300MW及以上汽包锅炉炉水氢氧化钠处理工艺分析

马玉萍，马东伟

（1.华能邯峰电厂，河北 邯郸 056200；2.国网河北省电力公司电力科学研究院，石家庄 050021）

300MW及以上汽包锅炉炉水氢氧化钠处理工艺分析

马玉萍1，马东伟2

（1.华能邯峰电厂，河北 邯郸 056200；2.国网河北省电力公司电力科学研究院，石家庄 050021）

在比较不同炉水处理工艺的基础上，提出氢氧化钠处理更适用于300MW以上汽包锅炉的观点，分析氢氧化钠处理的工艺特性、指标控制、运行控制等，介绍该方法在2个典型电厂的应用情况和效果，认为汽包锅炉炉水的氢氧化钠化学处理可维持炉水pH值稳定性及缓冲性，减缓热力系统盐类沉积与腐蚀，但仍存在不能消除炉水中的硬度离子等问题。

汽包锅炉；炉水；氢氧化钠；pH值

1 概述

DL／T 805－2004《火电厂汽水化学导则》［1］的“锅炉炉水磷酸盐处理（PT）”部分和“汽包锅炉炉水氢氧化钠处理（CT）”部分给出了汽包锅炉炉水化学处理的范围、总则及加药控制。对于无铜系统机组，利用该导则进行给水处理后，锅炉给水的含铁量有所降低，省煤器、水冷壁的结垢速率降低，适当调整给水碱化剂（氨水）加药量，以保持炉水pH值在规定范围，可实施炉水全挥发处理（AVT）。

炉水磷酸盐处理包括常规磷酸盐处理（NPT）、低磷酸盐（LPE）和平衡磷酸盐处理（EPT），任何一种磷酸盐处理均有可能发生磷酸盐隐藏现象，有些锅炉还可能发生酸性磷酸盐腐蚀，少数锅炉的过热器及汽轮机还发生积盐现象。

炉水氢氧化钠化学处理主要是抑制酸性氯化物的氢脆腐蚀，维持一定量的炉水pH值。据国外资料介绍，在高浓度、高热负荷工况下炉水氢氧化钠不存在“隐藏”风险，低氢氧化钠浓度可以减少蒸汽的携带量，保持携带系数小于0.2%。

炉水全挥发处理不加入任何固体物质，因此该处理方式中含盐量最低，能彻底解决锅炉过热器、再生器和汽轮机通流部件盐类沉积。但由于氨的挥发性高，炉水全挥发处理时炉水的pH值一般比给水的pH值低0.1～0.4，控制偏低。炉水全挥发处理最大缺点是炉水缓冲性差，对腐蚀性阴离子（氯离子和硫酸根离子）所引起的酸性腐蚀、氢脆腐蚀没有拟制作用，因此必须严格控制氯离子和硫酸根离子的含量，炉水氢电导率必须小于1.5μS／cm。

炉水氢氧化钠化学处理能够提高汽包炉炉水的缓冲性和pH值的稳定性，防止氯离子对氧化膜的破坏，而且氢氧化钠不容易出现隐藏现象，可有效避免蒸汽携带杂质造成汽轮机通流部件盐类沉积的问题，适用于300MW及以上汽包锅炉的炉水处理。

2 炉水氢氧化钠处理的工艺特性

2.1 原理及目的

氢氧化钠在水中电离出氢氧根，氢氧根中的氧和金属氧化膜最外侧的原子因化学吸附而结合，从而改变了金属／溶液界面的结构，提高了阳极反应的活化能，使腐蚀介质同金属的化学反应速度显著降低。由于氢氧根在吸附过程中排挤原来吸附在金属表面的水分子层，能降低金属的离子化倾向，因此，氢氧根的吸附作用使得金属保持非活性状态。同时，由于氢氧化钠与氧化铁形成了二价和三价铁的羟基络合物，使金属表面形成致密的保护膜。在热传导状态下，氧气与中性氯化钠产生复合反应生成盐酸，盐酸可以导致氢脆发生（只有在氧气和氯化钠浓度超过临界值时发生氢脆），在炉水中加入少量的氢氧化钠，由于氢氧化钠具有中和酸性物质的能力，使氯化物的浓度降低而减少酸性氢脆腐蚀［2］。

炉水采用氢氧化钠化学处理的目的在于使炉水中保持适量氢氧化钠浓度，拟制因凝汽器泄漏造成炉水氯离子含量增加而产生氢脆腐蚀的危险。同时，炉水采用氢氧化钠处理是解决炉水pH值降低的有效方法之一。

2.2 氢氧化钠处理效果

a.适量的氢氧化钠可降低进入热力系统的杂质浓度，减少汽包锅炉水侧产生腐蚀及沉积物。

b.低氢氧化钠浓度可减少蒸汽的携带量，保持携带系数小于0.2%。GB／T 12145－2008《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》［3］规定，蒸汽钠的质量浓度最大不超过5μg／L，以减少在奥氏体钢（如过热器、再热器及汽轮机）的沉积并产生应力腐蚀。

3 炉水氢氧化钠处理的指标控制

氢氧化钠处理炉水的质量标准（单段蒸发的锅炉），见表1。其中，炉水氢氧化钠控制下限值应通过试验确定，其余控制指标按照GB／T 12145－2008确定；汽包炉应用给水加氧处理时氯离子的质量浓度控制在不大于0.15mg／L；汽包炉应用给水加氧处理时氢氧化钠的质量浓度控制在不大于0.4～0.8mg／L；pH值和电导率在25℃的环境下测定。

表1 氢氧化钠处理炉水的质量标准

3.1 氢电导率控制

氢电导率是衡量热力系统汽水品质含杂质程度的重要指标。通常应控制凝结水、给水及炉水的氢电导率在一定范围内。

a.凝结水精处理高速混床出水氢电导率应小于0.15μS／cm，期望控制值0.10μS／cm。钠离子和氯离子的质量浓度小于3μg／L，当氢电导率、钠离子和氯离子超标时，应及时进行再生。

b.给水氢电导率在正常运行时应小于0.2μS／cm，期望控制值为0.15μS／cm。给水电导率控制范围5.0～12.0μS／cm。在正常运行时，运行人员调整加氨泵的行程或频率使给水的电导率控制在6.0～8.5μS／cm。

c.炉水氢电导率维持在标准控制范围内，大于标准控制值时应查找原因，同时通过增加锅炉连排流量，控制炉水电导率及pH值。

3.2 给水pH值控制

精处理出口母管、给水出口pH值的控制范围为9.2～9.6，期望控制范围为9.3～9.5，通过精处理出口一级加氨方式来实现。由于给水pH值的准确测定比较困难，一般通过测定并控制给水的直接电导率，来控制其pH值。pH值（25℃）＝8.57＋log SC，NH3＝（13.2×SC2＋62.7×SC）×10－3mg／L，其中，SC为直接电导率（25℃）。

3.3 炉水pH值控制

a.炉水纯氢氧化钠化学处理。凝结水精处理运行正常工况下，炉水选择纯氢氧化钠处理，pH值控制范围为9.0～9.6，期望控制范围为9.2～9.5，使用炉水磷酸盐加药系统来实现炉水加氢氧化钠。

b.氢氧化钠＋低磷酸盐协调化学处理。机组启动后（大、小修后启动运行1周内），精处理部分旁路及凝汽器存在微漏（凝结水氢电导率小于0.3μS／cm）时，可以向炉水加入适量的磷酸盐，实施炉水低磷酸盐＋氢氧化钠处理。pH值控制范围为9.0～9.6。

4 炉水氢氧化钠处理的运行控制

a.机组启动时应开启锅炉底部定期排污门，排去炉内腐蚀产物。

b.机组正常运行时，化学运行人员应根据炉水氢电导率情况，及时通知集控运行人员增加或减少锅炉连续排污量。若炉水氢电导率突然升高较快，说明精处理高速混床接近失效，已经开始释放氯离子，此时应加大锅炉排污，同时投运氢型运行混床或精处理全流处理。

c.当炉水电导率和pH值突然升高较快，即使停止炉水加药，其pH值和电导率指标仍然升高，这种情况是因为精处理漏钠量超过漏氯量，此时应停炉水加药泵，加大锅炉排污，切换精处理高速混床。

d.机组正常运行且凝汽器无泄漏时，精处理混床根据炉水电导率和pH值情况，确定氢型或铵型方式运行。凝汽器泄漏以及机组检修启动时，精处理混床必须以氢型方式运行。

e.根据炉水pH值、电导率的变化情况对磷酸盐加药泵（氢氧化钠）进行检查和调整。

f.炉水氢氧化钠和磷酸盐＋氢氧化钠2种处理方式下，游离氢氧化钠的质量浓度上限为1mg／L，对应的钠离子的质量浓度为575μg／L，所以当精处理无漏钠时炉水钠含量一般应该小于此值，炉水钠离子应该定期使用取样用钠表测定一次。

g.炉水的氯离子、硫酸根离子等阴离子应该每半年使用取样用离子色谱法测定一次，氯离子和硫酸根离子的质量浓度应小于250μg／L。

h.机组计划停机，提前24h停止向炉水加氢氧化钠或磷酸盐，同时提高精处理出口加氨量使给水的pH值在9.4～9.6（直接电导率6～12μS／cm）；机组非计划停机，立即停止向炉水加氢氧化钠或磷酸盐，同时提高精处理出口加氨量尽量使给水的pH值在9.4～9.6（直接电导率6～12μS／cm）。

5 应用实例分析

A电厂为4台660MW亚临界机组，1号机组投产初期炉水实施低磷酸盐处理，在炉水品质合格的前提下，蒸汽钠的质量浓度最大为300μg／L，正常值为30～50μg／L；氢电导大于0.3μS／cm。由于磷酸盐处理在高负荷时容易发生盐类暂时消失现象，为维持炉水指标，需要不断的投加磷酸盐，造成炉水含盐量增大。基于饱和蒸汽对炉水磷酸盐机械携带及溶解携带，致使蒸汽指标超标、汽轮机高压缸叶片严重积盐。实施氢氧化钠处理后炉水、蒸汽指标全部达到标准，水冷壁结垢、汽轮机积盐均得到很好的改善。5年后A修检查结果为，省煤器结垢速率10.26g／（m2·a），水冷壁平均35.12g／（m2·a），过热器30.92g／（m2·a），均达到DL／T 1115－2009《火力发电厂机组大修化学检查导则》总体评价一类。

B电厂为2台330MW亚临界机组，1号、2号机组投产初期炉水实施低磷酸盐处理，炉水控制指标为：pH值9.0～9.7，磷酸盐的质量浓度0.5～3.0 mg／L，电导率≤40μS／cm，Cl的质量浓度≤0.5 mg／L，运行过程中炉水pH值指标经常存在偏低的情况，而且炉水电导率较高可达到25～40μS／cm，3年之后进行A修发现汽轮机叶片积盐量较大，之后对炉水实施氢氧化钠化学处理。

实施氢氧化钠处理后热力系统汽水品质满足标准，水冷壁结垢及汽轮机积盐均在一类控制范围内。具体指标为，省煤器结垢速率24.14g／（m2·a），水冷壁平均结垢速率32.45g／（m2·a），过热器结垢速率30.17g／（m2·a），均达到DL／T 1115－2009总体评价一类。

6 氢氧化钠处理应用效果及存在的问题

6.1 应用效果

6.1.1 维持炉水pH值稳定性及缓冲性

炉水氢氧化钠化学处理在维持炉水缓冲性和pH值稳定性方面有明显的优点。氢氧化钠除了提供碱度维持pH值外，还可以拟制氯离子对氧化膜的破坏。对配有全流量凝结水除盐设备的机组，给水中不可能有钙离子，而精处理经常由于分离、再生及铵型方面运行的问题有氯离子泄漏，炉水氢氧化钠化学处理是佳选择。

与AVT相比，炉水采用氢氧化钠化学处理时，炉水中氢电导率控制较高，可以减少锅炉排污量，继而降低热力系统水汽损失及热量损失。

6.1.2 减缓热力系统盐类沉积与腐蚀

与磷酸盐相比，氢氧化钠不容易出现隐藏问题，在适宜的浓度范围内不会带来其他副作用。采用氢氧化钠化学处理后炉水不含磷酸根，可避免蒸汽携带磷酸盐造成汽轮机高压钢磷酸盐沉积的问题。对于配有旁路凝结水精处理设备的机组，由于凝结水不能100%进行除盐处理，给水中可能存有一定的钙硬度（凝汽器微量泄漏），炉水采用氢氧化钠处理时还需要加入适量磷酸盐，正常情况下保持炉水中磷酸根的质量浓度在0.3～0.6mg／L，游离氢氧化钠的质量浓度小于1mg／L，防止因凝汽器微量泄漏，导致汽水系统结垢腐蚀的风险。

6.2 存在的问题

a.不能消除炉水中的硬度离子。与磷酸盐相比，氢氧化钠不能与硬度成分发生反应生成水渣并随锅炉排污除去，如果炉水中有硬度成分只能通过加强锅炉排污或停机处理。

b.可能发生苛性脆化。如果水冷壁有孔状腐蚀，即使氢氧化钠浓度不超标也可能发生苛性脆化，如果炉水中氢氧化钠的质量浓度超过3mg／L，不管水冷壁表面状态如何，都有发生苛性脆化的危险，应谨慎使用。

c.对给水水质要求严格。采用氢氧化钠处理时，给水氢电导率（25℃）通常应小于0.20μS／cm，比磷酸盐处理要求严格。

7 结论

300MW及以上汽包锅炉热力系统汽水指标控制较高，炉水化学处理工艺效果将直接影响水冷壁设备的结垢、腐蚀及热力系统积盐结垢，影响机组效率及设备安全性，宜选用氢氧化钠化学处理。

a.氢氧化钠处理工艺极大的降低因化学加药带入的杂质含量，有效提高炉水纯度及pH值，机组负荷波动工况不会发生盐类消失现象，有效减缓热力系统腐蚀及携带积盐。

b.调研统计及分析显示，采用氢氧化钠处理后锅炉结垢与腐蚀一般在一类控制范围内，热力系统汽水品质满足国标GB／T 12145－2008及行业标准DL／T 805.3－2004。

c.在凝汽器不泄漏或精处理系统全流投入运行时，炉水采用氢氧化钠处理并严格按照氢氧化钠处理控制标准；当凝汽器微量泄漏或精处理系统旁流运行时，考虑炉水处理按照低磷酸盐＋氢氧化钠处理方式，建议控制炉水pH值为9.20～9.60，氢电导率小于3μS／cm（最好小于1.0μS／cm），电导率在6～15μS／cm范围内。

d.氢氧化钠处理炉水排污率相对较小，机组补水率及热耗率均相应降低。

［1］DL／T 805－2004，火电厂汽水化学导则［S］.

［2］孙本达，电力系统水处理培训教材［M］.北京：中国电力出版社，2009.

［3］GB／T 12145－2008，火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量标准［S］.

本文责任编辑：齐胜涛

Technique Analysis on Sodium Hydroxide Treatment of 300MW and Above Drum Boiler Water

Based on comparison with vary boiler water treatment techniques，this paper advances the thought that sodium hydroxide treatment can use for 300MW drum boiler，analyzes the characteristics，index control，operation control of treatment，introduces the application condition and effects，considers that the treatment method can the keep stability and bufferring of water pH，reduce the deposition and corrosion of salt in heating system，but there are the problem not to eliminate the rigidity ion in boiler water.

drum boiler；water；sodium hydroxide；pH

1001-9898（2014）05-0051-04

2014-04-24

马玉萍（1965—），女，高级工程师，主要从事电厂化学技术及工程管理工作。

TM621.2

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