亚临界锅炉“磷酸盐隐藏”的原因及解决措施

亚临界锅炉“磷酸盐隐藏”的原因及解决措
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亚临界锅炉"磷酸盐隐藏''的
原因及解决措施CauseAnsisandSolutionfor"PhosphatesHidding" PhenomenonofBelow——criticalBoilers
三2
(铁蚌发电厂,辽宁铁蚌112000)
I,嚣
摘要:论述了亚临界汽包锅炉发生"磷酸盐隐藏"现象的机理及解决措施.说明了应用Ⅱ玎A络台法对锅炉水玲壁管进行
嚣茎嚣纯垒壁蚜关蕾词:亚临界锅炉;磷酸盐;FnA结合法;j上f【中圈分类号]TM621.8文献标识码1B【文章编号]1004—79t3(20嘶107一t7—03
炉内"磷酸盐隐藏"现象:即锅炉高负荷时,
有易溶磷酸盐从锅炉中析出,沉积在水冷壁管壁
上,导致水冷壁传热不良,炉内产生游离氢氧化
钠,严重时可造成爆管事故.
铁岭电厂1号,2号机组于1999年初相继出
现"磷酸盐隐藏"现象,1号炉水冷壁割管取样,
标高十20m处,向火侧金属表面呈灰白色,手感
滑腻,表面口H值约9.0,垢量250g/m,垢成份
的化学分析结果如表1.
表11号炉十20m水冷盛管向火侧垢样成份
威份FEP2CuOCA3MgON鼢台计
古量/35.1.41.69,12392.O1,498.5
该管又经取样进行荧光能谱分析,结果见表
寰21号妒+20m水冷壁瞢向火侧垢样艟漕分析
以上分析表明:成份中,镁垢含量较大,磷垢
含量也偏高.
1原因
1.1磷酸盐防垢处理与Na3PO4的溶解特性
磷酸盐防垢处理是指在碱性较强的条件下
(pH值一般在9～10的范围内),向炉水中填加一定量的NaPO4(或其它磷钠盐类)会使炉水的Ca",Mg2离子与/'04发生如下化学反应.
l0ea2'十6PO4十2OH一一3C(Po4)2?Ca(OH)2
碱式磷酸钙
3M+2S+2OH+03M'2s.2O+
蛇纹石
该化学反应生成的产物皆为松软的水渣易随锅
炉排污排除,不会粘附在锅炉内形成二次水垢,且当锅炉水中维持有一定量的H时可以使炉水中的Ca2浓度非常低,以至不能与锅炉水中SO42一和sio3之积达到Caso4和caSi的溶度积,这
样锅内就不会有钙垢形成,但当给水中M含量
较高时,有生成M白(Pq)2的可能,M(Pq)2
在高温水中溶解度非常小,能粘附在炉臂壁上转化为水垢.
Na3PO4在水中的溶解度与温度有关,在10～120~C范围内,随着水温的升高溶解度增大,当水温超过120℃再继续升高时,它的溶解度随水温的升高反而急剧下降,在高温水中Na3Pq的溶解度很小,对应于15MPa的锅炉水饱和温度下,其溶
解度仅有0.15%,对于亚临界锅炉炉水温度很高,
Na~PO4的溶解度很小,在锅炉热负荷很高的管内, 发生剧烈的沸腾汽化过程中,管内近壁层炉水中的N83PO4被浓缩到很高的浓度,在此区域很容易达一
17一
^,●●
到饱和浓度.研究得知;在亚临界条件下Na3PO4
溶液的沸点高于纯水沸点之温差不超过10℃,所
以当水冷壁因热负荷高或局部过热使管内壁温度高于纯水沸腾温度时,磷酸钠就会以固相析出并附着在金属管壁上.
1.2"磷酸盐隐藏"现象机理
研究表明,机组凝汽器漏泄和炉受热面热负荷
不均.局部热负荷过高是导致"磷酸盐隐藏"现象
发生的主要原因.凝汽器漏泄时,循环水中大量的钙,镁离子进入炉内,钙离子与磷酸盐反应形成碱
式磷酸盐水渣,镁离子与给水中的si一离子反
应形成水渣,这些水渣易随锅炉排污排除,镁离子
过多时,重碳酸镁高温下分解成氢氧化镁沉积于炉管壁上.氢氧化镁在高温状态下继续于沉积在炉管壁上磷酸盐发生化学反应,则以镁的磷酸盐形式存在于金属表面上,该产物为粘稠状物质,一旦形
成,炉水中磷酸盐极易附着其上,即不能与水中的钙,镁离子形成水渣随锅炉排出,也不能以磷酸根
状态存在于炉水中,即造成加入炉水中的"磷酸盐
的隐藏"现象.常规的垢成份分析及荧光能谱垢成
份分析表明:垢成份中含有大量镁盐,说明加入炉
内的磷酸盐确实以镁的磷酸盐形式存在于管壁上,
该产物形成的主要化学反应如下:
Mg(nC~)z+Mg(OHh++2(3c十
№(0H)2管'+2OH—K印:1.Bx10
3Mg(OHh十Na3一(吼)2++6NaOH
Mm(Pq)2呻3M十2Pq卜Ksp=10.卫--10
1.3炉水口H值偏低对磷酸盐防垢作用的影响
锅炉炉内水pH偏低(25℃时低于8.3以下)
加入锅炉内的Na3eCh在该条件下发生水解反应, 致使炉水中NaaPO4存在形态为Na2HPO4和NaH2PO4的水溶液,该水深在高负荷的水冷壁管上会发生如下的反应:
Fe+Nail2PO4~NaFe.PO4++2H()
2Fe+2N.2[-~O4十2H20--2NaFePO4'十
2NaOH+4H(2Hz)
反应产物NaFe_F~4能在水冷壁管上沉积成为
一
种特殊的铁垢,垢的外观呈黑褐色,坚硬且多
孔,导热性很差,致使水冷壁管向火侧金属过热,
同时该反应放出的氢气导致金属渗氢.最终会导致水冷壁管发生脆性破坏.
综上所述,对于亚临界锅炉,由于其参数高,
为了防止磷酸盐在炉管壁上析出采用低磷控制,控制范围为0.5～3.0mg/L,炉水pH偏低不仅会引
一
18一
起结垢腐蚀.炉管脆性破坏,还可导致炉水中磷酸盐的消耗,以致炉水中磷酸盐减少,直至消失.因此.磷酸盐防垢处理必须在炉水pH大于9前提下实施,若遇0H低于9的情况,应立即停止向锅炉
中加入NaaPO4,以防止"磷酸盐隐藏"现象和锅
炉膳性爆管事故的发生.
2解决措施
2.1ⅡyrA的螯合作用
EDTA是乙二胺四乙酸的英文简称,它的结构
式如下:
HOOC一C,,
cH2一COOH)N-一CH2一N</
H.I—H'C'CHz—COOH
乙二胺四乙酸(I44Y)是不含结晶水的白色粉末, 由于它在水中的溶解度很小,(22℃时,100mL
水中可溶0.02gEDTA)不便使用,通常所用的均
为带2个结晶水的乙二胺四乙酸的二钠盐(其溶度为21℃时,100mL水中可溶l1.1g,98℃时,
100mL水中可溶27g).EDTA有6个配位原子
(2个氮原子,4个氧原子),能形成五原子环,故
螯台能力很强,EDTA能同数10种金属离子形成稳定的络合物,由于EDTA的酸根(Y4一)是六合配位体,它与金属Mn反应时,主要在氧和氮原
子上生成较强的键,并形成一种稳定的八面结构, 在任一水溶液中.EDTA总是以Yz,Y,
H4Y,Y一,一,H一和Y4一等7种型体存
在,它们的存在形态主要与溶液的pH值有关:在
不同的pH条件下.EDTA主要存在形体如下:
pH主要存在型体
<lY2
1～1.6Y
1.6～2I-bY
2～2,7Y一
2.7～6.2H,Y—
6.2～10.2Hy3一
>10,2一
在以上7种型体中,只Y4一能与金属离子直接
络合,溶液酸度越低,Y4一存在比率越太.因此EUI~A在碱性溶液中络台能力较强.
EDTA的阴离子Y4一的结构具有两氨基和四个羧基,所以它既可以作为四基配位体,又可作为六基配位体,在周期表中绝大多数的金属离子均能与EDTA形成稳定的络合物,但不同的金属离子与
EDTA形成的络台物,其稳定性是不相同的,主要取决于溶液的温度和酸度.稳定性高络台物,溶液的酸度稍高一些也能稳定络台,但稳定性差的络合物,酸度超过其络合有效pH范围,就达到络合之目的.
2.2应用EDTA络合法处理"磷酸盐隐藏"现象
工艺措施
利用EDTA络合法处理"磷酸盐隐藏"现象
是基于EDTA的络合作用将粘附于水冷壁上的各种垢类清洗下来,消除磷酸盐依附的基础.由于EDTA不会对金属基体产生酸腐蚀,同时EDTA 清洗剂可在锅炉中循环流动,该方法具有清洗时间短,清洗用水量少.清洗后系统恢复工作量小等优点.但由于EDTA与金属离子的络台平衡涉及较多的影响因素,因此进行EL清洗前必须进行
一
系列的小型试验以确定各种清洗条件与清洗工艺.
铁岭发电厂于1999年12月23日对1号炉进
行EDTA清洗,清洗范围为水冷壁下联箱,水冷壁,汽包,集中下降管.
首先将EDTA清洗剂,缓蚀剂,钝化剂按
EDTA浓度2%,缓蚀剂0.5%,钝化剂1000rag/
L在溶药箱中配制完毕,然后启动清洗泵注入炉本体,循环往复直至药液至汽包一100n1In水位.
点燃油枪2支时炉本体进行加热,控制介质温
度在120～130℃范围内,使清洗介质在锅炉本体内呈微循环状态,并保持4h以上,同时取样分析
介质的EDTA浓度,pH值,铁离子含量,控制
pH在8.5～9.5范围内,直至清洗结束.
1号炉EDTA清洗取得良好效果.整个清洗过
程历时26.5h,该炉于1999年12月24日23时点火投入运行以来,至今已近2个月,在运行中未发生炉水磷酸盐异常情况,说明了应用EDTA清洗已将水拎壁管上镁盐及其它组分清洗下来,除去了磷酸盐继续结晶生长的条件,恢复了磷酸盐在炉水中的正常转化形态.
目前.国内外解决"磷酸盐隐藏"现象主要采
用化学清洗法,该方法与常规的化学清洗法相比, 可节约清洗费用近百万元,同时可节约清洗时间5 --
7d,争取了发电时间和巨大的经济效益和社会
效益.
3结束语
a.热力系统渗入的不良水质如:由工业水渗
入,有机物污染源进入及水冷壁受热面热负荷不均局部热负荷较高.是发生"磷酸盐隐藏现象的主
要原因.
b.采用E1)1.A络合法除去锅炉水冷壁管上
所结的镁盐及其它组分,消除磷酸盐结晶附着的条
件,是解决"磷酸盐隐藏"问题的良好途径.
C.对于亚临界机组,其容量大,参数高,运
行中必须加强水,汽品质的监督工作,调整维护好
各种水处理系统设备的运行,加强管理,堵塞漏
洞,防止不良污染源进入热力系统,才能保证不再
出现"磷酸盐隐藏"现象,保证机组的安全稳定运
行.
作者简介:
马浩.女工学硕士高工.现在铁Il争发电厂工作.
(收稿日期200003—20)
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