超临界直接空冷机组直流锅炉的联合水处理

(内蒙古丰泰发电有限公司，内蒙古 呼和浩特 010030)
摘 要： 阐述了超临界直接空冷机组的特殊性，针对这些特殊性，提出了超临界直流锅炉理应采 用“氧——氨联合处理”和“全挥发处理”两种方式联合水处理，凝结水全部进行精处理。
关键词：超临界；直流锅炉；联合水处理；精处理

中图分类号：TK223.5  文献标识码：A  文章编 号：1007—6921(2008)23—0096—01
超临界机组是指主蒸汽压力24.1MPa,主蒸汽温度538℃，再热蒸汽温度538℃的机组，超临界 机组均为直流锅炉。直流锅炉水、汽系统的工作原理、结构和运行工况都与汽包锅炉有很大 不同，因此它对水质也有特殊的要求。直流锅炉中给水依靠给水泵产生的压力、顺序流经省 煤器、水冷壁、过热器等受热面。水流一次通过，完成水的加热、蒸发和过热过程，全部变 成过热蒸汽锅炉。

空冷机组的凝汽方式主要有直冷式（ACC）和间冷式（IDC）。直冷式是指汽机排出的乏汽直 接与空气进行表面式换热,将凝结蒸汽的潜热排入大气；间冷式是指排汽先与中间冷却介质 换热,而中间介质再与空气进行表面式换热,将凝结蒸汽的潜热间接地排入大气。中间介质 如除盐冷却水是循环使用的。直冷系统多采用机力通风，间冷系统多采用自然通风空气对流 塔。空冷散热器有时为钢材，有时为铝材或钢铝复合型。间冷凝汽器可以是混合式或表面式 ，表面式凝汽器换热管可以是铜管或钢管。

现就超临界直冷机组的水化学问题进行分析。机力通风直接空冷机组的水汽循环系统见下图 。 
1、锅炉；2、过热器；3、汽轮机；4、空冷凝汽器；5、凝结水泵；6、凝结水精处理系统； 7、旁路系统；8、低压加热器；9、除氧器；10、给水泵；11、高压加热器；12、凝结水箱 ；13、风机；14、发电机

直冷机组的凝汽设备是个庞大的金属散热器。为满足与环境空气对流换热的需要，散热器具 有相当大的表面积（换热表面约为132万m²）。而且，散热器相对远离汽机尾部，因而需 要 一个较大的排汽通道。汽机排出的低密度蒸汽通过金属导管、散热器，完成凝汽过程中产生 了腐蚀产物，危害热力设备。直冷设备的介质空间庞大且在微真空下运行，漏入空气的机会 多。由于系统pH值高，使漏入的CO2主要以碳酸盐的形式存在，难以通过系统中的除气方 式除去，从而会导致整个热力系统的腐蚀。

直流锅炉对水质有较高的要求。锅炉补给水处理系统要产出合格的除盐水，凝结水要经过10 0%的精处理系统处理，给水——凝结水水质调节处理方面，要求采用适宜的挥发性药品处理 。
1 腐蚀原理分析

根据氧化膜生成机理，电厂水汽循环系统又可以分为电化学反应和化学反应两个反应区。水 与碳钢反应生成氧化膜的机理依据湿度条件有所不同，从常温到350℃左右的范围内，水与 碳钢通过电化学反应生成氧化膜。在400℃以上，水或蒸汽与碳钢通过化学反应生成氧化膜 。在300℃以下的无氧纯水中，金属铁是腐蚀电池中的阳极，在反应中放出电子被氧化成为F e^2＋，Fe^2＋与水中的氢氧根反应生成氢氧化亚铁，在200℃以下，Fe^2＋ 转化为Fe^3＋。由铁电极和氧电极构成微电池，电极反应为：
  阳极                                        阴极
Fe－2e＝Fe^2＋                               O₂＋H₂O＋4e＝4OH^-
总的反应方程式为：
2Fe＋O₂＋2H₂O＝2Fe(OH)₂
进一步发生反应为：
3Fe^2＋＋4H₂O＝4Fe₃O₄＋2e＋8H^-

反应生成的Fe₃O₄磁性氧化铁由三价氧化铁和二价氧化铁（Fe₂O₃·FeO）组成，溶 解度很低。但是，这样产生的Fe₃O₄的晶体间有间隙，水可以从空隙渗入到钢材表面而 引起腐蚀，没有好的防腐效果，当中性高纯水加入微量氧化剂时，使水中Fe^2＋离子 氧化变成稳定的r——Fe₂O₃，使Fe₃O₄层上逐渐覆盖上一薄层致密的Fe₂O₃，从 而保护钢材。反应式为：

2Fe₂^＋＋1/2O₂＋2H₂O＝Fe₂O₃＋4H^＋

但是水中Cl^-和SO^2-能与铁形成络合物而溶于水中，破坏保护膜，反应方程式是： 

2Fe^2＋＋H₂O＋1/2 O₂＋8Cl^-＝2［FeCl₄］-＋2OH^-

所以，水的纯度和pH值应控制在能使保护膜存在的范围内。
2 直流锅炉的三种水化学工况
2.1 “联氨－氨”碱性水化学工况：在“直流锅炉——汽轮机”机组的凝结水——给水系 统中加入联氨和氨，以调节水、汽系统中工质的PH值，使之呈碱性，并且完全除掉给水中残 余溶解氧，这种水工况就叫“联氨—氨”碱性水化学工况。
2.2 中性水化学工况：是一种使凝结水－给水系统中的高纯水保持中性(PH值为6.5～7.5、 电导率小于0.15uS/cm)、并添加微量氧化剂的水化学工况。它能提高热力系统金属防腐性能 ，减少钢铁腐蚀，因此它能减少给水带铁进入锅炉，防止锅内铁沉积。
2.3 联合水处理：它一方面通过向
给
水中加入少量的氧，在钢铁表面形成Fe₂O₃膜，另一方面又额外加入NH₃。
3 超临界空冷机组锅炉理应采用“氧——氨联合处理”和“全挥发处理”两种方 式联合水处理

对于超临界空冷机组，不存在凝结水因凝汽器泄露而被循环冷却水污染的问题，水质较好， 另外系统容易漏入氧气，具有富氧的特征，为锅炉采用“氧——氨联合处理”提供可能 。加氧加氨的给水水质调节方法，是在中性水加氧处理的基础上又加了氨，调节了水的PH值 。“氧——氨联合处理”对给水水质[CM(22]有严格的要求，给水氢离子交换柱后电导率≤0.15us/c m，水的PH值应控制在8.5～9.0。水中溶解氧控制在100～300ug/L。且汽水循环系统各设备 均为钢制。

给水加氧工况的优点：锅炉给水采用加氧处理技术是利用给水中溶解氧对金属的钝化作 用，使金属表面形成致密的保护性氧化膜，以降低给水的含铁量，降低炉管的结垢速率、延 长锅炉化学清洗的周期。

超临界空冷机组凝结水精处理系统。对由直流锅炉供汽的汽轮机组，全部凝结水应进行精处 理除盐处理，同时应设置除铁设施：粉末树脂覆盖过滤器＋高速混床。当凝结水温度超过60 0C时，凝结水处理装置需开启离子交换器旁路，仅投入粉末树脂覆盖过滤器系统去除金属腐 蚀产物和阳离子型污染物。此时可能无法确保凝结水处理系统出水电导率≤0.12μs/cm。亦 即机组此时无法采用“加氧工况”运行，而应采用“除氧工况”运行。所以建议采用“变工 况”水化学控制方式，即全年大部分时间采用给水加氨、加氧处理的联合水化学工况运行， 而在机组启动初期和夏季高温时段以及汽水品质异常时按给水加氨、加联氨、除氧处理的全 挥发水化学工况运行。
4 结论与讨论

通过对超临界直接空冷机组的特殊性及腐蚀原理的分析，得出以下结论：
4.1 超临界直接空冷机组采用“氧——氨联合处理”和“全挥发处理”两种方式联合水处 理， 即全年大部分时间采用给水加氨、加氧处理的联合水处理运行，而在机组启动初期和夏季高 温时段以及汽水品质异常时按给水加氨、加联氨、除氧处理的全挥发水处理运行。
4.2 超监界直接空冷机组凝结水精处理建议采用粉末树脂覆盖过滤器＋混床系统。当凝结 水温度超过60℃时，凝结水处理装置需开启混床旁路，仅投入粉末树脂覆盖过滤器。此时无 法确保凝结水处理系统出水电导率≤0.12μs/cm。此时无法采用“加氧工况”运行，而应采 用“除氧工况”运行。
［参考文献］
［1］ 中华人民共和国电力行业标准《火力发电厂化学设计技术规程》［DL/T5068-- 2006］［S］.中华人民共和国国家发展和改革委员会发布，2007.27-29、34-35.
［2］ 邱武斌，赵战省，郝党强，等.火电工程调试技术手册(化学卷)［M］.北京： 中国电力出版社，2004.261-272.
［3］ 王文杰.超临界空冷机组“变工况”特性分析［Z］.
［4］ 李志刚，等.超临界、超超临界燃烧煤发电技术培训教材［Z］.西安：西安热 工研究院印刷厂，2008.212-230.

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