电厂化学-化学水工况

• 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0.3％~0.5％的稀溶液。然后，用柱 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。 • 加药过程中，应根据凝结水和给水pH值手工调整 氨计量泵的行程，也可根据凝结水和给水pH值监 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。
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（2）水的pH值对金属表面保护稳定性的影响
• 从Fe—H2O体系电 位—PH图上可以看 出，在除氧条件下， 给水的pH= 9.0~ 9.5，铁的电极电位 在-0.5V附近(A点)， 正处于Fe3O4钝化区， 所以钢铁不会受到 腐蚀.
不同温度下Fe—H2O体系的φ—pH图
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（2）水的pH值对金属表面保护稳定性的影响
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 物和Na2SO4等钠盐。这些杂质随给水进入锅炉后， 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。 • 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 管区。 • 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。
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（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，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。 • 给水加氨后，氨在水中电离： • NH3· H2O NH4+ + OH• 产生的OH-可以中和游离CO2产生的H2CO3，并使水呈碱 性。由于H2CO3二元弱酸，该中和反应有以下两步： NH3· H2O + CO2 NH4HCO3 • NH3· H2O + NH4HCO3 (NH4)2CO3 + H2O
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（3）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， 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 沉积。 – 因此，锅炉参数越高，炉管中沉积过程开始得 越早。 – 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。
培训讲座
电厂化学
华北电力大学能源与动力工程学院
刘忠
第12章 水化学工况
•1 •2 概述 AVT水化学工况
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1.1 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 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 乎全部沉积在炉管中。 • 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： • 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，则沉积量越 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 合物和Fe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。
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• 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 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， 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， 剩余的氨则进入给水中继续在水汽系统中循环。 • AVT运行试验表明，氨在凝汽器和除氧器中的损失率约在 20％~30％。 • 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 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。
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 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——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。
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1.2 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 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 流部分、凝结水——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。 • 锅炉水化学工况的基本要求如下：
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（2）联氨加药方法
联氨加入部位及方法
• 联氨一般加在轴封加热器入口管道。 • 当给水中溶解氧量低于10 μg/L时，氧不会 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 低于10 μg/L。
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联氨的加药系统。
• 联氨处理所用药剂一般为含40％联氨的水合联氨 溶液，也可能用更稀一些的水合联氨溶液，如 24 ％的水合联氨。 • 为了避免操作人员接触浓联氨，系统设有浓联氨 计量箱。加药前先将浓联氨通过输送泵注入该计 量箱进行计量，然后再打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 加入系统。 • 加药过程中，应根据凝结水和给水含氧量手工调 整联氨计量泵的行程，也可根据凝结水和给水含 氧量监测信号，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，以控制水中含 氧量＜7 μg/L。 24
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(2)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， 给水中的盐类物质几乎全部被蒸汽溶解带 到汽轮机中去。
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第12章 水化学工况
• 1 概述 • 2 AVT水化学工况
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• 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，AVT水化学工况应运而生。 • AVT是在对给水进行热力除氧的同时，向给水中加入氨和 联氨，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 强的还原性，所以AVT水工况是一种还原性水工况。 • 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， 即在给水系统设置热力除氧器作为除氧的主要措施，同时 向给水中加入化学除氧剂 N2H4作为除氧的辅助措施。 • 向给水中加氨不仅可中和水中的CO2等酸性物质，防止酸 性腐蚀，而且可提高给水的pH值，以增强金属表面钝化 膜在水中的稳定性。
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（3）给水加氨处理存在的问题 • 给水加氨调节pH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。 • 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。 • NH3· H2O NH4+ + OH- K 25℃ =1.8×10-5 ↘ K 270℃ = 1.12×10-6 • T↑→K↓→ c(OH ) K↓ 。这样，给水温度较低时，为中和 bc 游离CO2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，不足以维持必要的给水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，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。 • 因此，防止游离CO2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。
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（4）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 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 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 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 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 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 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 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 盐——再次被过热蒸汽溶解带走。 6
• 若单从减缓钢材腐 蚀来说，给水的pH 值高于9.5为好。但 在热力系统中，低 压加热器及疏水冷 却器、凝汽器都使 用了铜合金材料， 当pH值大于9.5时， 铜的腐蚀随pH值增 大而明显加快。 •从铜铁防腐效果上全 面考虑，目前一般将 给水的pH值调节在 9.0～9.5范围内。
不同温度下Fe—H2O体系的φ—pH图
– 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 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 坏。
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水质指标
• 除了硬度以及Na、Si、Fe、Cu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 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、pH值、联氨过剩量等各 项水质指标作出具体规定。
2.5 AVT水工况的缺点
给水含铁量较高，且锅炉内下辐射区 局部产生铁的沉积物多。
• AVT水工况下，水汽系统中铁化合物含量变化的 特征是： • 高压加热器至锅炉省煤器入口这部分管道系统中， 由于磨损腐蚀和腐蚀，水中含铁量是上升的； • 在下辐射区，由于铁化合物在受热面上沉积，水 中含铁量是下降的。 • 在过热器中，由于汽水腐蚀的结果，含铁量会有 所上升。
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2.1 给水pH值的调节原理
• 给水的pH值调节就是往给水中加一定量的碱性物 质，使给水的pH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 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。 • 目前火电厂中用来调节给水pH值的碱化剂一般都 采用氨(NH3)。给水加氨处理的实质就是用氨来中 和给水中的游离CO2，同时将给水的pH值Fra Baidu bibliotek高到 水质标准规定的碱性范围。
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(1)尽量减少直流锅炉内的沉积物，延长清洗 间隔时间。 • 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 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。 • 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 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 希望延长设备大修间隔时间。
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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 （2）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 降低。 – 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 沉积。 – 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(炉膛下辐 射区水冷壁及以前)的炉管中沉积。
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2.3 联氨处理的原理
• 联氨是还原剂，它可以和水中溶解氧直接 反应： N2H4 + O2 → N2十2H2O • 另外，联氨还能将金属高价氧化物还原为 低价氧化物，如将Fe2O3还原为Fe3O4，从 而促进钢铁表面上生成Fe3O4保护膜。
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（1）氨加药方法
• 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 位都会有氨，但在加入部位附近的设备及 管道中水的pH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 的降低，通过凝结水净化处理（氢型混床） 系统时水中的氨将全部被除去。 • 为抑制凝结水—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 热器入口管道上设置加氨点，将给水的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。 21