亚临界机组汽轮机高压缸结垢原因分析

亚临界机组汽轮机高压缸结垢原因分析

第31卷第8期

2009年8月

华电技术

HuadianTechnology

V o1.31No.8

Aug.2009

亚临界机组汽轮机高压缸结垢原因分析

刘宇峰,刘伟

(1.湖南华电长沙发电有限公司,湖南长沙410203;2.辽宁华电铁岭发电有限公司,辽宁铁岭112OOO)

摘要:对辽宁华电铁岭发电有限公司1亚临界机组汽轮机高压缸结铜垢的问题进行了研究,分析了铜垢产生的原因

并提出了防治措施.实际运行显示,采取防治措施后启机水质有了明显改善.

关键词:汽轮机高压缸;铜腐蚀;铜垢;防止措施

中图分类号:TM621.8文献标志码:B文章编号:1674—1951(2009)08—0009—02 0引言

随着我国对电力需求的增长,火力发电厂单机

容量不断增大,机组参数不断提高,由水,汽品质不

达标而导致汽轮机发生腐蚀和结垢的现象也越来越

多,对机组安全运行带来了不良的后果.

辽宁华电铁岭发电有限公司现有4台装机容量

为300MW的压临界汽轮发电机组,该汽轮机由哈

尔滨汽轮机厂制造,型号为N300—16.7/537/537.

锅炉由哈尔滨锅炉制造厂生产,为HG一1021/

18.2一YMX自然循环汽包炉.

1机组于2006年6月进行了一次大修.机组

解体后,化学部有关人员对机组进行腐蚀结垢情况检查,发现1机组高压缸出现了较重的结垢现象, 许多结成块状,为非均匀腐蚀,垢呈棕褐色,结构疏松,较脆,易断裂,易刮除,叶片垢量也较多.对垢样

进行分析,发现该垢样中铜的质量分数高达50%. 若任腐蚀继续发展,会导致机组水,汽品质恶化,机组热效率下降.因此,必须认真分析产生大量铜垢的原因,采取有效的防腐蚀措施,确保机组安全

运行

1铜腐蚀的原理分析

火力发电厂的热力系统中都设置有各种热交换器,为了提高机组热效率,有些设备会选用铜材料. 如凝汽器,低压加热器中有大量的铜管,在有溶解氧及氨存在的条件下,易造成铜材料的腐蚀.

1.1铜氧腐蚀的原理分析

铜管在水中含氧的条件下,能直接与氧发生还

原反应,阳极反应

2Cu+H20::±Cu20+2H+2e,(1)

阴极反应是游离在水中的氧得电子的反应

收稿日期:2009—03—18

÷02+H20+2e;=:20H一.(2)厶

由式(1),式(2)可得

1

÷O2+2CuCu20.(3)

根据化学动力学理论,由式(3)可得

1

c=co,

一

2

,(4)

式中:k为腐蚀速度常数;c.,为氧的浓度.

由式(4)可知,铜的腐蚀速度与氧的浓度有关.

另外,在热力设备的汽水回路密封性能不佳,给水水质不良时,会导致凝结水中含有大量溶解氧,如果有大量的游离的CO:存在,使水呈微酸性或酸性时, 回路中的铜管腐蚀速度就会大大提高,腐蚀产物就会在铜管或回路设备中沉积.

1.2铜氨腐蚀的原理分析

给水加氨处理是为了提高给水pH值,中和水

中的CO气体,防止发生设备的酸性腐蚀.反应原理为

NH3?H20+CO2=NH4HCO3.(5)

当给水氨的加人量控制不好时,就会导致铜管

在有氨存在的条件下,发生氧化而生成铜氨络合

离子,其阳极过程为

Cu+4NH3一[Cu(NH3)4]+2e,(6)

阴极反应是氧的还原发应

1

s'-O2+H20+2e—20H一.(7)

厶

由式(6),式(7)可得

1

Cu+4NH3+1O

2一[cu(NH3)4]+20H一.(8)

厶

由于反应过程中有铜氨络合离子生成,又由于

整个热力系统在不停循环,刚刚发生式(8)中腐蚀的产物马上被凝结水流冲走,因此,腐蚀过程能不停地进行下去.由式(8)可得铜的腐蚀速率公式

】

c=kc4co,,(9)

?

l0?华电技术第31卷

式中:为腐蚀速度常数;CNH3及c.分别为氨和氧的浓度.

由此可见,在氨,氧都存在的条件下,铜管的氨

腐蚀速率大于氧腐蚀的速率,铜腐蚀以氨腐蚀为主. 2汽轮机高压缸腐蚀产物含大量铜的原因

2.1饱和蒸汽被铜腐蚀产物污染

火力发电厂汽,水系统是个循环的体系,系统中

氨和氧会随汽,水回路运行,当遇到含铜的热交换器时,便发生氧化还原反应,导致铜设备的腐蚀,如低压加热铜管发生的氨腐蚀.而铜的腐蚀产物随凝结水各级加热系统加热后由回路循环到锅炉汽包.

饱和蒸汽被污染含铜杂质和其他杂质是由于汽

包内水汽分离时造成的,其来源有几个主要方面:其一

,饱和蒸汽的机械携带J.从汽包送出来的蒸汽

夹带有一些溶有铜腐蚀产物的锅炉水水滴,使得蒸汽机械携带杂质,造成蒸汽品质下降;其二,饱和蒸汽的溶解携带.高温高压的蒸汽有很强的溶解能力,蒸汽的压力愈高,蒸汽溶解杂质的能力就越强, 使大量的杂质进入过热器,再进入汽轮机;另外,过热蒸汽,再热蒸汽超温时,从给水泵来的减温水对蒸汽减温时也会带人杂质.

锅炉压力越高,蒸汽就越易带水,辽宁华电铁岭

发电有限公司1机组属亚临界压力锅炉,出口压力为l6.7MPa,因此,饱和蒸汽的机械携带会稍大.

同时,蒸汽的机械携带也与锅炉的运行工况有关,在用电负荷高时,辽宁华电铁岭发电有限公司充当了调峰电厂的作用,因此,锅炉负荷波动较大,造成汽

包中的水位波动剧烈,液滴飞溅,增大蒸汽的机械携带量.

2.2汽轮机高压缸沉积大量铜垢的原因

当汽轮发电机组运行时,携带溶有铜杂质的过

热蒸汽进入汽轮机后,由于温度和压力的下降,铜腐蚀产物和其他化合物在蒸汽中的溶解度随压力的下降而减小.当其中某物质的溶解度下降到低于其在蒸汽中的含量时,该物质就会以固态形式析出,并沉积在汽轮机的通流部分.

辽宁华电铁岭发电有限公司锅炉炉水pH值控

制在9—10,因此,铜氨络合物在碱性环境中,在高温,高压下早已分解成铜的氧化物.汽轮机高压缸

前几级温度压力较高,因此,沉积下来的盐类物质较少;当蒸汽到高压缸7级叶片以后时,压力温度都下降,易溶于水的Na2CO3,NaOH和难溶于水的Cu2O, CuO,NaFeO,(铁酸钠)等物质会大量沉积,且相互

发生复杂的化学发应,形成垢样沉积在汽轮机通流部分的隔板和叶片上.由于NaOH的浓缩,造成沉

积的腐蚀产物周围pH值很高,导致发生沉积物下

腐蚀,由于腐蚀产物中含铜量多而形成铜垢.

由于做功的原因,中压缸和低压缸蒸汽参数比

较低,这时的蒸汽中已含有湿分,杂质可以转入湿分中,且能冲洗汽轮机隔板和叶片上已析出的固体物质,因此,中,低压缸的结垢较轻.

3防止高压缸腐蚀产物含铜量大的措施

(1)降低水样中氨的含量.由以上对铜腐蚀的