超临界直流锅炉的汽水品质(三)

日期:2019-11-07 / 人气: / 来源:未知

 
 
直流锅炉的给水标准
 
 
 
 

给水中的杂质若在直流锅炉内沉积或被过热蒸汽带进汽轮机中,会影响锅炉与汽轮机的安全经济运行,因此必须严格控制直流锅炉的给水品质。

用来描述直流锅炉水质的指标有硬度、含钠量、含硅量、含铁量、含铜量、pH值等各项。

 

1、给水硬度

给水中的镁盐和钙盐之和称为给水的硬度。由于镁盐和钙盐在蒸汽中的溶解度很小,进入锅炉后几乎完全沉积下来,因此,为了避免在锅炉结硬度盐(水垢),规定直流锅炉的给水硬度为零。

 
 
 

2、含钠量

锅炉给水中的总含盐量通常由钙镁盐和钠盐组成,由于直流锅炉的给水硬度规定为零,所以给水中的含钠量能较真实地反映给水的总含盐量。给水总含盐量可用电导率来评价。

由于直流锅炉给水中的绝大部分钠盐能被蒸汽溶解并带入汽轮机,所以给水中的含钠量应由汽轮机人口蒸汽中所允许的含钠量决定。试验表明,当蒸汽中的含钠量超过10μg/kg时,开始有钠盐沉积在锅炉受热面上。因此我国规定直流锅炉给水含钠量不大于10μg/L,力争小于5μg/L。

 
 
 

3、含硅量

由于直流锅炉给水中的硅酸化合物全部能被蒸汽溶解并带入汽轮机,所以给水中的含硅量应由汽轮机入口蒸汽中所允许的含硅量决定。运行经验表明,当汽轮机入口蒸汽的含硅量(以SiO2表示)小于20μg/kg,可防止SiO2在汽轮机通流部分沉积下来。因此我国规定直流锅炉给水含硅量不大于20μg/L。

 
 
 

4、给水含铁量

在亚临界压力及超临界压力锅炉中,铁的氧化物在过热蒸汽中的溶解度约为10~15μg/L;在超高压及以下参数锅炉中,铁的氧化物在过热蒸汽中的溶解度更低。为了防止铁的氧化物在锅炉内沉积,我国规定直流锅炉给水含铁量应不超过10μg/L。

 
 
 

5、给水含铜量

给水中的铜常以Cu、Cu2O及CuO三种形式存在,其中CuO在蒸汽中的溶解度最大。给水中的大部分铜沉淀在锅炉内,特别是沉积在高热负荷的蒸发区;而被过热蒸汽带走的铜将沉积在汽轮机叶片上结成铜垢。

对于亚临界压力及以下的直流锅炉,为了防止铜的氧化物在锅炉和汽轮机内沉积,规定给水含铜量不大于5μg/L。对于超临界压力锅炉,由于水处理技术的不断完善,汽水系统中的其他杂质较少,汽轮机内的铜垢问题较突出,因此为了减少超临界压力蒸汽的带铜量,规定给水含铜量小于2~3μg/L。

另外,为了避免铜的氧化物在汽轮机内沉积,有的超临界压力机组的热力系统不采用铜合金制件,各加热器全部采用钢管,并将给水的pH值提高到9.3~9.0

 
 

 

 

6、给水的pH值

溶液的pH值可表示溶液的性质及其对金属材料的腐蚀影响。当溶液的pH值小于7时,溶液中有较多的H+,是阳极的去极化剂,会加速腐蚀,若此时溶液中溶有O2时,铁金属表面形成的氧化膜很松软,对金属无保护作用,加快了对铁的腐蚀。如果溶液的pH值提高,则铁表面形成的氧化膜就逐渐趋于稳定,对金属起到保护作用。

火力发电机组除给水加热器、凝汽器的管材为铜合金或镍合金外,大多数材质为铁,不同pH值的水溶液对各种金属有不同的腐蚀程度。由于机组材质中铁的比例最大,因此pH值的选取应先考虑铁的腐蚀,同时也兼顾铜、镍的腐蚀。

当汽水系统有铜件存在时,pH值通常为8.5~9.2;无铜件时,pH值通常为9.5~9.7。在机组水处理系统中,可通过加氨(NH3)处理提高给水的pH值。

 
 
 

7、给水含氧量、总二氧化碳量及联胺过剩量

给水中的溶解氧是引起金属腐蚀的主要因素。为了能较彻底地除去水中的氧,给水除了先在高压除氧器内除氧外,还应在给水中加入联胺N2H4)进行辅助除氧。通常规定直流锅炉给水含氧量为5~7μg/L。

联胺(通常用工业水合联胺N2H4•H2O)与水中溶解氧的反应方程式如下

    N2H4•H2O + O2→N2+3H2O

由于反应的产物既不会增加水的含盐量,也无任何害处,因此联胺是直流锅炉采用的唯一除氧剂。

为了保证联胺的除氧效果,给水中需保持一定的联胺过剩量,但由于联胺有毒,在蒸汽中的含量不能超过0.5μg/L,通常规定直流锅炉给水中的联胺过剩量为20~50μg/L。

由于给水中的CO2气体对铁的腐蚀作用很大,因此规定直流锅炉给水中的总CO2量为零。

 
 
 

8.汽水质量标准

GBl2145—1989《火力发电机组及蒸汽动力设备汽水质量标准》规定的直流锅炉给水水质标准见表12—3;某电厂600MW超临界机组正常运行时的汽水质量指标见表12—4;某电厂600MW超临界机组锅炉点火时的水质标准见表12—5;某电厂国产600MW超临界机组汽轮机冲转时的蒸汽品质见表12—6。

表12—3  直流锅炉给水水质标准(锅炉出口主蒸汽压力在5.9~18.3Mpa)

电导率(μs/cm) Na+

(μg/L) 全硅(以SiO2表示) 硬度(mmol/L) 全铁

(μg/L) 全铜

(μg/L) O2

(μg/L) 过剩N2H4(μg/L) PH值 总CO2

(μg/L)

≤0.3 ≤10 ≤20 ≈0 ≤10 ≤5 ≤7 10~30 8.8~9.3或9.0~9.4加热器为铜管 ≈0

表12—4  某电厂国产600MW超临界机组正常运行时的汽水质量指标

项目 单位 锅炉给水质量标准 蒸汽质量标准 凝结水质量标准(处理前) 凝结水处理标准(高混后)

溶氧 μg/L    

铁 μg/L ≤10 ≤5  ≤5

铜 μg/L ≤5 ≤3  ≤3

钠 μg/L ≤5 ≤10 ≤10 ≤1

二氧化硅 μg/L ≤10 ≤10  ≤10

油 ㎎/L ≤0.3  

电导率 μs/cm ≤0.15 ≤0.15 ≤0.3 ≤0.15

硬度 mmol/L ≈0  ≈0 ≈0

PH值(25℃)  8.0~9.0  

 
 
 
 
 
直流锅炉的水处理
 
 
 
 
一.  直流锅炉水处理概述

直流锅炉的给水主要是汽轮机的凝结水,并以深度除盐和除硅的补给水或蒸发器产生的蒸馏水作为补充水。

直流锅炉的水处理系统通常采用补给水经一级除盐后补充人凝汽器,与凝结水混合后经凝结水泵送至水处理车间,经过滤器除铁、铜后至混合床交换器进行深度除盐,制成合格的凝结水,然后由凝升泵升压,再经低压加热器、除氧器、高压加热器送人锅炉省煤器。

对于凝汽式发电厂,虽然锅炉给水中的补给水量很少,约为锅炉额定蒸发量的2%~ 4%,但是由于直流锅炉的给水品质要求高,所以必须进行两级除盐。

锅炉补给水在与凝结水混合之前先进行一级除盐,以除去水中的钙盐、镁盐、钠盐及CO2气体。一级除盐系统由一级强酸阳离子交换器、脱碳器和一级强碱阴离子交换器组成。

经一级除盐后的补给水与汽轮机的凝结水混合,由于凝汽器可能泄漏以及凝结水系统、疏水系统及热力设备的腐蚀产物可能污染水,因此必须进行二级除盐。

二级除盐系统由过滤器和混合床离子交换器组成。过滤器可将水中的金属腐蚀产物如氧化铁、氧化铜微粒及凝汽器一小部分漏水中夹带的有机杂质等过滤掉。给水经过过滤器后,铁、铜含量降低到规定值,然后进入混合床离子交换器,使水得到深度除盐。

二.  直流锅炉水处理特点

1.凝结水的精处理

超临界直流锅炉对锅炉给水水质要求很高。在机组正常运行时,由于凝汽器、轴封等泄漏而进入部分盐类及空气等杂质,以及热力系统本身的腐蚀产物及补给水中杂质未能完全除尽等原因,必然影响锅炉水质,进而导致汽轮机、锅炉的腐蚀、结垢和积盐,从而危及到机组的安全经济运行。因此超临界机组的凝结水精处理是极为必要的。

直流炉的凝结水采用100%全容量处理,为中压系统。每机配2台50%出力的前置过滤器和3台50%出力的高速混床。前置过滤器与高速混床串联后串联在凝结水泵与低压加热器之间,并设有100%旁路。正常运行时可将前置过滤器切除。当高速混床进、出口压差大于0.35MPa时,50%~100%~结水旁路,当凝结水温度超过55℃时,100%凝结水旁路两台机组共用一套体外再生系统,要求再生后树脂交叉污染率小于0.1%,满足高速混床氨化运行的要求。

凝结水精处理系统主要包括:前置过滤器、高速混床、再生设备、冲洗水泵单元、酸碱计量单元、热水罐单元、罗茨风机单元及压缩空气贮存罐等。

2.补给水的制备

由于直流锅炉的补给水品质要求高,在制备补给水的过程中,原水必须经历混凝一过滤一除盐等步骤,以便将原水中的悬浮态、胶态及离子态杂质等几乎全部除去,得到合格的补给水,因此制备水质优良的补给水是直流锅炉水处理的特点之一。混凝一过滤过程不仅可除去水中的悬浮态杂质,而且可除去除盐设备不易除掉的胶态硅化物;在补给水的制备中,至少经历两级化学除盐过程。

根据机组的汽水质量标准并考虑节约用水,某些电厂锅炉补给水处理水源选用经旁流弱酸处理后的循环水系统排污水,因循环水经浓缩后,水中的含盐量较多,所以锅炉补给水处理系统前设计有反渗透预脱盐系统。其工艺流程如下:弱酸阳床出水→除碳器→除碳水箱→除碳水泵→软水箱→软水泵→保安过滤器→超滤装置→清水箱→高压泵→反渗透装置→淡水箱→淡水泵→逆流再生阳离子交换器→逆流再生阴离子交换器→混床→除盐水箱→除盐水泵→主厂房热力系统。

预脱盐系统为2套反渗透装置,除盐系统为3套一级除盐加混床。保安过滤器、超滤装置采用串联连接方式,以高压泵至反渗透装置为串联连接,阴阳离子交换器为串联连接,混床采用并联连接方式。

正常运行时,保安过滤器、超滤装置、反渗透装置运行两套,阳、阴离子交换器、混床两台运行,一台备用。

3.给水、凝结水的挥发性药品处理

为了防止凝结水系统、给水系统的腐蚀和防止金属腐蚀产物污染给水,应进行凝结水、给水用的挥发性药品处理。

直流锅炉可采用加氨、加联氨及加氧处理法。氨可加到凝结水除盐设备的出水管中,联氨加到除氧器的出水管中

4.锅炉启动时的化学清洗

为了保证直流锅炉的安全经济运行,除了确保给水品质外,还要做好锅炉停用时的清洗及保护工作。

在新机组启动前,应对直流锅炉进行给水、凝结水系统(常统称为炉前系统)的化学清洗工作,并且在直流锅炉每次启动时,应将炉前系统及锅炉本体的汽水系统用水进行清洗,以除去系统中的杂质,这也是直流锅炉水处理的特点之一。

 
 
 
直流锅炉的清洗
 
 
 
 
一.  直流锅炉启动时的水洗
 

在机组停用期间,直流锅炉的汽水系统和炉前系统会有一些腐蚀产物和其他杂质。若机组启动时未除去这些杂质,会影响直流锅炉的给水品质及锅炉的安全运行,因此,机组每次启动时应进行直流锅炉的清洗工作。

机组启动时的水洗有冷态清洗和热态清洗两种方式。

 

1.冷态清洗

直流锅炉的冷态清洗是指在锅炉点火前,用除盐水或凝结水冲洗包括低压加热器、除氧器、高压加热器、省煤器、水冷壁、炉顶过热器及启动分离器等在内的汽水系统。冷态清洗分两阶段进行,第一阶段为低压系统的清洗,第二阶段为高压系统的清洗。

(1)低压系统的清洗。当清洗给水泵前的低压系统时,按下列小循环进行:

凝汽器→凝结水泵→前置过滤器→混合床除盐装置→凝结水箱→凝结水升压泵

排地沟

→低压加热器→除氧器→凝汽器

在进行低压系统的清洗时,启动凝结水泵和凝结水升压泵,使水流在回路中循环流动,并根据前置过滤器进口水的含铁量控制清洗过程。

当前置过滤器进口水中含铁量大于1000μg/L时,应将清洗水排入地沟;而当前置过滤器进口水中含铁量小于1000μg/L时,清洗水经过前置过滤器和混合床除盐装置,除去水中杂质;当前置过滤器进口水中含铁量小于200μg/L时,可完成对低压系统的清洗,开始进行高压系统的清洗。

 (2)高压系统的清洗。当清洗给水泵以后的高压系统时,按下列大循环进行:

凝汽器→凝结水泵→前置过滤器→混合床除盐装置→凝结水箱→凝结水升压泵

→低压加热器→除氧器→给水泵→高压加热器→锅炉本体汽水系统→启动分离器→凝汽器→排地沟

在进行高压系统的清洗时,启动凝结水泵、凝结水升压泵及给水泵,使水流在回路中循环流动,并根据启动分离器出口水的含铁量控制清洗过程。当启动分离器进口水中含铁量大于1000μg/L时,应将清洗水排入地沟;而当启动分离器出口水中含铁量小于1000μg/L时,清洗水由启动分离器进入凝汽器,然后经前置过滤器和混合床除盐装置除去水中杂质;当启动分离器出口水中含铁量小于μg/L时,清洗过程结束。

冷态清洗能除去很多杂质,为了保证直流锅炉点火时有良好的给水水质,必须进行冷态清洗。冷态清洗结束后,锅炉可开始点火。

2.热态清洗

锅炉点火后,随着启动过程的进行,水温和水压逐渐上升,于是会把残留在汽水系统内的杂质冲洗出来,使水中杂质含量增加,影响锅炉启动后的汽水品质,因此应该在锅炉启动过程中设法将它们除去。

在锅炉启动过程中,当水温升高到一定值后,应暂时停止升温,并在一段时问内维持锅内水温,使水仍然沿着高压系统冷态清洗时的循环回路流动。在此期间内,锅炉本体汽水系统中的杂质可被流动着的热水清洗出来,清洗出的杂质在水通过前置过滤器和混合床除盐装置时不断被除去,这种清洗过程称为热态清洗。

由于铁的氧化物在高温水中的溶解度很小,锅炉热态清洗时,若水温过高,易发生铁的氧化物重新沉积现象,因此,在进行热态清洗时,锅炉本体汽水系统出口水温不高于290℃。

当包覆管出口水的含铁量小于100μg/L时,热态清洗工作结束。热态清洗结束后,可继续提高水温,并进行锅炉启动过程中的其他步骤。

二. 机组首次启动前的化学清洗

机组在第一次启动前,必须将制造过程及安装期间存留在管系内的脏物及铁锈等除去,若机组在现场存放或安装时问较长,则更需认真清洗。机组首次启动前的化学清洗方法是依次对凝结水→给水管路及锅炉本体进行碱洗→酸洗→钝化。而过热器和再热器通常不进行机组首次启动前的化学清洗

1.碱洗

碱洗是指将温度为95~100℃的含碱溶液在凝结水→给水管路和锅炉本体内进行循环,以去除油污、油渣及其他保护剂。机组采用的碱洗药品为碱化磷酸盐溶液,并根据清洗回路的污染情况配制不同比例的药品。

碱洗结束后即用除盐水进行水冲洗,先大流量冲洗约30min,然后继续用较小流量的除盐水冲洗,直至出水无细颗粒且pH值小于8.4。

2.酸洗

当机组碱洗结束后即可进行酸洗,酸洗药品可采用盐酸和柠檬酸等。管内结垢物应在酸洗时全部清除,但又不应腐蚀炉管本身金属,因此必须在酸液中加人适量的缓蚀剂,使金属表面形成一层保护膜。

机组酸洗结束后应按碱洗水冲洗方法进行水冲洗,直至出水中无细颗粒沉淀物及DH值大于6为止。

3.钝化

钝化处理的目的是使酸洗干净的金属表面形成一层磁性氧化铁的保护膜,以保护清洗结束后至启动、试运行期间机组的金属不受腐蚀。通常采用氨化水合进行钝化,即在每升除盐水中加入500mg的N2H4和10mg的NH3,溶液的pH值为9~9.5,温度为98~100℃.循环30h左右。在钝化处理接近结束时,若发现有黑色粉状沉淀物,应用除盐水进行水冲洗一次,再配制钝化溶液继续处理,钝化结束后仍有沉淀物时,则再进行水冲洗,直至出水无沉淀为止。最后,再配制含有500mg/L的N2H4和10mg/L的NH3除盐水溶液进行保护。

机组首次启动前的化学清洗效果由割取代表性的样管来鉴定。

作者:北城锅炉


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