磷酸盐处理技术在汽包锅炉炉水调节中的应用.doc

磷酸盐处理技术在汽包锅炉炉水调节中的应用从1927年起，汽包锅炉就采用磷酸盐处理工艺调节炉水水工况，目前，磷酸盐处理仍是汽包锅炉首选的炉水处理工艺。从当初的低参数、小容量工业锅炉工况到现代高参数、大容量发电锅炉，磷酸盐处理技术经历了高磷酸盐处理、协调磷酸盐-pH处理、精确控制、等成分磷酸盐处理、低磷酸盐处理、平衡磷酸盐处理、低磷酸盐-低氢氧化钠处理等变革过程。它的每一次技术改进，都适应了水汽品质的要求。高磷酸盐处理（PO43-=1030mg/L），其作用主要是为了控制钙、镁水垢的生成，加入Na3PO4使锅炉水中钙、镁硬渣转化为容易随排污排除的软渣。协调磷酸盐-pH处理（PO43-=350mg/L）和精确控制（PO43-=24 mg/L）磷酸盐处理，在实际应用中仍因苛性钠腐蚀严重而淘汰。等成分磷酸盐处理（PO43-=28mg/L），保证了沉积时固、液成分的协调一致。低磷酸盐处理（PO43-=1mg/L），是将炉水中磷酸盐含量大幅度降低，消除酸性磷酸盐的腐蚀问题，而“苛性腐蚀”问题主要有炉水中酸性物质控制。平衡磷酸盐处理（PO43-=2.4mg/L，pH=9.09.7，Na+/ PO43-=3.03.5，NaOH=1.0mg/L），其主要作用是尽量降低炉水中磷酸盐含量，使其达到平衡水平。而低磷酸盐-低氢氧化钠处理（PO43-=0.21.0mg/L，pH=9.19.6， NaOH=0.20.8mg/L），是对平衡磷酸盐处理的改进。高磷酸盐处理高磷酸盐处理控制指标对于压力2.5MPa锅炉，PO43-= 1030 mg/L，pH = 1012；对于压力在3.85.8MPa 之间的中压汽包锅炉(发电用) ，PO43-=515 mg/L，pH=911。高磷酸盐处理主要应用于中低压汽包锅炉上，其作用主要是为了控制钙、镁水垢的生成，加入Na3PO4 使锅炉给水中带入的钙硬、镁硬转化为容易随排污排除的软渣。目前，我国有四十余万工业锅炉采用这一处理方式。采用高磷酸盐处理的锅炉，其结垢仍然比较严重，需要频繁的化学清洗除垢。协调磷酸盐-pH处理(Coordinated Phosphate-pH Control)针对磷酸盐处理中存在游离NaOH，导致铆接锅炉“苛性脆化”与炉管内表面“苛性腐蚀”而提出。 其要点是控制炉水中Na + / PO43-摩尔比为3 :1 ，以防止游离NaOH形成；为此通过加入Na2HPO4来消除游离碱度，使炉水中磷酸盐始终处于Na3PO4状态，其控制指标: pH= 9. 510.6； PO43- =350mg/L ；Na + / PO43-=3。由于在实际应用中发现仍有苛性钠腐蚀，且Na +/ PO43-比难以控制，该处理方式主要应用于压力小于13. 7MPa锅炉。精确控制(Precision Control)其控制指标是: PO43-为24mg/L；NaOH =1550mg/L，pH= 10.511.5。其主要作用是防止磷酸镁泥垢及降低炉水中可溶性硅含量。因为较低的磷酸盐含量可防止磷酸镁生成，较高的游离NaOH 碱度可使炉水中溶解性硅变成硅酸钠而使溶解携带减少；同时，碱性炉水中生成的泥渣更具流动性，易随排污排走。但该种控制方式由于游离NaOH碱度高，苛性腐蚀严重而淘汰。等成分磷酸盐处理(Congruent PhosphateTreatment， CPT)在上述磷酸盐处理技术中，认为炉管表面析出的固相物与液相中成分是一致的(即是协调的，Congruent) ，但研究表明，在高温下从Na3PO4过饱和溶液中析出的是Na2HPO4沉积物，其固、液相成分是不协调的( Incongruent) ；这就解释了炉管表面析出沉积物时为什么会出现游离NaOH。目前协调pH-磷酸盐处理或协调磷酸盐-pH处理皆指Congruent，而非Coordinate，简称CPT)。其控制指标为:炉水Na +/ PO43-= 2.22.85 (实际控制中一般为2.52.8)； PO43-=28 mg/L，pH=910。目前我国超高压以上汽包锅炉普遍采用这一处理方式。低磷酸盐处理(Low Phosphate Treatment，LPT)低磷酸盐处理有两种情况，一是改进的CPT ，一般应用于亚临界包锅炉，其锅炉压力高，凝汽器也比较严密，可将炉水中磷酸盐含量大幅度降低，控制在1mg/L左右，其它不变。 二是为消除Na2HPO4带来的酸性磷酸盐腐蚀问题，一些厂家只加Na3PO4，这实际变为纯粹的磷酸盐处理(PT)。采用协调pH-磷酸盐处理(CPT)无一例外地存在酸性磷酸盐腐蚀问题，其问题的本质是由于暂时消失现象的出现时，酸性磷酸钠盐(Na2HPO4、NaH2PO4)与保护性Fe3O4膜之间发生反应，生成磷酸铁钠、磷酸亚铁钠及碱式磷酸铁钠等，导致了炉管的腐蚀。由于担心苛性脆化与苛性腐蚀问题，在磷酸盐处理过程中，一直严格控制炉水游离NaOH ，但随着给水品质的提高与锅炉制造工艺的改进，基本消除了铆接、胀接锅炉，即“苛性脆化”不再发生；而“苛性腐蚀”主要与炉水中酸性物质如氯化物、硫酸盐相关。 因此，人们大胆采用NaOH处理(Caustic Treatment，CT)，并取得了良好的效果。平衡磷酸盐处理(Equilibrium Phosphate Treatment，EPT)针对磷酸盐“暂时消失”问题，一方面是尽量降低炉水中磷酸盐含量，使“暂时消失”减轻；另一方面是继续改进磷酸盐处理方法，尽量消除“暂时消失”现象。平衡磷酸盐处理(EPT) 即是这种努力的结果，1986年加拿大的Stodola首先报道了平衡磷酸盐处理(EPT)在安大略水电局(Ontario Hydro) 27台汽包锅炉(总容量为12 000 MW)上的成功运用；该局的汽包锅炉在采用CPT时遇到了严重的磷酸盐“暂时消失”问题，水冷壁管也因氢脆或腐蚀疲劳而损坏；在改为EPT后，炉水pH 值稳定了，磷酸盐“暂时消失”基本消失了，炉管腐蚀问题大大减少了，锅炉的化学清洗周期最少也延长了一倍。EPT的主要特点是尽量降低炉水中磷酸盐含量，使之达到平衡水平，且仅加Na3PO4一种药剂，并容许炉水中存在少量游离NaOH。EPT中其“平衡”的含义有两种:是指炉水中的磷酸盐含量正好和凝汽器泄漏的硬度相互反应完毕，即达到“平衡”；是指在锅炉水冷壁管上磷酸盐的沉积与溶解达到“平衡”，在炉管表面酸式磷酸盐沉积物与Fe3O4反应，导致Fe3O4保护膜不断溶解与炉水中磷酸盐(PO43-)不断消耗，此过程一直进行到酸式磷酸盐与Fe3O4反应达到平衡，以及炉水过饱和Na3PO4溶液中酸式磷酸盐沉积与溶解达到平衡为止。 显然，如果炉水本体溶液中PO43-含量越高，在达到平衡时所需要反应的酸式磷酸盐就越多，导致的炉管腐蚀就越严重，过多的磷酸盐含量有害无益。 如果尽量减少炉水本体中PO43-含量，使之不发生或很少发生酸式磷酸盐沉积，仅满足平衡所需的磷酸盐，则磷酸盐“暂时消失”与炉管腐蚀会降低到最小程度。 在机组未投运凝结水精处理高速混床时，两种“平衡”状态都存在，在机组投运凝结水精处理高速混床时，以第种“平衡”为主。EPT的优点:基本不发生磷酸盐“暂时消失”，炉水水质容易控制，锅炉负荷变化时炉水PH 值稳定。化学加药量与排污量减少。 锅炉更干净，所需清洗次数比以前大为减少。因Na + / PO43-比值高(3.03.5)，避免了磷酸钠盐与水冷壁管上的腐蚀产物、沉积物的相互反应而带来的危险。由CPT转向EPT时，EPT能够明显阻止锅炉CPT时的腐蚀。采用EPT时明显减少了炉水加药量，蒸汽品质有所提高。 对于水冷壁管上的Fe3O4保护层，由于存在游离NaOH，EPT比CPT能提供更有效的保护。低磷酸盐-低氢氧化钠处理( Low Phosphate-low Sodium Hydroxide)低磷酸盐-低氢氧化钠处理可以认为是EPT的改进，其控制指标是: PO43-=0.21.0mg/L，NaOH =0.20.8mg/L，pH=9.19.6， Cl- 0.2 mg/L、SO42-0.2 mg/L、SiO20.2mg/L。低磷酸盐加氢氯化钠处理方式的优点：1.水质控制稳定、简易。过去由于pH不稳定且偏低，所以为了控制PO43-、pH均在合格范围内，常常顾此失彼，现因pH稳定，只要事先配好的加药浓度适当调整加药泵行程即可。2.pH控制稳定、波动范围小。3.炉水电导率大幅下降。由于加药量减少，水质改善，炉水电导率从过去的(单独低磷酸盐处理时)30 us/cm上下降到815 uscm，说明炉水含盐量大幅下降，对降低水冷壁管的沉积物将大有好处。4.配药操作简易、加药量少。由于加药量很小，故采用分析纯的磷酸三钠及氢氧化钠代替工业纯的磷酸三钠，使炉水含盐量得到进一步的下降，配药更加方便易行。5.机组启动时，水质台格需时少