電廠水處理第三章 熱力設(shè)備的結(jié)垢腐蝕及其防止

1、3熱力設(shè)備的結(jié)垢、腐蝕及其防止1. 概 況v在火力發(fā)電廠中，鍋爐、汽機(jī)及附屬設(shè)備組成了熱力系統(tǒng)，熱力系統(tǒng)中的各種熱交換部件或水汽流經(jīng)的設(shè)備，如鍋爐的省煤器、水冷壁管、過熱器、汽輪機(jī)、各種加熱器、除氧器和凝汽器等，統(tǒng)稱為熱力設(shè)備。v水和蒸汽是熱力設(shè)備中的工質(zhì)，在熱力系統(tǒng)中循環(huán)運(yùn)行。 演示水汽流程2. 水汽系統(tǒng)流程示意圖v水汽在熱力系統(tǒng)循環(huán)過程中，總不免會有些損失，這些工質(zhì)的損失是由于熱力系統(tǒng)某些設(shè)備的排汽放水，管道閥門的漏汽漏水，水箱等設(shè)備的溢流或熱水蒸發(fā)等原因造成的。為了維持熱力系統(tǒng)正常水汽循環(huán)，要及時補(bǔ)充工質(zhì)的損失。v用來補(bǔ)充熱力系統(tǒng)水汽損失的水叫做補(bǔ)給水。送進(jìn)鍋爐的水稱為給水，給水一般由凝

2、結(jié)水、補(bǔ)給水、疏水組成。 3.機(jī)組水汽系統(tǒng)中雜質(zhì)的來源 1)補(bǔ)給水含有雜質(zhì) 二氧化硅20g/L電導(dǎo)率（25）0.2S/cm2)冷卻水滲漏使雜質(zhì)進(jìn)入凝結(jié)水 3)金屬腐蝕產(chǎn)物被水流攜帶 4)在機(jī)組安裝、檢修期間也會使一些雜質(zhì)殘留在系統(tǒng)中 4.水、汽系統(tǒng)中需要化驗的水樣v給水：送進(jìn)鍋爐的水稱為給水，它是由汽輪機(jī)凝結(jié)水、補(bǔ)給水和疏水組成的。給水一般在除氧器出口和鍋爐省煤器入口處取樣。v鍋爐水：通常簡稱爐水，它是在汽包鍋爐中流動的水。爐水一般在汽包的連續(xù)排污管上取樣。v疏水：各種蒸汽管道和用汽設(shè)備中的凝結(jié)水稱為疏水。它是經(jīng)疏水器匯集到疏水箱的。疏水一般在疏水箱或低位水箱取樣。v凝結(jié)水：在汽輪機(jī)作功后的蒸

3、汽，到凝汽器中冷卻而凝結(jié)的水稱為凝結(jié)水。凝結(jié)水通常在凝結(jié)水泵出口處取樣。v蒸汽：包括飽和蒸汽和過熱蒸汽。飽和蒸汽在汽包蒸汽出口處取樣，過熱蒸汽在主汽管出口處取樣。第一節(jié) 水垢與水渣 v一、水垢水垢v1、概念：在熱力設(shè)備內(nèi)受熱面水側(cè)金屬表面上生成的固態(tài)附著物叫做水垢，水垢是一種牢固附著在金屬表面上的沉積物。v2、分類：鈣鎂水垢、硅酸鹽水垢、氧化鐵垢。v二、水渣水渣v1、概念：在鍋爐和熱力設(shè)備的水中，還可能析出一些固體物質(zhì)，這些固體物質(zhì)有的以懸浮狀態(tài)存在于水中，也有的以沉渣和泥渣狀態(tài)沉積在熱力設(shè)備水流流動滯緩的各個部位，如鍋爐汽包底部、水冷壁下聯(lián)箱底部以及各種熱交換器、水箱底部。這些呈懸浮狀態(tài)的沉

4、渣物質(zhì)叫水渣。 三.水垢危害性 ：1)水垢會降低鍋爐和熱交換設(shè)備的傳熱效率，增加熱損失?；痣姀S鍋爐若結(jié)生1mm厚的水垢，燃煤消耗量將增加1.5%2%，鍋爐水冷壁管內(nèi)結(jié)垢厚1mm，燃煤消耗量約增加10 2)結(jié)垢增加了水的流動阻力，迫使鍋爐降負(fù)荷運(yùn)行。 3)水垢能引起鍋爐水冷壁管的過熱，導(dǎo)致管子鼓泡和爆管事故。4)水垢能導(dǎo)致金屬發(fā)生沉積物下腐蝕。5)水垢結(jié)生得太快太多，迫使熱力設(shè)備不得不提前檢修。用化學(xué)清洗的方法清除水垢。 四.水渣的分類與危害v（1）不會粘附在受熱面上的水渣。這類水渣較松軟，常懸浮在鍋爐水中，易隨鍋爐水的排污從鍋爐內(nèi)排掉，如堿式磷酸鈣、堿式磷酸鈣和蛇紋石水渣。v（2）易粘附在受熱

5、面上的水渣。這類水渣容易粘附在受熱面管內(nèi)壁上，經(jīng)高溫烘焙后，常常轉(zhuǎn)變成水垢（這種水垢松軟，有粘性，俗稱軟垢），如磷酸鎂和氫氧化鎂等。v鍋爐水中水渣太多，會影響鍋爐的蒸汽品質(zhì)，而且還有可能堵塞爐管，并結(jié)生水垢，威脅鍋爐的安全運(yùn)行， 第二節(jié) 水垢的形成及防止 v一、鈣鎂水垢的形成及其防止 v在鈣、鎂水垢中，鈣、鎂鹽含量常常很大，甚至可達(dá)90左右，按其主要化合物的形態(tài)分成：碳酸鈣水垢、硫酸鈣水垢、硅酸鈣水垢、鎂垢等。 v2.形成的原因 v隨著溫度的升高，某些鈣、鎂化合物在水中的溶解度下降； v在水不斷受熱蒸發(fā)時，水中鹽類逐漸濃縮。 v在水被加熱的過程中，水中某些鈣、鎂鹽類因發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從易溶于水的

6、物質(zhì)變成難溶的物質(zhì)而析出 v3.防止方法 v制備高質(zhì)量的補(bǔ)給水，除去生水中的硬度。v保證汽輪機(jī)凝結(jié)水的水質(zhì)。v采用磷酸鹽水質(zhì)調(diào)節(jié)處理，使進(jìn)入爐水中的鈣、鎂離子形成一種不粘附在受熱面的水渣，隨鍋爐排污排除掉。 第三節(jié) 易溶鹽“隱藏”現(xiàn)象 v一、磷酸鹽“暫時消失”現(xiàn)象v1、概念：汽包鍋爐在運(yùn)行時會出現(xiàn)一種水質(zhì)異常的現(xiàn)象，即當(dāng)鍋爐負(fù)荷增高時，爐水中磷酸鹽的濃度明顯降低，而當(dāng)鍋爐負(fù)荷減少或停爐時，這些磷酸鹽的濃度又重新升高，這種現(xiàn)象稱為磷酸鹽“暫時消失”現(xiàn)象，也叫磷酸鹽的“隱藏”現(xiàn)象。v2、這種現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)是：鍋爐高負(fù)荷運(yùn)行時，有易溶磷酸鹽從爐水中析出，沉積在水冷壁管管壁上，結(jié)果爐水磷酸鹽的總濃度降低，

7、在鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行或停爐時，或者停運(yùn)后再起動時，沉積在水冷壁管管壁上的磷酸鹽又被爐水溶解下來，使它們在爐水中的濃度重新增高。當(dāng)Na3PO4發(fā)生暫時消失現(xiàn)象時，在高熱負(fù)荷的爐管管壁上會形成Na2.85H0.15PO4的固相易溶鹽附著物，其析出過程的化學(xué)反應(yīng)為：vNa3PO4 + 0.15H2O Na2.85H0.15PO4 + 0.15NaOHv二、磷酸鹽“暫時消失”現(xiàn)象的形成原因v1、 與磷酸三鈉的溶解特性有關(guān)v 磷酸三鈉的溶解度隨著溫度的升高而增大，到117時溶解度最大，而后隨著溫度的升高而降低，尤其是當(dāng)水溫超過200以后，它的溶解度隨著水溫升高而急劇下降，在高溫水中磷酸三鈉的溶解度是很小的，

8、在300時，磷酸三鈉的溶解度很小，當(dāng)水冷壁管因熱負(fù)荷或局部過熱，使管內(nèi)發(fā)生劇烈的沸騰汽化過程，管內(nèi)近壁層爐水中磷酸三鈉被濃縮到很高的濃度，在此區(qū)域很容易達(dá)到飽和濃度而產(chǎn)生沉積。v另外，磷酸三鈉加藥量過大也會引起此現(xiàn)象。v2 、與爐管的熱負(fù)荷不均勻有關(guān)與爐管的熱負(fù)荷不均勻有關(guān)v水冷壁管局部管子熱負(fù)荷很高，爐膛內(nèi)燃燒工況不均勻，管內(nèi)發(fā)生劇烈沸騰，近管壁爐水高度濃縮，導(dǎo)致磷酸鹽析出并附著在管壁上，特別是當(dāng)發(fā)生不正常的沸騰工況（膜態(tài)沸騰）時，水冷壁管由近壁處產(chǎn)生的汽泡過多，汽泡與汽泡很快合并成汽膜，由于汽膜傳熱不良，此時管壁溫度會升得很高，使流近管壁的爐水能立即被完全蒸干，鹽類就在管壁上析出。另外，當(dāng)

9、鍋爐管內(nèi)流動工況不良，也會形成管子局部過熱，從而引起爐水局部濃縮并使鹽類從水中析出。v鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行（或停爐）時，水冷壁管熱負(fù)荷降低，管內(nèi)近壁層沸騰過程減弱，爐水流動沖刷使管壁及時得到冷卻，原來析出并附著的易溶磷酸鹽又重新溶解于爐水中。三、磷酸鹽“暫時消失”現(xiàn)象的危害v在爐管上形成的磷酸鹽附著物，其危害性與水垢相似，主要有：v1、能與爐管上的其他沉積物如金屬腐蝕產(chǎn)物、硅化合物等發(fā)生反應(yīng)，變成難溶的水垢。v2、因其傳熱不良，在某些情況下也可能直接導(dǎo)致爐管金屬嚴(yán)重超溫，以至燒壞。v3、能引起沉積物下的金屬腐蝕。 v 四、為了減少磷酸鹽“暫時消失”現(xiàn)象的危 害，應(yīng)采取措施：v1、為了減少磷酸鹽在爐管

10、的沉積，在只有加強(qiáng)對爐水的監(jiān)督，加強(qiáng)鍋爐排污，保證爐水pH值合格，盡量減少磷酸三鈉的加入量。v2、鍋爐運(yùn)行應(yīng)注意調(diào)節(jié)風(fēng)、煤粉的流量，使鍋爐四角分配均勻，從而使熱負(fù)荷均勻穩(wěn)定，盡量不產(chǎn)生熱負(fù)荷偏離現(xiàn)象?？梢钥紤]加裝燃燒系統(tǒng)在線監(jiān)測裝置，保證燃燒穩(wěn)定而不偏離。v3、利用停爐機(jī)會對鍋爐進(jìn)行檢查，檢查燃燒中心有否偏離？檢查爐膛是否結(jié)焦？檢查水冷壁管管外壁情況，有無局部過熱現(xiàn)象？若發(fā)現(xiàn)異常則應(yīng)及時作出相應(yīng)處理，消除設(shè)備缺陷。v4、在停爐時加強(qiáng)對保養(yǎng)爐水的監(jiān)督，增加分析爐水PO43-和SiO2，并定期對水冷壁管進(jìn)行沖洗，沖洗水排入地溝。v只要鍋爐燃燒工況分布均勻，加藥量控制適當(dāng)，磷酸鹽“暫時消失”現(xiàn)象就會

11、消失。第四節(jié) 鍋內(nèi)磷酸鹽處理 v一、磷酸鹽防垢處理v1、原理：一般中、高壓鍋爐均可采用磷酸鹽處理，該法是在鍋水呈堿性的條件下，加入磷酸鹽溶液，使鍋水磷酸根維持在一定濃度范圍內(nèi)，水中的鈣離子便與磷酸根反應(yīng)生成堿式磷酸鈣，少量鎂離子則與鍋水中的硅酸根生成蛇紋石。堿式磷酸鈣和蛇紋石均屬于難溶化合物，在鍋水中呈分散、松軟狀水渣，易隨鍋爐排污排出鍋爐，不會粘附在受熱面形成二次水垢。v 磷酸鹽加藥系統(tǒng)圖 磷酸鹽加藥系統(tǒng)圖金屬腐蝕的基本理論 v一、腐蝕的分類一、腐蝕的分類v (一) 均勻腐蝕。均勻腐蝕是金屬和人侵蝕性物質(zhì)相接觸時，整個金屬表面都產(chǎn)生不同程度的腐蝕。v (二) 局部腐蝕。局部腐蝕只在金屬表面的

12、局部位置產(chǎn)生腐蝕，結(jié)果形成潰瘍狀、點(diǎn)狀和晶粒間腐蝕等。如下圖中所示的是各種腐蝕形狀。 晶粒間的腐蝕 均勻腐蝕 潰瘍腐蝕 點(diǎn)狀腐蝕 穿晶腐蝕 v1點(diǎn)蝕點(diǎn)蝕：點(diǎn)狀腐蝕與潰瘍腐蝕相似，不同是點(diǎn)狀腐蝕的面積更小，直徑在0.21毫米之間。v2潰瘍狀腐蝕潰瘍狀腐蝕：這種腐蝕是發(fā)生在金屬表面的別點(diǎn)上，而且是逐漸往深度發(fā)展的。 v3選擇性腐蝕選擇性腐蝕：黃銅的脫鋅v4穿晶腐蝕穿晶腐蝕：穿晶腐蝕是金屬在多次交變應(yīng)力(如振動或溫度、壓力的變化等)和侵蝕性介質(zhì)(堿、氯化物等)的作用下，腐蝕穿過晶粒發(fā)生的，其結(jié)果使金屬機(jī)械性變脆以致造成金屬橫向裂紋。v5 晶間腐蝕晶間腐蝕：晶粒間腐蝕是金屬在侵蝕性物質(zhì)(如濃堿液)與機(jī)

13、械應(yīng)力共同作用下，腐蝕是沿著金屬晶粒邊界發(fā)生的，其結(jié)果使金屬產(chǎn)生裂紋，引起機(jī)械性能變脆，造成金屬苛性脆化。第二節(jié) 給水系統(tǒng)金屬的腐蝕 一、給水系統(tǒng)的腐蝕（一）溶解氧腐蝕1、腐蝕原理腐蝕原理： 陽極： FeFe2+ + 2e 陰極： O2+2H2O+4e4OH-2、特征特征：一般是在金屬表面形成許多小型鼓包，其直徑由一毫米至30毫米不等。鼓包表面的顏色有黃褐色或磚紅色，次層是黑色粉末狀的腐蝕產(chǎn)物。當(dāng)這些腐蝕產(chǎn)物被清除后，便會在金屬表面出現(xiàn)腐蝕坑。3、腐蝕部位腐蝕部位： 氧腐蝕最容易發(fā)生的部位，是給水管道、疏水系統(tǒng)和省煤器等處。（二）游離二氧化碳腐蝕1、腐蝕機(jī)理腐蝕機(jī)理：陽極： FeFe2+ +

14、2e 陰極： 2H+2eH2 2、腐蝕特征腐蝕特征：均勻的使管壁變薄，帶入水中雜質(zhì)。3、腐蝕部位腐蝕部位：凝結(jié)水系統(tǒng)（三）同時有溶解氧和二氧化碳的腐蝕v1、腐蝕機(jī)理：酸堿中和，加劇腐蝕。v2、腐蝕特征：均勻腐蝕，黃銅脫鋅。v3、腐蝕部位：凝結(jié)水系統(tǒng)、疏水系統(tǒng)、v 熱網(wǎng)水系統(tǒng)。實(shí)際電廠的運(yùn)行狀況是怎樣的呢？二、給水系統(tǒng)金屬腐蝕的防止 v 1給水除氧給水除氧。去除水中氧氣 的方法有熱力除氧法和化學(xué)除氧化。其中以熱力除氧為主，化學(xué)除氧為輔的辦法。v (1) 熱力除氧法熱力除氧法。氧氣和二氧化碳?xì)庠谒械娜芙舛扰c水的溫度、氧氣或二氧化碳?xì)獾膲毫τ嘘P(guān)。若將水溫升高或使水面上氧氣或二氧化碳?xì)獾膲毫档停瑒t

15、氧氣或二氧化碳?xì)庠谒械娜芙舛染蜁p小而逸掉。當(dāng)給水進(jìn)入除氧器時，水被加熱而沸騰，水中溶解的氧氣和二氧化碳?xì)?，就會從水中逸出并隨蒸汽一起排掉。v(2) 化學(xué)除氧法化學(xué)除氧法。v 電廠中用作化學(xué)除氧藥劑的有：硫酸鈉(Na2SO4)和聯(lián)氨(N2H4)。亞硫酸鈉只用作中壓電廠的給水化學(xué)除氧劑，聯(lián)氨可作為高壓和高壓以上電廠的給水化學(xué)除氧劑。聯(lián)氨能與給水中的溶解氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成氮?dú)夂退顾械难鯕獾玫较簐 N2H4+O2N2+2H2Ov 上例反應(yīng)生成的氮?dú)馐且环N很穩(wěn)定的氣體，對熱力設(shè)備沒有任何害處。此外，聯(lián)氨在高溫水中能減緩鐵垢或銅垢的形成。因此，聯(lián)氨是一種較好的防腐防垢劑。 2給水加氨處理

16、v這種方法是向給水加入氨氣或氨水。氨易溶于水，并與水發(fā)生下列反應(yīng)使水呈堿性：vNH3+H2ONH4OHv 如果水中含有CO2時，則會和NH4OH發(fā)生下列反應(yīng)：vNH4OH+CO2NH4HCO3v 當(dāng)NH3過量時，生成的NH4HCO3繼續(xù)與NH4OH反應(yīng)，得到碳酸銨：vNH4OH+NH4HCO3(NH4)2CO3+H2Ov 由于氨水為堿性，能中和水中的CO2或其他酸性物質(zhì)，所以能提高水的pH值。一般給水的pH值應(yīng)調(diào)整在8.59.2的范圍內(nèi)。第三節(jié) 汽包鍋爐水汽系統(tǒng)的腐蝕及其防止 一、沉積物下的腐蝕沉積物下的腐蝕。 概念：金屬設(shè)備表面沉積物下面的金屬所產(chǎn)生的腐蝕，稱為沉積物下的腐蝕。造成鍋爐沉積物

17、下面的金屬發(fā)生腐蝕的條件是爐口含有金屬氧化物、鹽類等雜質(zhì)，在鍋爐運(yùn)行條件下發(fā)生 v由于這些濃縮的鍋爐水中含有的鹽類不同，可能發(fā)生酸性腐蝕，也可能發(fā)生堿性腐蝕。v (1) 酸性腐蝕酸性腐蝕。當(dāng)鍋爐水中含有MgCl2或CaCl2等酸性鹽時，濃縮液中的鹽類發(fā)生下列反應(yīng)：MgCl2+2H2OMg(OH)2+2HClv CaCl2+2H2OCa(OH)2+2HClv 產(chǎn)生的HCl，增強(qiáng)了濃縮液的酸性，使金屬發(fā)生酸性腐蝕。這種腐蝕的特征是沉積物下面有腐蝕坑。坑下金屬的金相組織有明顯的脫碳現(xiàn)象，金屬的機(jī)械性能變脆。v(2) 堿性腐蝕堿性腐蝕。當(dāng)爐水中含有NaOH時，在高度濃縮液中的NaOH能與管壁的Fe3O

18、4氧化膜以及鐵發(fā)生反應(yīng)： v Fe3O4+4NaOH2NaFeO2+Na2FeO2+2H2OvFe+2NaOHNa2FeO2+H2二、水蒸氣腐蝕v當(dāng)溫度超過450 度時，碳鋼與水發(fā)生反應(yīng)生成氧化物的反應(yīng)。三、應(yīng)力腐蝕1、腐蝕疲勞：交變載荷與侵蝕性環(huán)境的聯(lián)合作用往往會顯著降低構(gòu)件疲勞性能 。2、應(yīng)力腐蝕開裂：金屬在應(yīng)力和侵蝕性介質(zhì)作用下發(fā)生的腐蝕破壞。v二、防止鍋內(nèi)腐蝕的措施二、防止鍋內(nèi)腐蝕的措施 v1保證除氧器的正常運(yùn)行，降低給水含氧量。 2做好補(bǔ)給水的處理工作，減少給水雜質(zhì)。 3做好給水系統(tǒng)的防腐工作，減少給水中的腐蝕產(chǎn)物。 4防止凝汽器泄漏，保證凝結(jié)水的水質(zhì)良好。 5做好停爐的保護(hù)工作和機(jī)

19、組啟動前汽水系統(tǒng)的沖洗工作，防止腐蝕產(chǎn)物帶入鍋內(nèi)。 6在設(shè)計和安裝時，應(yīng)注意避免金屬產(chǎn)生應(yīng)力。 7運(yùn)行鍋爐應(yīng)定期進(jìn)行化學(xué)清洗，清除鍋內(nèi)的沉積物。小結(jié)：重點(diǎn)掌握其防止方法。第四節(jié) 停用鍋爐的腐蝕及防護(hù) 一、停用鍋爐的腐蝕。1、停用腐蝕停用腐蝕：鍋爐停用時，如果不采取有效的保護(hù)措施，鍋爐水汽系統(tǒng)的金屬內(nèi)表面會遭到金屬氧的腐蝕。2、危害危害：在短期內(nèi)使停用設(shè)備金屬表面遭到大面積腐蝕，加劇熱力運(yùn)行設(shè)備運(yùn)行時的腐蝕。1、聯(lián)氨法v 聯(lián)氨法。鍋爐在停運(yùn)前，用加藥泵把聯(lián)氨加入給水中，使鍋內(nèi)各部分充滿濃度均勻的聯(lián)氨溶10液。溶液中過剩聯(lián)氨濃度為100200ppm。v 如果聯(lián)氨保護(hù)液的pH值低于，則用加氨方法，把pH值提高到10以