高压锅炉炉内水化学工况的优化

2020-04-24许怀鹏周黄斌

冶金动力 2020年2期

许怀鹏，周黄斌，孔苑

（马钢股份公司热电总厂，安徽马鞍山 243000）

前言

为降低锅炉炉管的腐蚀速率，减少炉管沉积物与结垢量，提高蒸汽品质，必须对锅炉水进行调节处理。对于高压汽包锅炉，目前实际应用最多的锅炉水调节方式是给水还原性全挥发处理[AVT(R)]和炉水磷酸盐处理（PT）。AVT(R)处理是在对锅炉给水进行热力除氧的同时，向给水中加入氨和除氧剂——联胺或二甲基酮肟，氨的作用是调节给水和炉水的pH 值，联氨的作用是除去给水中的溶解氧，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。PT 处理是向锅炉炉水中加入磷酸盐，在碱性炉水条件下，一定量的磷酸根与钙、镁离子可以形成松软的水渣，随锅炉排污排出，达到锅炉防垢的目的。

1 传统锅炉水调节方式的弊端

1.1 给水还原性全挥发处理[AVT(R)]

《GB/T 12145-2016 火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量标准》中规定，高压汽包锅炉给水质量控制标准如下：

锅炉过热蒸汽压力：5.9～15.6 MPa;

pH(25℃)：8.8～9.3（有铜给水系统）或9.2～9.6（无铜给水系统）;

联氨：≤30 μg/L;

溶解氧：≤7 μg/L。

以上规定的AVT(R)水工况是一种还原性水工况，水的氧化-还原电位(ORP)一般低于-200 mV。在此条件下，碳钢表面会生成磁性氧化铁(Fe3O4)保护膜，保护金属不受进一步腐蚀。但实际应用时，高压锅炉AVT(R)水工况的缺点也比较明显：

(1)采用AVT(R)时，热力设备通常存在“两高现象”，即汽水品质合格率高，受热面结垢速率也高。因为在还原性条件下，生成的磁性氧化铁(Fe3O4)保护膜不够致密，且在水中的溶解度较高，导致锅炉给水含铁量相对偏高，在湍流部位易发生流动加速腐蚀(FAC)现象，腐蚀产物又会随水流迁移到高热负荷区域并沉积下来，提高结垢速率。

(2)AVT(R)处理时，因联氨的还原性好，效果最优。但联氨挥发性强，具有致癌作用，影响操作人员的身体健康。对于供热机组，分解不完全的联氨进入蒸汽系统将影响供热用户的使用。使用无毒的二甲基酮肟作为除氧剂，普遍存在腐蚀速率较高的问题。

1.2 炉水磷酸盐处理（PT）

《GB/T 12145-2016 火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量标准》中规定，高压汽包炉水质量控制标准如下：

锅炉汽包压力：10.1～12.6 MPa;

pH(25℃)：9.0～10.0;

磷酸根：2～6 mg/L;

电导率(25℃)：＜60 μS/cm。

炉水PT处理可消除炉水中的硬度，提高水的缓冲能力，降低锅炉的结垢速率，改善蒸汽品质和减缓汽轮机腐蚀，应用非常广泛。随着锅炉参数的提高，炉水PT 处理普遍存在磷酸盐“暂时消失”现象，即锅炉升负荷时，炉水磷酸盐浓度下降，pH值升高；锅炉降负荷或刚启动时，磷酸盐浓度又升高，pH 值下降。磷酸盐暂时消失会导致以下危害：

（1）易溶盐在炉管壁上附着，影响传热，造成管壁超温；

（2）炉管上的易溶盐附着物会与管壁上铁的腐蚀物进一步发生反应，生存复杂的难溶水垢，加剧水冷壁管的结垢与腐蚀；

（3）易导致磷酸盐过量加入，炉水含盐量增大，锅炉排污率偏大等问题。

某钢铁公司热电总厂高压汽包锅炉即采用给水AVT(R)处理和炉水PT 处理。以2016 年12#炉为例，水汽品质平均合格率、锅炉给水含铁量和锅炉排污率数据见表1。

表1 12#锅炉水汽品质平均合格率、锅炉给水含铁量和锅炉排污率数据

由表1 可知，高压汽包锅炉采用给水AVT(R)处理和炉水PT 处理，水质指标均能满足规范要求，但锅炉给水含铁量相对仍然偏高，排污率偏大，存在较大的上升空间。

2 锅炉水调节方式的优化

2.1 锅炉给水调节方式的优化

氧化性全挥发处理[AVT(O)]是在碱性条件下，只通过热力除氧控制给水中溶解氧含量不超过10 ug/L，不再添加其他化学除氧剂进行辅助除氧的给水调节方式。此条件下，水的氧化-还原电位(ORP)一般在0～80 mV 之间，给水处于弱氧化性的气氛，碳钢表面会生成磁性氧化铁(Fe3O4)和氧化铁(Fe2O3)双层结构保护膜，该膜较磁性氧化铁保护膜更加致密，在水中的溶解度更小，保护效果更好，可有效抑制高流速锅炉管道发生流动加速腐蚀(FAC)。这种处理方式通常会使给水的含铁量降低，省煤器管和水冷壁管的结垢速率也相应降低。因铜合金在有氧的纯水中，会生成溶解度较高的氧化铜，从而加快铜的腐蚀速度。

随着水质净化技术的进步，目前绝大多数高压锅炉的给水氢电导率均能保证在0.3 μS/cm 以下。同时，机组中各换热设备也基本采用耐腐蚀能力更好的不锈钢材料，给水完全具备AVT(O)处理的使用条件。

2.2 锅炉炉水调节方式的优化

炉水中加入PO43-主要是消除水中硬度和提高缓冲能力。为了防止炉内生成钙镁水垢和减少水冷壁管腐蚀，向炉水中加入少量PO43-的处理称之为低磷酸盐处理（LPT）。LPT 处理时，控制炉水中PO43-的含量在较低水平，略高于与炉水中硬度成分反应所需的最低浓度即可，有利于减少或消除锅炉管壁上发生“磷酸盐隐藏”现象，避免发生酸性磷酸盐腐蚀。同时，炉水中也需保证一定的PO43-含量，以维持炉水的碱性和PH 值，防止酸性腐蚀。目前高参数汽包锅炉，由于采用了优良的水净化技术，补给水水质良好，且与该锅炉配套的汽轮机组凝汽器严密性也有可靠保证，随给水进入锅炉内的Ca2+、SO42-和SiO32-等非常少，所需的PO43-也相应减少，此时炉水中PO43-的主要作用由防垢转为控制炉水的pH值和防止腐蚀。