申请日2006.10.12
公开(公告)日2008.11.26
IPC分类号C02F1/70; F22B37/00
摘要
本发明涉及锅炉给水处理技术领域，具体为一种直接空冷汽包炉机组炉内水处理方法，解决现有直接空冷汽包炉机组采用还原性处理方法而存在的问题，在还原性工况下将凝结水箱流出的凝结水在除氧器排氧门关闭的状态下只加入氨后直接进入锅炉，其中给水氢导电率控制在0.2μS/cm以下，机组在水质差的情况下，将除氧器排氧门打开，转换成还原性工况。改变了传统认为有溶氧就会产生腐蚀的观念，本发明在金属表面形成了致密的双层氧化膜，抑制了热力系统的流动加速腐蚀;凝结水精处理运行周期延长;停止加致癌物—联氨，降低了氨加药量，有利于环保和健康;间接效益则表现为可以提高机组可用率，达到节能增效的目的，300MW直接空冷机组每年可节约运行费用200多万元。
权利要求书
1、一种直接空冷汽包炉机组给水处理方法，燃料在锅炉内燃烧，炉水被加 热沸腾而产生高温高压蒸汽，既而驱动汽轮机旋转而将机械能转化为电能输出， 随即做功后的高温高压蒸汽被送入空冷塔，与由轴流风机送入的冷却空气在空 冷塔内进行直接换热，生成的凝结水流入凝结水箱，其特征是由凝结水箱流出 的凝结水在除氧器排氧门关闭的状态下加入氨后直接进入锅炉，其中给水氢导 电率控制在0.2μS/cm以下。
2、根据权利要求1所述的直接空冷汽包炉机组给水处理方法，其特征是机 组给水氢导电率连续保持在0.2μS/cm以上运行时，将除氧器的排氧门打开。
3、根据权利要求1或2所述的直接空冷汽包炉机组给水处理方法，其特征 是在整个运行处理过程中采用工业在线氧化还原电位仪表进行给水和炉水工况 在线监测与调节控制。
4、根据权利要求1或2所述的直接空冷汽包炉机组给水处理方法，其特征 是炉水采用加氢氧化钠处理方式。
说明书
直接空冷汽包炉机组给水处理方法
技术领域
本发明涉及锅炉给水处理技术领域，具体为一种直接空冷汽包炉机组给水 处理方法。
背景技术
目前大型火力发电机组常用的冷却方式分为循环水冷和直接空冷机组。由 于直接空冷机组能够大大节约用水量，且选址不受水源制约，所以适宜在缺水 地区推广，除节水之外，在投资、运行、维护等方面均优于循环水冷机组。众 所周知，直接空冷汽包炉机组在实际运用中有其化学方面的明显特点：1、凝结 水含盐量低且稳定：采用空气冷却，不存在常规水冷式机组凝汽器泄漏，污染 凝结水的问题，虽然其凝结水含盐量明显低于常规水冷机组，但凝结水溶解氧 却明显高于常规水冷机组;2、凝结水温度高：由于空冷机组的背压比水冷机组 高，所以空冷机组凝结水温度比水冷机组要高，空冷机组年平均背压高于湿冷 系统，造成凝结水水温较高，而且工况受外界气象影响变化较大，夏季凝结水 温度最高可达80℃，凝结水精处理设备运行受到影响。3、直接空冷系统为全 铁无铜系统、有凝结水精处理装置两个必备条件，水质可以保证，炉内水处理 比较适合碱性氧化性工况。目前全球直接空冷机组数量激增，约占到全部空冷 机组装机容量的42%，但是国内外尚无相关炉内水化学技术领域的标准和规范， 为此进行直接空冷汽包炉机组炉内水处理技术的研究与应用，具有十分重要的 现实意义。
目前我国北方缺水地区新建大型火力发电厂通常首选直接空冷机组。对于 直接空冷汽包炉机组炉水的处理大多数采用磷酸盐处理PT(phosphate treatment)工况，给水采用加联氨和氨调节化学特性的给水运行方式，称为还原性水 处理行工况(即加氨-除氧剂处理AVT-R)：在给水系统中，加入氨和一种 除氧剂(如联氨)，以调节水、汽系统中工质的pH值，使之呈弱碱性，并且除 掉给水中残余溶解氧。在该处理方式下，给水处于还原性的气氛，通常 ORP<-200mV。燃料在锅炉内燃烧，从而使炉水被加热沸腾而产生高温高压蒸 汽，既而驱动汽轮机旋转而将机械能转化为电能输出，当高温高压蒸汽在做功 后的乏汽被送入空冷塔，与由轴流风机送入的冷却空气在空冷塔内进行直接换 热，生成的凝结水流入凝结水箱，多数直接空冷机组凝结水中的溶氧量都大于 30μg/L，超过行业规定的标准，然后凝结水依次经凝结水精处理设备、除氧器、 省煤器后再次进入锅炉。在还原性工况下，除氧器的排氧门打开进行热力除氧， 在此过程中需加入两次除氧剂和氨以进行化学除氧，在实际运行中存在以下缺 陷：
1、汽轮机做功后的蒸汽经大型管道及散热片被强制冷却为凝结水，凝结水 冷却表面积非常大，有更多的机会接触漏入空气，从而造成凝结水溶氧严重超 标，空冷系统材质大部分为碳钢，存在锈蚀和含铁量高问题;
2、水质中含铁量大，启动冲洗时间长：直接空冷机组空冷塔十分庞大，其 投资已接近锅炉、汽机等主要设备，空冷塔材质为碳钢管，外部采用热镀锌处 理。由于空冷系统比常规湿冷系统中水汽接触的金属换热面积大，腐蚀产物多， 水系统带铁严重，特别是试运期间系统中Fe含量较大，机组停运一段时间后启 动空冷凝汽器须经大流量冲洗，冷态含铁量才能降到1000μg/L以下，铁含量使 精处理负担加重、运行周期短、树脂污染严重、汽水品质下降，给机组安全经 济运行造成威胁。庞大的冷却系统给启动前冲洗带来困难，使启动时冲洗用水 量较多，这对于机组迅速启动发电将造成严重影响，水的费用也非常巨大;
3、凝结水精处理存在的问题：凝结水铁含量大将造成树脂严重污染，树脂 交换容量将严重下降，运行周期缩短，使水质将恶化。对于粉末覆盖过滤器含 铁量超标还会造成滤芯污堵中毒，使用寿命缩短。另外还有进口粉末树脂费用 很高的问题，从经济性讲，延长凝结水精处理运行周期，对降低运行成本也至 关重要;
4、在除氧时必须加入大量的致癌物质-联氨，不仅造成了环境污染，生产 成本较高，更重要的是对人体健康造成了严重的威胁;
5、炉水的处理大多数采用磷酸盐处理工况，该处理方式在调节pH值时， 加量较大，而且易产生磷酸盐隐藏现象，不仅对锅炉造成酸式磷酸盐腐蚀，且 大多数沉积在锅炉内部，不易除去。
发明内容
本发明为了解决现有直接空冷汽包炉机组采用还原性处理方法所造成的运 行中凝结水溶解氧严重超标、锅炉给水氢电导率高、含铁量较高，凝结水精处 理运行周期短和热力系统受热面铁垢沉积率大等问题，而提供一种新型实用的 直接空冷汽包炉机组给水处理方法。
本发明是采用如下技术方案实现的：燃料在锅炉内燃烧，炉水被加热沸腾 而产生高温高压蒸汽，既而驱动汽轮机旋转而将机械能转化为电能输出，随即 做功后的高温高压蒸汽被送入空冷塔，与由轴流风机送入的冷却空气在空冷塔 内进行直接换热，生成的凝结水流入凝结水箱，本发明的创新点在于由凝结水 箱流出的凝结水在除氧器排氧门关闭的状态下加入氨后直接进入锅炉，其中给 水氢导电率控制在0.2μS/cm以下。此处理方法属于氧化性处理方法，也称AVT-O 方式，为保证AVT-O工况安全运行，其前提条件是给水水质必须纯净，而给水 氢电导率是水质纯度的最直观的指标。本发明创新点打破了普遍认为的在直接 空冷汽包炉机组系统中有溶氧就会发生腐蚀的传统观念。在现有还原性工况下， 即使水质纯度已完全达到实施氧化性工况的要求，人们也不敢去采用，而本发 明利用系统中自身凝结水中的溶氧在流动状态下进入给水与系统铁发生反应而 生成Fe2O3和Fe3O4，在碳钢表面形成致密的“双层保护膜”，完全克服了还原性 工况下存在的一系列缺陷，具有了系统腐蚀结垢速度小，腐蚀产物的迁移减少、 炉水含盐量低、不需加除氧剂而使化学药品消耗减少、锅炉内部干净而使化学 清洗周期延长等显著优点。本发明所述的给水处理方式尤其适用于亚临界参数 和超临界参数的直接空冷汽包锅炉。
本发明所述的机组在水质差的情况下，即给水氢导电率连续保持在 0.2μS/cm以上运行时，应将除氧器的排氧门打开，与还原工况相比只进行热力 除氧，待给水氢导电率下降到0.2μS/cm以下时再关闭除氧器的排氧门，进行氧 化性处理，实现了在还原工况与氧化工况之间的转换，确保了系统正常稳定的 运行。
本发明所述的在整个运行处理过程中采用工业在线氧化还原电位仪表进行 给水和炉水工况在线监测与调节控制，用于及时检测给水和炉水处于氧化态或 还原态，根据检测结果来判断水质情况并及时进行调节，既而在氧化工况和还 原工况之间进行转换，以达到直接空冷机组给水处理要求。
本发明所述的炉水采用加氢氧化钠处理方式，与传统磷酸盐处理方式相比 具有以下优点：1、能在锅炉内壁形成羟基碱性保护膜，一方面可降低硅在锅炉 内的沉积，另一方面也能降低氯离子对金属表面产生点蚀的作用;2、由于其碱 性较强，所以调节pH值时速度较快，而且加量少，使锅炉水质提高，排污量 减少。
本发明所述的给水氧化性处理方法的基本原理如下：
a)钝化膜的形成机理
在AVT-R的无氧、高pH值处理时，在纯水中与水接触的金属表面覆盖的 铁氧化物主要是Fe3O4，在Fe3O4形成过程中，由金属表面逐步向金属内部氧化 生成了比较致密而薄的内伸Fe3O4层，Fe3O4层从钢的原始表面向金属内部深 入，该膜在高温纯水中具有一定的溶解性，在AVT-O方式下，由于不断向碳钢 表面均匀地供氧，从而使Fe3O4层扩散出的二价铁离子迅速氧化，形成溶解度 很低的Fe2O3，在Fe3O4的颗粒表面和晶粒间隙沉积，封闭了Fe3O4膜的表面和 孔隙，在碳钢表面形成致密的“双层保护膜”，降低了扩散和氧化的速度，使热力 系统金属的腐蚀得到了有效的抑制。
b)电化学原理
从电化学的角度看，在流动的高纯水中添加适量氧，可以提高钢的自然腐 蚀电位，使金属表面发生极化或使金属的自然腐蚀电位超过钝化电位，金属表 面因而形成致密而稳定的氧化性保护膜，从而起到了抑制钢铁腐蚀的作用。 AVT-O工况由于加氧，加快了Fe3O4的内伸层的形成速度，在Fe3O4和水相界面 处又生成一层Fe2O3层，使Fe3O4表面孔隙和沟槽被封闭，因而形成了更致密稳 定的保护层。在AVT-O工况下表面与水相界面上形成的稳定腐蚀产物呈Fe2O3， 它的溶解度决定了保护性能。众所周知，三价铁化合物的溶解度远比二价铁的 溶解度小，通常在AVT-R条件下形成的Fe3O4层有约15%的微孔隙，而AVT-O 条件下形成的双层氧化膜均匀光滑，更致密，可以认为：AVT-O调节法在防止 钢铁腐蚀方面更优于磷酸盐和AVT-R调节法。
与传统的还原性工况相比，本发明采用由凝结水箱流出的凝结水在加入氨 后直接进入锅炉的给水氧化性处理方法，并且保证给水氢导电率控制在 0.2μS/cm以下，具有显著的经济效益和社会效益，具体如下：
(1)、汽水系统铁铜含量显著下降，汽水品质提高
在AVT-O工况下，汽水系统的铁、铜含量比AVT-R降低，而且给水的氢 导电率小于0.2μS/cm，较AVT-R工况运行时降低30%以上，汽水品质有较大提 高，说明凝结水、给水系统的金属腐蚀得到有效抑制;
(2)、停机腐蚀明显减轻，机组启动水冲洗时间减少，缩短启动时间，减少冲 洗用水量;
(3)、精处理装置运行周期延长
AVT-R工况下凝结水精处理装置混床平均运行为3-7天;采用AVT-O工况 运行后，运行周期为20天左右。由于凝结水精处理装置运行周期延长，相应的 废水处理和排放量减少，节水和环保效益显著;
(4)、节约水处理药品费用
采用AVT-O处理技术后，减少加氨量约1/3，停止加致癌物-联胺，每年机 组节约处理药品费用约34万元;
(5)、锅炉受热面结垢速率降低，化学清洗周期延长
通过检测过热器、再热器和水冷壁蒸发段的沉积速率可看出，在AVT-O运 行工况下，热力系统金属材料形成了较致密、光滑的保护膜，金属腐蚀得到有 效抑制，受热面结垢速率明显下降;
(6)、锅炉传热效率提高，机组稳定性提高
由于在AVT-O运行工况下，锅炉受热面结垢速率降低，而且垢的颗粒比较 细小，光滑，降低锅炉运行压差，提高了锅炉的传热效率;有利于防止水流加 速腐蚀(FAC)和锅炉爆管事故发生，机组能连续稳定长期运行，安全稳定性 和等效可用率显著提高。
总之，本发明利用系统中自身凝结水中的溶氧与铁反应而形成了致密的双 层氧化膜，并且可根据水质纯度的好坏进行工况的转换，确有抑制给水系统的 铁氧化膜的溶解和减缓水流加速腐蚀(FAC)的效果;锅炉传热性能得到改善，机 组热效率提高;由于精处理运行周期延长，减少了废水处理费用和对环境的污 染，明显提高了节能、节水和环保效果，节约了运行成本每年约200万元，取 得了机组安全经济运行和节能增效的显著效果。