.1—2002)和德国的标准都推荐将给水的pH值控制在8.0～9.0这样一个较宽的范围内。第十八页，共29页。2．CWT的水汽(shuǐqì)质量标准第十九页，共29页。①氢电导率为水样经过强酸氢型阳离子交换(jiāohuàn)柱后测定的电导率，表中各种电导率均要求在25℃下测量。第二十页，共29页。三、CWT的加氧系统1．加氧系统概况CWF应选用纯度大于99％的氧气作为氧化剂。加氧系统由氧气钢瓶(承压14.7MPa、容积(róngjī)44L)、氧气流量控制器和氧气输送管线组成。氧气管线系统包括母管和支管，母管可采用黄铜管或不锈钢管，支管应采用不锈钢管。设有两个氧参加点：一点在凝结水处理装置出口的凝结水管道上，另一点给水泵的吸入侧(除氧器出口)的给水管道上。第二十一页，共29页。2．加氧系统使用和维护的本卷须知(1)使用前，在氧气瓶阀全部关闭的情况下，将所要用一边的上下压截止阀翻开，再先微量开启所要使用一边的其中一只氧气瓶阀，使高压压力表示值缓缓上升到压力不再上升时，再把这边所有气瓶全部开足，然后再顺时转动减压器调节螺杆，将低压压力表调到所需值。停止供气时，只需旋松减压器调节螺杆，低压压力表示值为零后，再关闭截止阀。(2)减压器的高压腔和低压腔都装有平安阀，当压力超过许用值时，自动翻开排气，压力降到许用值即自行(zìxíng)关闭，平时切勿扳动平安阀。安装时，应注意连接局部的清洁，切忌杂物、垃圾进入减压器。连接局部发现漏气时，一般是由于螺纹扳紧力不够，或垫圈损坏，应适当扳紧或更换密封垫圈。发现减压器有损坏或漏气，或低压表压不断上升，以及压力表回不到零位等现象，应及时进行修理。(3)汇流排应按规定使用一种介质，不得混用，以免发生危险。严禁接触油脂，以免发生火灾事故。不得安装在有腐蚀性介质的地方。不得逆向向气瓶内充气。投入使用后，应进行日常维护，严禁敲击管件。正常使用中，每年推荐对压力表进行计量检测。(4)氧气瓶出口阀开启速度不得过快，防止有可燃物进入时，造成静电打火引起燃爆，炸管伤人。另外，氧气瓶出口高压软管平安使用期一般为1.5～2年，须及时更换。氧气瓶出口高压软管不可过量弯曲，应尽量在自然状态下连接。第二十二页，共29页。3．加氧系统的日常使用方法(1)每套装置分给水加氧和凝结水加氧两局部，每五个气瓶对应一个系统(给水或凝结水)。分别向给水和凝结水系统供氧。(2)由于(yóuyú)给水加氧的系统压力较低，氧气可充分得到使用；而凝结水加氧的系统压力较高，当氧瓶压力下降至4.0MPa时，已不能向凝结水系统中参加氧气。为了防止氧气浪费，此时可将给水加氧瓶组和凝结水加氧瓶组进行切换，即将原凝结水加氧瓶组中的剩余氧气向给水系统中参加，而原给水加氧瓶组那么更换新氧瓶向凝结水系统中参加。(3)加氧量的调节。加氧量的调节通过分别调节给水加氧流量计和凝结水加氧流量计下的小调节阀实现。(4)系统的紧急关断。当给水氢电导大于0.15µS/cm时必须停止加氧，电动阀自动关断，停止加氧。四、CWT的运行控制方法1．启动运行控制方法CWT工况下机组正常启动时，首先应按不加联氨的AVT运行模式启动，进行正常的系统清洗和除氧器排气，并通过加氨将给水pH值提高至9.0～9.5。当机组运行稳定，所带负荷高于最低运行负荷(30％B—MCR)，省煤器进口给水导电率<0.15µS/cm，并有继续降低的趋势时，开始加氧，从AVT运行转换到CWT运行模式。为加快水汽循环系统中钢外表保护膜的形成和溶解氧的平衡，加氧初期可适当提高给水中的含氧量，但最高不得超过300µg/L。第二十三页，共29页。2．正常运行控制方法当加氧系统投入运行后，首先(shǒuxiān)调节自动加氨装置的控制值，将省煤器入口给水的pH控制在8.0～9.0。然后，调节加氧流量，将省煤器入口给水的溶解氧量控制在30～300µg/L。实际操作时，可根据凝结水和给水的流量及其溶解氧量的监测数据来调节凝结水处理装置出口点和除氧器出口点的氧流量，将省煤器入口给水中溶解氧浓度维持在100µg/L左右。正常运行时，除氧器排汽门可根据机组的运行情况采用微开方式或全关闭定期开启的方式。高、低压加热器排汽阀门应采用微开方式，以确保加热器疏水的含氧量大于30µg/L。3．水质异常时的处理原那么第二十四页，共