電力化學發(fā)展的趨勢和方向

電力化學發(fā)展的趨勢和方向第1頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月1電力化學的定義2電力化學工作的內容3電力化學現(xiàn)狀和趨勢河南院化學專業(yè)正在研究的課題第2頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月1電力化學的定義電力化學是電力改革廠網(wǎng)分開的產(chǎn)物，是從電廠化學演變而來。具體的說是化學專業(yè)相關技術在發(fā)電和供電領域的應用。第3頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1電力化學電力化學學科屬于應用化學的一個分支，其研究對象為電力生產(chǎn)過程所使用的介質、材料的化學變化過程，保證介質化學性質的穩(wěn)定性，從而保證發(fā)供電設備正常的化學工況，從化學的角度保證發(fā)供電設備的安全經(jīng)濟運行。第4頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2電力化學相關術語介質：工藝過程中反復使用，消耗量較小，化學性質保持穩(wěn)定的物質。在發(fā)供電過程中要使用到許多介質，伴隨有復雜的化學變化，并對設備及生產(chǎn)過程產(chǎn)生重要影響。這些介質有:工作介質(水、蒸汽)、冷卻介質(水、礦物油、氫氣)、絕緣介質(礦物油、六氟化硫、空氣、絕緣紙)、潤滑介質(礦物油)、控制介質(礦物油、抗燃油)等。第5頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月材料：設備構成的基本單元，是介質的承載體，在發(fā)供電過程中所涉及的材料大多為金屬材料。電力化學的目標就是要使這些材料保持化學穩(wěn)定。消耗性物料：一次使用，化學性質發(fā)生變化。消耗性物料(水處理劑、機組停用保養(yǎng)劑、各種化學添加劑、石灰石、氨水)、燃煤等。第6頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月2電力化學工作的內容監(jiān)督檢測處理第7頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1監(jiān)督對某一特定環(huán)節(jié)﹑過程進行監(jiān)視（檢測）﹑督促和管理,使其結果能達到預定的目標?；瘜W監(jiān)督的目標就是保證介質和金屬材料的化學性質穩(wěn)定。消耗性材料達到質量標準。第8頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月水汽系統(tǒng)（熱力系統(tǒng)）的汽水品質。油質監(jiān)督：潤滑、控制、燃用油。

燃煤、氣等；水處理材料；脫硫、脫銷用石灰石、氨水等。SF6、氫氣、儀用及控制用壓縮空氣。對象：第9頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月2.2處理補給水處理：非溶解和溶解性鹽類凝結水：溶氧、硅、鐵給水：溶氧、pH爐水校正處理循環(huán)冷卻水水質調整和控制處理給水：溶氧、pH第10頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月可見，電廠化學專業(yè)的工作內容覆蓋了電力生產(chǎn)的全過程，其主要是保證所用設備材料和介質化學性質的穩(wěn)定性、防止腐蝕，保證設備安全和經(jīng)濟運行。2.3小結第11頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月2.4電力化學專業(yè)的特點電廠化學專業(yè)要為電廠的安全經(jīng)濟運行服務，安全就是最大的效益，這是必須確立的指導思想。專業(yè)特點化學專業(yè)方面不存在瞬間發(fā)生事故，讓人們看到停爐停機方面的損失，化學方面的問題，其影響在當時往往不會馬上表現(xiàn)出來，可是一旦化學專業(yè)問題爆發(fā)，可能是大面積的、長時間的停爐、停機，甚至達到不可收拾的地步。第12頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月化學事故舉例：鍋爐水冷壁等受熱面結垢（大港電廠、云崗）、腐蝕或氫脆損壞，結垢堵塞引起頻繁爆管（南陽天益）；華能福州。循環(huán)水系統(tǒng)結垢、腐蝕（安陽電廠、南陽蒲山）；汽輪機葉片積垢嚴重（直流爐）；化學的除少數(shù)短期形成外，大多數(shù)為長期忽視化學工作有關。第13頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月3電力化學現(xiàn)狀和趨勢

3.1檢測目的檢測介質和物料的品質，判斷其是否滿足質量要求?，F(xiàn)狀根據(jù)標準方法進行常規(guī)化學分析測試和判斷。離線測試和在線測試相結合。發(fā)展趨勢介質檢測與設備的狀態(tài)檢修結合，實現(xiàn)日常檢測、趨勢統(tǒng)計、狀況判斷，事故預警。第14頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月舉例：如潤滑油的相關品質檢測，可預警汽機的故障。如對變壓器油的檢測和SF6相關指標的檢測，可預先判斷設備故障，采取措施，防止故障的擴大。在變壓器油的色譜分析應用方面形成成熟的標準判據(jù)，而在潤滑油和SF6方面判據(jù)方面還有待于進一步研究。第15頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月煤價的上升給電廠經(jīng)濟效益造成極大的影響（煤價已占電廠成本的70%以上），電廠為了降低成本，不得不進行混煤摻燒，以低價劣質煤與一般品種的煤混合，混煤雖能在化學和物理參數(shù)上可能達到設計煤種，但在運行時會帶來結焦、熄火，有的甚至引起煙溫高，導致高溫換熱器超溫等一系列影響鍋爐安全的問題。常規(guī)內容：元素分析（碳、氫、氮、氧、硫），工業(yè)分析（灰分、水分、揮發(fā)份、固定碳），發(fā)熱量?，F(xiàn)狀：進行上述物理和化學數(shù)據(jù)的測試，是商品煤結算的依據(jù)和鍋爐運行作參考。3.1.1動力用煤的檢測第16頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月經(jīng)驗表明：配煤不能只根據(jù)常規(guī)的工業(yè)分析、元素分析，配制滿足設計煤種來滿足燃燒要求。研究表明：煤種不同（煙煤和無煙煤），其燃燒特性不同，不能將其簡單混合。必須研究其混煤后的燃燒特性，經(jīng)過試驗來調整最佳燃燒參數(shù)。防止其結焦和滅火。科學的配煤是一個重要的研究課題。電廠配煤是在爐前將不同煤種依據(jù)一定的原則按一定的比例進行科學混配，形成混煤燃燒，混煤種選擇恰當、配比合理、混合均勻，就可保證入爐煤質與鍋爐及其它系統(tǒng)、設備的適應性和煤質的長期的穩(wěn)定性，克服因煤質變化引起的問題。第17頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月煤的燃燒（特性）性能分析的方法熱重法：能準確測量物質質量的變化和變化率，可以得到加熱過程中的燃燒特性曲線，從燃燒特性曲線上的特殊點可以比較各種煤的相對反應特性，可以得到煤在加熱過程中的動力參數(shù)，用這些參數(shù)比較各種煤的相對反應特性。熱分析曲線綜合了煤的反應性能，灰份、灰與可燃物結合特性，內部空隙率及燃燒過程中煤粒膨脹與空隙度變化的影響，能較完善地表達煤的著火、燃燒及燃盡特性，它對于判斷煤的燃盡性有著確切的表達能力及較高的分辨能力。熱重分析方法在一定程度上克服了常規(guī)工業(yè)分析和元素分析的局限性。比較大量的煤種的燃燒特性并根據(jù)所獲得的試驗數(shù)據(jù)總結出一定的規(guī)律，提出判別指標，用來判斷未知煤種的燃燒特性。第18頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月沉降爐法:是一種模擬鍋爐燃燒的實驗裝置，通過模擬煤粉在鍋爐中的實際燃燒過程，得出燃煤的各種燃燒特性。通過試燒各種燃煤，比較不同煤種之間的燃燒特性、燃盡特性、結渣特性等方面的差別，為電廠鍋爐適應不同煤種的燃燒提供參考依據(jù)，以提高電廠運行的安全性與經(jīng)濟性。電力用煤的趨勢：結合煤質的工業(yè)分析和元素分析，開展混煤燃燒的燃燒特性試驗研究，形成方法，成為常態(tài)試驗，為混煤燃燒調整提供基礎數(shù)據(jù)。煤質在線儀器的開發(fā)一直在進行。第19頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月3.2水處理

3.2.1鍋爐補給水處理目的通過處理，使進入鍋爐及熱力系統(tǒng)的水質的雜質符合標準要求，保證熱力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟。現(xiàn)狀各種水處理技術和工藝共存，主要系統(tǒng)為：預處理﹢（超濾﹢反滲透）﹢離子交換；主要是根據(jù)水質和投資進行選擇。水質指標滿足超超臨界機組的需要。趨勢隨著大機組的應用，補給水處理所占的費用比例減小，主要考慮的因素為可靠性、易操作性、環(huán)保性以及自用水率?？赡艿陌l(fā)展趨勢為從傳統(tǒng)的混凝﹢過濾﹢離子交換到全膜處理即超濾﹢反滲透﹢電除鹽。在沿海地區(qū)，海水淡化是必然趨勢。第20頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月在鍋爐補給水處理方面，隨著采用全膜處理工藝，而這些設備和材料主要來自于國外，我們能做的工作主要是技術要求進行維護、運行。在技術方面，能做的工作不多。在鍋爐補給水處理的原水因為環(huán)保的要求使用了城市中水和其他廢水。對系統(tǒng)的運行維護帶來一定的安全問題，需要研究。第21頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月第22頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月圖3-6某火電廠反滲透本體裝置照片膜組件第23頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月某火電廠反滲透本體裝置照片膜組件第24頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月3.2.2循環(huán)冷卻水處理現(xiàn)狀：水質調整﹢加藥處理通過控制水質，調整水質，控制成垢離子，通過藥劑處理使CaCO3不成為有害的垢沉積在換熱器的表面。200820072006目的：解決因水質循環(huán)使用濃縮引起的結垢、腐蝕、生物危害。第25頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月對于防腐還是要通過更換適用循環(huán)水水質特征的管材和增加緩蝕劑的量來解決，這兩點都是要形成材料表面穩(wěn)定的膜?？刂粕镎掣轿锏纳珊透街鉀Q材料表面的不均勻型，以及電化學產(chǎn)生的點蝕問題。這些真經(jīng)念好了，循環(huán)水處理也就沒有問題了。第26頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月火電廠循環(huán)水處理與一般的工業(yè)循環(huán)水有所不同，從循環(huán)水系統(tǒng)來說，一般工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)是一個孤立的系統(tǒng)，而電廠的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)與其它的系統(tǒng)如除灰渣系統(tǒng)、工業(yè)水系統(tǒng)相聯(lián)，所以對其要求有所不同。選擇處理工藝參數(shù)時，考慮的因素不同?；痣姀S循環(huán)水處理與其它化工行業(yè)等循環(huán)水處理的區(qū)別：

火電廠的循環(huán)水系統(tǒng)的凝汽器所用材質不同，火電廠主要采用不銹鋼和銅合金，一般的工業(yè)冷卻水系統(tǒng)主要采用普通碳鋼。第27頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月控制生物粘附物的生成和附著，解決材料表面的不均勻型，以及電化學產(chǎn)生的點蝕問題。這些真經(jīng)念好了，循環(huán)水處理也就沒有問題了。對于防腐還是要通過更換適用循環(huán)水水質特征的管材和增加緩蝕劑的量來解決，這兩點都是要形成材料表面穩(wěn)定的膜。所有這些不同，火電廠循環(huán)水處理工藝有別于其他行業(yè)的，另外高參數(shù)大容量機組對水質的要求高，對循環(huán)水處理的要求更加嚴格，特別是對腐蝕的控制要求更加嚴格，對結垢“零”容忍。第28頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月循環(huán)水處理的趨勢：高濃縮倍率、零排放、環(huán)保型的藥劑、自動監(jiān)控系統(tǒng)的使用。研究解決城市中水的使用，帶來的控制問題；循環(huán)水排污水的處理和資源化問題。對于物理防垢方法可能在少部分電廠取得一定的效果，但對機理的不確定性和影響因素的不確定，大規(guī)模使用存在風險。這些物理防垢法是指：電磁防垢、電極化水等傳統(tǒng)意義上的，最近有所進展。但實驗室試驗和現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)：凝汽器管上無垢，但轉移到水塔填料上結垢，最終還是影響傳熱。第29頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月200220012000量子管通環(huán)由特種材料合成，這種材料具有最佳的記憶和儲存功能。利用先進的科技手段測定水（油）中有關物質的振動特性（波形）后，利用激光與振動技術在環(huán)的亞原子級儲存并產(chǎn)生相關干擾波形和共振波形作用于流體中不同物質，使這些物質的物理性質發(fā)生改變，新安裝的管道即不會積垢和生銹，舊管道中的垢會逐漸被消除，銹蝕也逐步消失，并最終在管道內壁形成保護性氧化膜（四氧化三鐵）。

最近一段時間德國制造的量子能環(huán)，宣傳的力度較大，原理也很神奇，發(fā)明者為德國的一個醫(yī)學專家。宣稱的原理是：量子環(huán)任何物質都有自己特有的波形，這是我們常說的分子基波，也就是人們熟知的布朗膠體運動。這是因為所有物體都是由分子組成的。一個分子由多個原子組成，而原子相互之間并非靜止牢固聯(lián)接，相反，原子在不停地運動，其結果即形成分子波形。比如說，水中所含各類物質（鈣、鎂等）在微觀粒子的振動特性上，均有其特定的波形。第30頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月簡單扼要地講，量子管通環(huán)儲存和釋放多種復雜的波形，作用于水及水中幾乎所有各種鹽類雜質，打破大的水分子團，使其變?yōu)樾〉乃肿訄F，甚至單個水分子，水的活性得到極大增強，溶解水垢的能力得到增強。同時，水垢等分子在這種波形的作用下，不再形成堅固的碳酸鈣晶體（顯微鏡下呈針晶狀）附著在管道內壁。我們對其進行了實驗室的研究，其結果是在其環(huán)的作用下，結垢的碳酸鈣晶體發(fā)生了明顯的變化，附著力下降。對細菌的控制和腐蝕控制沒有達到宣傳的效果。但要真正用于電廠循環(huán)水處理還要做研究很多工作。第31頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月第32頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月3.2.3凝結水精處理現(xiàn)狀：從裸混床到陽﹢混再到陽﹢陰﹢陽。其技術成熟，運行也很穩(wěn)定。趨勢：從過去（亞臨界機組時）追求利用氨型運行延長周期到（超臨界機組）到氫型運行方式；蒸汽品質和追求延長周期的平衡點。電除鹽（EDI)能否利用精處理，值得研究和探索。電除鹽因為無交換劑，避免了外來離子的二次污染。問題的關鍵是能否有耐溫和高速交換的電交換樹脂。相信不遠的將來，凝結水精處理電除鹽技術能被使用，電廠就會徹底拋棄酸堿。第33頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月需要指出的是：粉末樹脂的閃亮登場，曾造成人們的困惑，認為是一場革命，但它還沒有能力超越其基本規(guī)律，交換容量的決定了運行周期的宿命，只不過是商業(yè)炒作，幾十萬一噸的代價承受不了，預計會被打入冷宮。但在空冷機組中會有應用。中國人聰明總想走絕徑，容易受到”美好’的宣傳。第34頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月通過化學的手段保證熱力系統(tǒng)汽水溶解固體離子接近“零”雜質“純凈”并滿足最佳的防護化學工況與材質不發(fā)生“任何”化學變化。高溫高壓汽水的品質和調質處理，時刻不停、無處不在地直接影響著熱力汽水系統(tǒng)的腐蝕防護和安全，影響著機組的效益和可靠性。研究熱力系統(tǒng)的汽水品質和調質處理的技術，就是循環(huán)化學，它是電廠化學的永恒主題，循環(huán)化學的核心是給水爐水處理方式的選擇、優(yōu)化（理論研究和運行應用）。3.3循環(huán)化學第35頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月循環(huán)化學的內容：熱力系統(tǒng)的腐蝕與防護、給水、爐水處理與優(yōu)化處理、化學清洗除垢、化學儀表，發(fā)電機冷卻水處理、凝結水處理等。第36頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月超臨界直流爐超超臨界機組亞臨界汽包爐現(xiàn)狀：以揮發(fā)性的還原性處理為主，少量的弱氧化處理的成功應用。趨勢：轉變技術概念，提高監(jiān)督水平，全面改變弱氧化處理。趨勢：超超臨界機組不僅是壓力等級的升高，伴隨壓力的升高，其要求的材質的不同，管經(jīng)變小，單管的通流面積變小，管厚增加，過熱蒸汽和再熱蒸汽管道增設了許多截留孔板，過熱器的承受的溫度升高。這些改變，要求水工況和循環(huán)化學處理的水平的提升，更重要的是處理理念的改變。使用氧化性處理是其必然?，F(xiàn)狀：設計加氧處理，因啟動水質未滿足加養(yǎng)條件，直至未敢使用加氧處理。第37頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月最佳最理想的處理方式就是加氧處理，但因為監(jiān)督、檢測水平以及基建水質問題，特別是過熱器再熱器的氧化皮問題，加氧的風險，弱氧化處理的性價比可能更高。第38頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月在循環(huán)化學中一個重要的難題是高溫受熱面氧化皮的形成機理和控制研究。研究表明：超臨界機組高溫受熱面（過熱器、再熱器）氧化皮的快速形成和脫落是造成機組非計劃停運的主要原因。超(超)臨界機組氧化皮剝落是公認的國際性問題，從最早在蘇格蘭運行機組上發(fā)現(xiàn)導致短期過熱爆管的誘因源于氧化皮剝落，至今已有40余年的歷史。而在同時期，美國、加拿大和日本也在關注因氧化皮剝落造成的汽輪機固體顆粒侵蝕(SPE)問題及爆管問題。第39頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月第40頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月第41頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月在機理研究方面國內外已取得一些成果和共識，但還沒有找到一條解決問題的理想之路。關于氧對氧化皮的形成和脫落的機理方面的論述還很模糊。而近幾年來，隨著我國一大批超臨界、超超臨界機組的不斷投產(chǎn)，目前國內已經(jīng)有近30家電廠先后出現(xiàn)了相當嚴重的氧化皮剝落事故，可以預期隨著大容量、高參數(shù)機組運行時間的延長和越來越多的機組承擔調峰運行，不銹鋼過熱器和再熱器內壁氧化皮剝落問題將變得更加突出。有必要研究高溫蒸汽氧化皮生長、剝落的機理、以期能尋找到一些綜合防治措施和處理對策，達到部分控制或減輕氧化皮剝落對機組正常運行影響的目的。第42頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月3.4電力化學（電網(wǎng)部分）內容方法油氣監(jiān)測測，地網(wǎng)防腐和監(jiān)測。利用故障引起的化學現(xiàn)象，以及化學因素引起的故障現(xiàn)象，分析判斷、預警故障，減少風險。接地網(wǎng)腐蝕風險評價與腐蝕防護；變壓器、開關用油、氣的分析與診斷。電網(wǎng)化學隨智能電網(wǎng)(特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架，各級電網(wǎng)協(xié)調發(fā)展，具有信息化、自動化、互動化特征的堅強電網(wǎng))的出現(xiàn)，對斷路器、開關、組合電器（GIS)的介質SF6品種及相關分解產(chǎn)物在線、實時監(jiān)測，以判斷和控制故障風險；據(jù)研究其監(jiān)測系統(tǒng)的費用與被測設備相當。目前的監(jiān)測裝備水平還沒有達到實用要求。當前用的基于電化學傳感器的分解產(chǎn)物測試儀。其檢測上限高，不利于早期故障診斷，而且不能用于在線監(jiān)測。第43頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月GIS照片第44頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月目前的監(jiān)測裝備水平還沒有達到實用要求。當前用的基于電化學傳感器的分解產(chǎn)物測試儀。其檢測上限高，不利于早期故障診斷，而且不能用于在線監(jiān)測。隨著智能電網(wǎng)的出現(xiàn)，對斷路器、開關、組合電器（GIS）的介質SF6品種及相關分解產(chǎn)物在線、實時監(jiān)測，以判斷和控制故障風險；據(jù)研究其監(jiān)測系統(tǒng)的費用與被測設備相當。第45頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月對于變壓器油的在線檢測方面，在線色譜技術已規(guī)模使用，能夠測試油中大部分故障氣體，但對于糠醛和其它故障氣體等還難以監(jiān)測。發(fā)展趨勢是：在介質的分解產(chǎn)物檢測方面，研究生產(chǎn)光學原理檢測裝置。（據(jù)了解國內已有公司利用激光量子阱技術實現(xiàn)了對CO、O2、H2O、HF，SO2等的測試，測試下限在ppb級）這個技術可以實現(xiàn)在線非接觸檢測，研究尋找故障特征氣體和量的研究工作一直在進行。第46頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月在地網(wǎng)腐蝕和防腐方面利用電化學技術已獲得一定的效果，但對其的腐蝕狀況的監(jiān)測方面一直沒有太大的進展，傳統(tǒng)的腐蝕理論和檢測方法，不能解決問題。需要研究新的方法，用新的思路來解決。在變壓器油的在線監(jiān)測方面，研究利用新的技術的路子一直沒有停止，最近我院與清華合作利用增強激光拉曼光譜技術測試油中故障氣體的嘗試取得了一點進展。但路途依然遙遠。第47頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月河南院化學專業(yè)正在研究的課題1循環(huán)化學經(jīng)過多年的持續(xù)的研究和創(chuàng)新，已經(jīng)形成了數(shù)量可觀的核心技術，如正在進行的《超臨界機組給水弱氧化處理研究》，《汽包爐磷酸鹽爐水腐蝕性酸根陰離子在線測定方法和裝置的研究》等課題，以及多項專利。但該方向會作為我們化學專業(yè)的戰(zhàn)略重點，會一直關注最新技術動向，在