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1、电厂化学,华北电力大学能源与动力工程学院刘忠,培训讲座,2,第12章 水化学工况,1 概述 2 AVT水化学工况 3 CWT水化学工况,3,1.1 超临界机组的给水水质标准,超临界直流锅炉机组对凝结水和给水的纯度，以及凝结水给水系统腐蚀的控制要求极高。 为了说明超临界机组的给水水质标准，首先必须弄清给水带入锅内的杂质在炉管中沉积和被蒸汽携带的情况。 这与各种杂质在给水中的含量及其在蒸汽中的溶解度等因素有关，因为随给水进入锅炉的杂质，除了被蒸汽携带的部分外，其余的部分就沉积在炉管中，而蒸汽携带的量主要与杂质在蒸汽中的溶解度有关。,4,杂质在锅热蒸汽中的溶解度 由给水带入锅炉的杂质有：钙、镁化合物
2、，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，但随温度的变化规律较复杂，与杂质的种类、蒸汽的压力和温度范围有关。杂质在过热蒸汽中的溶解度差别很大。在超临界压力(294MPa)的蒸汽中，几种杂质溶解度的数量级如下： NaCl，100mg/kg NaOH和NaSiO4：10mg/kg CaCl2：1mgkg NaSO4和Ca(OH)2：10g/kg； CaSO4：1g/kg。 SiO2(硅酸化合物) 的溶解度很大，在超临界压力下高达数百mgkg。 腐蚀产物中，铁的氧化物的溶解度只有1015 g/kg，并且在压力一定时随温度的提高而降低。 腐蚀产物中，铜的氧化
3、物在亚临界压力下很小，只有约2.6 g/kg，但在超临界压力下可达数十g/kg。,5,杂质在直流锅炉内的沉积特性 各种杂质在过热蒸汽中的溶解度差别很大。另外，有些杂质在高温下还会发生水解等化学反应。 如CaCO3和CaCl2水解生成Ca(OH)2 ， Ca(OH)2失水变成在蒸汽中溶解度同样很小的CaO 镁盐水解生成Mg(OH)2和Mg(OH)2MgCO32H2O。 因此，各种杂质在直流锅炉内的沉积特性各有不同。,6,杂质在直流锅炉内的沉积特性 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
4、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。,7,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，
5、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。,8,（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。,9,（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。 在直流锅炉水冷壁的流程中，蒸发区的位置会随水冷壁
6、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，直流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。,10,杂质在直流锅炉中的
7、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。这些杂质随给水进入直流锅炉后，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。 直流锅炉运行参数越高，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。 在亚临界压力下运行时，从蒸汽湿度为5060的区域开始就有沉积物析出，但在蒸汽蒸干过程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，当水被加热到相应压力下的相变点温度即全部汽化，不再出现汽水混合物的两相区。 对于中间再热式直流锅炉，在再热器中、特别是出口管段可能会有铁的氧化物沉积。 因为铁的氧化物在蒸汽中的溶解度随蒸汽温度的升
8、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。,11,超临界机组给水水质标准 为了防止给水中杂质在锅炉内沉积和被蒸汽带往汽轮机，影响超临界机组的安全、经济运行，超临界机组对给水水质的要求非常严格。 (1)硬度 因为给水带入直流锅炉的钙、镁盐类几乎完全沉积于炉管中，所以给水的硬度应接近于零。由于超临界机组要求给水氢电导率0.10.2S/cm，在给水氢电导率合格的条件下，给水硬度应接近于零。因此，有些超临界机组给水水质标准中没有硬度这一项。(2)含钠量 因为直流锅炉给水中的绝大部分钠盐能被蒸汽溶解携带
9、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。 超临界锅炉蒸汽含钠量应5g/kg，所以给水含钠量应5g/L，争取3g/L。,12,(3)含硅量。 直流锅炉给水中的硅酸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)20 g/kg时，基本上可避免汽轮机中沉积SiO2。因此，对于亚临界直流锅炉给水含硅量应20 g/L ，超临界直流锅炉给水含硅量应1015 g/L. (4)含铁量。 铁的氧化物在亚临界和超临界锅炉送出的过热蒸汽中的溶解度
10、大约为1015 g/L，为了防止锅炉水冷壁管内沉积铁的氧化物，目前我国规定超临界机组给水含铁量应10 g/L，并争取5 g/L，以防止铁的氧化物在汽轮机和再热器中沉积。,13,(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5g/L ，并争取3 g/L ，以避免引起汽轮机内沉积铜。 因为对于超临界机组，在水处理方面已采取了许多措施，热力系统的水、汽中其他杂质较少，而汽轮机内铜的沉积变成了比较突出的问题。 为了彻底解决这一问题，并为采用CWT水工况创造条件，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
11、Ti管，这样整个热力系统就成为一个无铜系统。,14,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CWT或AVT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。,15,1.2 超临界机组水处理的特点,超临界机组的各项水处理工作应以保证给水达到规定的水质标准。为此，应根据机组的运行状态合理地应用水化学工况，并按水化学工况的要求严格地监督和控制水汽品质。 (1) 补给水制备 水处理系统和设备的选用要求较高，运行管理要求严格。 要求有完善的预处理设备和至少应有两级化学除盐装置，其第二级应为混合床除盐装
12、置，以除去水中各种悬浮态、胶态、离子态杂质和有机物，并且应有措施防止水处理系统内部污染(如树脂粉末、微生物、腐蚀产物等被补给水携带)，以保证高纯度的补给水水质。,16,(2) 凝结水净化 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，包括盐类物质和腐蚀产物等。 凝结水净化处理系统包括去除不溶性微粒的设施，如各类前置过滤器和去除溶解性杂质的化学除盐装置。 (3)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。,17,1.3 超临界机组水化学工况的
13、基本要求,直流锅炉的水化学工况就是指直流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。 直流锅炉水化学工况的基本要求如下：,18,(1)尽量减少直流锅炉内的沉积物，延长清洗间隔时间。 在直流锅炉内，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。 直流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
14、时间。因此，对超临界机组的水化学工况提出了更高的要求。,19,(2)尽量减少汽轮机通流部分的杂质沉积物。 直流锅炉，特别是超临界直流锅炉，蒸汽参数很高，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。 超临界压蒸汽溶解铜化合物的能力很大，铜化合物在压力超过24MPa的蒸汽中的溶解度远远超过亚临界压力蒸汽中的溶解度。在汽轮机内，当蒸汽压力从24MPa降低到2017MPa时，在汽轮机最前面的级中就可能产生铜的沉积物。,20,解决汽轮机内铜沉积的最根本的办法是热力设备完全不用铜合金，但国外许多超临界压机组低压加热器仍用黄铜管、大多数凝汽器内主要也是采用铜管。我国已投运或将要
15、投运的亚临界压或超临界压机组，也有用铜合金材料制作的设备，如低压加热器、凝汽器铜管、射汽抽气器冷却器等。 如何使给水铜含量达到水质标准的要求，防止铜沉积也是超临界压和亚临界压机组水化学工况的基本要求之一。,21,1.4 超临界机组水化学工况的评价方法,对机组的水化学工况要作出正确评价，必须全面考察以下各个方面： （1）从水质指标的化学监测数据方面来评价 测定机组稳定运行和变工况时主要水流中的水质指标。 例如，俄罗斯规定，流经最后一级低压加热器之后水的含铜量，在机组稳定运行时5g/L，在变工况时10g/L。机组稳定运行时给水含铁量10g/L ，变工况时20g/L。 给水中铜、铁化合物的含量是评价
16、水化学工况是否合理的基本指标。不仅要看水质指标的绝对数值，还要看机组工况发生各种变动之后，水质恢复正常所需要的时间。,22,（2）从锅炉水冷壁内表面的沉积物量来评价 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。 在最高热负荷区域内割管检查水冷壁管内的沉积物量。 在机组运行一段时间后，检查管内沉积物量并考虑机组连续运行时间，可以作出机组水化学工况是否优良的评价。俄罗斯规定超临界压机组连续运行2400h后，最高热负荷区域管内沉积物量应不大于150g/m2。 若机组连续运行时间不太长，管内沉积物量已达到极限允许值，则表明这种水化学工况并不理想，需要改进。,23,（3）从汽轮机通流部分沉积物量来评价 机组运行时的监督 机组运行时监督汽轮机通流部分的沉积物量积盐量，是按监视级(主要是高压缸的调节级)中的蒸汽压力来进行监督。 在汽轮机满负荷运行时，精确测量调节级的压力，每昼夜至少一次。然后，可以绘制出在相同运行条件下(负荷、新蒸汽流量、真空度等)调节级压力随时间的变化曲线。 汽轮机通流部分的沉积物量，可用下式计算调节级压力升高率P来评价。,
