电厂水处理--第三章-热力设备的结垢腐蚀及其防止PPT课件

1 3热力设备的结垢 腐蚀及其防止 2 1 概况 在火力发电厂中 锅炉 汽机及附属设备组成了热力系统 热力系统中的各种热交换部件或水汽流经的设备 如锅炉的省煤器 水冷壁管 过热器 汽轮机 各种加热器 除氧器和凝汽器等 统称为热力设备 水和蒸汽是热力设备中的工质 在热力系统中循环运行 演示水汽流程 3 2 水汽系统流程示意图 4 水汽在热力系统循环过程中 总不免会有些损失 这些工质的损失是由于热力系统某些设备的排汽放水 管道阀门的漏汽漏水 水箱等设备的溢流或热水蒸发等原因造成的 为了维持热力系统正常水汽循环 要及时补充工质的损失 用来补充热力系统水汽损失的水叫做补给水 送进锅炉的水称为给水 给水一般由凝结水 补给水 疏水组成 5 3 机组水汽系统中杂质的来源 补给水含有杂质二氧化硅 20 g L电导率 25 0 2 S cm冷却水渗漏使杂质进入凝结水金属腐蚀产物被水流携带在机组安装 检修期间也会使一些杂质残留在系统中 6 4 水 汽系统中需要化验的水样 给水 送进锅炉的水称为给水 它是由汽轮机凝结水 补给水和疏水组成的 给水一般在除氧器出口和锅炉省煤器入口处取样 锅炉水 通常简称炉水 它是在汽包锅炉中流动的水 炉水一般在汽包的连续排污管上取样 疏水 各种蒸汽管道和用汽设备中的凝结水称为疏水 它是经疏水器汇集到疏水箱的 疏水一般在疏水箱或低位水箱取样 凝结水 在汽轮机作功后的蒸汽 到凝汽器中冷却而凝结的水称为凝结水 凝结水通常在凝结水泵出口处取样 蒸汽 包括饱和蒸汽和过热蒸汽 饱和蒸汽在汽包蒸汽出口处取样 过热蒸汽在主汽管出口处取样 7 第一节水垢与水渣 一 水垢1 概念 在热力设备内受热面水侧金属表面上生成的固态附着物叫做水垢 水垢是一种牢固附着在金属表面上的沉积物 2 分类 钙镁水垢 硅酸盐水垢 氧化铁垢 二 水渣1 概念 在锅炉和热力设备的水中 还可能析出一些固体物质 这些固体物质有的以悬浮状态存在于水中 也有的以沉渣和泥渣状态沉积在热力设备水流流动滞缓的各个部位 如锅炉汽包底部 水冷壁下联箱底部以及各种热交换器 水箱底部 这些呈悬浮状态的沉渣物质叫水渣 8 三 水垢危害性 水垢会降低锅炉和热交换设备的传热效率 增加热损失 火电厂锅炉若结生1mm厚的水垢 燃煤消耗量将增加1 5 2 锅炉水冷壁管内结垢厚1mm 燃煤消耗量约增加10 结垢增加了水的流动阻力 迫使锅炉降负荷运行 水垢能引起锅炉水冷壁管的过热 导致管子鼓泡和爆管事故 水垢能导致金属发生沉积物下腐蚀 水垢结生得太快太多 迫使热力设备不得不提前检修 用化学清洗的方法清除水垢 9 四 水渣的分类与危害 1 不会粘附在受热面上的水渣 这类水渣较松软 常悬浮在锅炉水中 易随锅炉水的排污从锅炉内排掉 如碱式磷酸钙 碱式磷酸钙和蛇纹石水渣 2 易粘附在受热面上的水渣 这类水渣容易粘附在受热面管内壁上 经高温烘焙后 常常转变成水垢 这种水垢松软 有粘性 俗称软垢 如磷酸镁和氢氧化镁等 锅炉水中水渣太多 会影响锅炉的蒸汽品质 而且还有可能堵塞炉管 并结生水垢 威胁锅炉的安全运行 10 第二节水垢的形成及防止 一 钙镁水垢的形成及其防止在钙 镁水垢中 钙 镁盐含量常常很大 甚至可达90 左右 按其主要化合物的形态分成 碳酸钙水垢 硫酸钙水垢 硅酸钙水垢 镁垢等 2 形成的原因随着温度的升高 某些钙 镁化合物在水中的溶解度下降 在水不断受热蒸发时 水中盐类逐渐浓缩 在水被加热的过程中 水中某些钙 镁盐类因发生化学反应 从易溶于水的物质变成难溶的物质而析出 11 3 防止方法制备高质量的补给水 除去生水中的硬度 保证汽轮机凝结水的水质 采用磷酸盐水质调节处理 使进入炉水中的钙 镁离子形成一种不粘附在受热面的水渣 随锅炉排污排除掉 12 第三节易溶盐 隐藏 现象 一 磷酸盐 暂时消失 现象1 概念 汽包锅炉在运行时会出现一种水质异常的现象 即当锅炉负荷增高时 炉水中磷酸盐的浓度明显降低 而当锅炉负荷减少或停炉时 这些磷酸盐的浓度又重新升高 这种现象称为磷酸盐 暂时消失 现象 也叫磷酸盐的 隐藏 现象 2 这种现象的实质是 锅炉高负荷运行时 有易溶磷酸盐从炉水中析出 沉积在水冷壁管管壁上 结果炉水磷酸盐的总浓度降低 在锅炉低负荷运行或停炉时 或者停运后再起动时 沉积在水冷壁管管壁上的磷酸盐又被炉水溶解下来 使它们在炉水中的浓度重新增高 当Na3PO4发生暂时消失现象时 在高热负荷的炉管管壁上会形成Na2 85H0 15PO4的固相易溶盐附着物 其析出过程的化学反应为 Na3PO4 0 15H2O Na2 85H0 15PO4 0 15NaOH 13 二 磷酸盐 暂时消失 现象的形成原因1 与磷酸三钠的溶解特性有关磷酸三钠的溶解度随着温度的升高而增大 到117 时溶解度最大 而后随着温度的升高而降低 尤其是当水温超过200 以后 它的溶解度随着水温升高而急剧下降 在高温水中磷酸三钠的溶解度是很小的 在300 时 磷酸三钠的溶解度很小 当水冷壁管因热负荷或局部过热 使管内发生剧烈的沸腾汽化过程 管内近壁层炉水中磷酸三钠被浓缩到很高的浓度 在此区域很容易达到饱和浓度而产生沉积 另外 磷酸三钠加药量过大也会引起此现象 14 2 与炉管的热负荷不均匀有关水冷壁管局部管子热负荷很高 炉膛内燃烧工况不均匀 管内发生剧烈沸腾 近管壁炉水高度浓缩 导致磷酸盐析出并附着在管壁上 特别是当发生不正常的沸腾工况 膜态沸腾 时 水冷壁管由近壁处产生的汽泡过多 汽泡与汽泡很快合并成汽膜 由于汽膜传热不良 此时管壁温度会升得很高 使流近管壁的炉水能立即被完全蒸干 盐类就在管壁上析出 另外 当锅炉管内流动工况不良 也会形成管子局部过热 从而引起炉水局部浓缩并使盐类从水中析出 锅炉低负荷运行 或停炉 时 水冷壁管热负荷降低 管内近壁层沸腾过程减弱 炉水流动冲刷使管壁及时得到冷却 原来析出并附着的易溶磷酸盐又重新溶解于炉水中 15 三 磷酸盐 暂时消失 现象的危害在炉管上形成的磷酸盐附着物 其危害性与水垢相似 主要有 1 能与炉管上的其他沉积物如金属腐蚀产物 硅化合物等发生反应 变成难溶的水垢 2 因其传热不良 在某些情况下也可能直接导致炉管金属严重超温 以至烧坏 3 能引起沉积物下的金属腐蚀 16 四 为了减少磷酸盐 暂时消失 现象的危害 应采取措施 1 为了减少磷酸盐在炉管的沉积 在只有加强对炉水的监督 加强锅炉排污 保证炉水pH值合格 尽量减少磷酸三钠的加入量 2 锅炉运行应注意调节风 煤粉的流量 使锅炉四角分配均匀 从而使热负荷均匀稳定 尽量不产生热负荷偏离现象 可以考虑加装燃烧系统在线监测装置 保证燃烧稳定而不偏离 3 利用停炉机会对锅炉进行检查 检查燃烧中心有否偏离 检查炉膛是否结焦 检查水冷壁管管外壁情况 有无局部过热现象 若发现异常则应及时作出相应处理 消除设备缺陷 4 在停炉时加强对保养炉水的监督 增加分析炉水PO43 和SiO2 并定期对水冷壁管进行冲洗 冲洗水排入地沟 只要锅炉燃烧工况分布均匀 加药量控制适当 磷酸盐 暂时消失 现象就会消失 17 第四节锅内磷酸盐处理 一 磷酸盐防垢处理1 原理 一般中 高压锅炉均可采用磷酸盐处理 该法是在锅水呈碱性的条件下 加入磷酸盐溶液 使锅水磷酸根维持在一定浓度范围内 水中的钙离子便与磷酸根反应生成碱式磷酸钙 少量镁离子则与锅水中的硅酸根生成蛇纹石 碱式磷酸钙和蛇纹石均属于难溶化合物 在锅水中呈分散 松软状水渣 易随锅炉排污排出锅炉 不会粘附在受热面形成二次水垢 18 磷酸盐加药系统图 磷酸盐加药系统图 19 金属腐蚀的基本理论 一 腐蚀的分类 一 均匀腐蚀 均匀腐蚀是金属和人侵蚀性物质相接触时 整个金属表面都产生不同程度的腐蚀 二 局部腐蚀 局部腐蚀只在金属表面的局部位置产生腐蚀 结果形成溃疡状 点状和晶粒间腐蚀等 如下图中所示的是各种腐蚀形状 20 1 点蚀 点状腐蚀与溃疡腐蚀相似 不同是点状腐蚀的面积更小 直径在0 2 1毫米之间 2 溃疡状腐蚀 这种腐蚀是发生在金属表面的别点上 而且是逐渐往深度发展的 3 选择性腐蚀 黄铜的脱锌4 穿晶腐蚀 穿晶腐蚀是金属在多次交变应力 如振动或温度 压力的变化等 和侵蚀性介质 碱 氯化物等 的作用下 腐蚀穿过晶粒发生的 其结果使金属机械性变脆以致造成金属横向裂纹 5 晶间腐蚀 晶粒间腐蚀是金属在侵蚀性物质 如浓碱液 与机械应力共同作用下 腐蚀是沿着金属晶粒边界发生的 其结果使金属产生裂纹 引起机械性能变脆 造成金属苛性脆化 21 第二节给水系统金属的腐蚀 一 给水系统的腐蚀 一 溶解氧腐蚀1 腐蚀原理 阳极 Fe Fe2 2e阴极 O2 2H2O 4e 4OH 2 特征 一般是在金属表面形成许多小型鼓包 其直径由一毫米至30毫米不等 鼓包表面的颜色有黄褐色或砖红色 次层是黑色粉末状的腐蚀产物 当这些腐蚀产物被清除后 便会在金属表面出现腐蚀坑 3 腐蚀部位 氧腐蚀最容易发生的部位 是给水管道 疏水系统和省煤器等处 22 二 游离二氧化碳腐蚀 1 腐蚀机理 阳极 Fe Fe2 2e阴极 2H 2e H22 腐蚀特征 均匀的使管壁变薄 带入水中杂质 3 腐蚀部位 凝结水系统 23 三 同时有溶解氧和二氧化碳的腐蚀 1 腐蚀机理 酸碱中和 加剧腐蚀 2 腐蚀特征 均匀腐蚀 黄铜脱锌 3 腐蚀部位 凝结水系统 疏水系统 热网水系统 实际电厂的运行状况是怎样的呢 24 二 给水系统金属腐蚀的防止 1 给水除氧 去除水中氧气的方法有热力除氧法和化学除氧化 其中以热力除氧为主 化学除氧为辅的办法 1 热力除氧法 氧气和二氧化碳气在水中的溶解度与水的温度 氧气或二氧化碳气的压力有关 若将水温升高或使水面上氧气或二氧化碳气的压力降低 则氧气或二氧化碳气在水中的溶解度就会减小而逸掉 当给水进入除氧器时 水被加热而沸腾 水中溶解的氧气和二氧化碳气 就会从水中逸出并随蒸汽一起排掉 25 2 化学除氧法 电厂中用作化学除氧药剂的有 硫酸钠 Na2SO4 和联氨 N2H4 亚硫酸钠只用作中压电厂的给水化学除氧剂 联氨可作为高压和高压以上电厂的给水化学除氧剂 联氨能与给水中的溶解氧发生化学反应 生成氮气和水 使水中的氧气得到消除 N2H4 O2 N2 2H2O上例反应生成的氮气是一种很稳定的气体 对热力设备没有任何害处 此外 联氨在高温水中能减缓铁垢或铜垢的形成 因此 联氨是一种较好的防腐防垢剂 26 2 给水加氨处理 这种方法是向给水加入氨气或氨水 氨易溶于水 并与水发生下列反应使水呈碱性 NH3 H2O NH4OH如果水中含有CO2时 则会和NH4OH发生下列反应 NH4OH CO2 NH4HCO3当NH3过量时 生成的NH4HCO3继续与NH4OH反应 得到碳酸铵 NH4OH NH4HCO3 NH4 2CO3 H2O由于氨水为碱性 能中和水中的CO2或其他酸性物质 所以能提高水的pH值 一般给水的pH值应调整在8 5 9 2的范围内 27 第三节汽包锅炉水汽系统的腐蚀及其防止 一 沉积物下的腐蚀 概念 金属设备表面沉积物下面的金属所产生的腐蚀 称为沉积物下的腐蚀 造成锅炉沉积物下面的金属发生腐蚀的条件是炉口含有金属氧化物 盐类等杂质 在锅炉运行条件下发生 28 由于这些浓缩的锅炉水中含有的盐类不同 可能发生酸性腐蚀 也可能发生碱性腐蚀 1 酸性腐蚀 当锅炉水中含有MgCl2或CaCl2等酸性盐时 浓缩液中的盐类发生下列反应 MgCl2 2H2O Mg OH 2 2HClCaCl2 2H2O Ca OH 2 2HCl产生的HCl 增强了浓缩液的酸性 使金属发生酸性腐蚀 这种腐蚀的特征是沉积物下面有腐蚀坑 坑下金属的金相组织有明显的脱碳现象 金属的机械性能变脆 29 2 碱性腐蚀 当炉水中含有NaOH时 在高度浓缩液中的NaOH能与管壁的Fe3O4氧化膜以及铁发生反应 Fe3O4 4NaOH 2NaFeO2 Na2FeO2 2H2OFe 2NaOH Na2FeO2 H2 30 二 水蒸气腐蚀 当温度超过450度时 碳钢与水发生反应生成氧化物的反应 31 三 应力腐蚀 1 腐蚀疲劳 交变载荷与侵蚀性环境的联合作用往往会显著降低构件疲劳性能 2 应力腐蚀开裂 金属在应力和侵蚀性介质作用下发生的腐蚀破坏 32 二 防止锅内腐蚀的措施1 保证除氧器的正常运行 降低给水含氧量 2 做好补给水的处理工作 减少给水杂质 3 做好给水系统的防腐工作 减少给水中的腐蚀产物 4 防止凝汽器泄漏 保证凝结水的水质良好 5 做好停炉的保护工作和机组启动前汽水系统的冲洗工作 防止腐蚀产物带入锅内 6 在设计和安装时 应注意避免金属产生应力 7 运行锅炉应定期进行化学清洗 清除锅内的沉积物 小结 重点掌握其防止方法 33 第四节停用锅炉的腐蚀及防护 一 停用锅炉的腐蚀 1 停用腐蚀 锅炉停用时 如果不采取有效的保护措施 锅炉水汽系统的金属内表面会遭到金属氧的腐蚀 2 危害 在短期内使停用设备金属表面遭到大面积腐蚀 加剧热力运行设备运行时的腐蚀 34 1 联氨法 联氨法 锅炉在停运前 用加药泵把联氨加入给水中 使锅内各部分充满浓度均匀的联氨溶10液 溶液中过剩联氨浓度为100 200ppm 如果联氨保护液的pH值低于 则用加氨方法 把pH值提高到10以上 锅炉冷却后 还需再往锅内打入除氧水 使锅内溶液保