高壓鍋爐爐內(nèi)水化學(xué)工況的優(yōu)化

許懷鵬，周黃斌，孔 苑

（馬鋼股份公司熱電總廠，安徽馬鞍山 243000）

前言

為降低鍋爐爐管的腐蝕速率，減少爐管沉積物與結(jié)垢量，提高蒸汽品質(zhì)，必須對(duì)鍋爐水進(jìn)行調(diào)節(jié)處理。對(duì)于高壓汽包鍋爐，目前實(shí)際應(yīng)用最多的鍋爐水調(diào)節(jié)方式是給水還原性全揮發(fā)處理[AVT(R)]和爐水磷酸鹽處理（PT）。AVT(R)處理是在對(duì)鍋爐給水進(jìn)行熱力除氧的同時(shí)，向給水中加入氨和除氧劑——聯(lián)胺或二甲基酮肟，氨的作用是調(diào)節(jié)給水和爐水的pH 值，聯(lián)氨的作用是除去給水中的溶解氧，以維持一個(gè)除氧堿性水工況，從而達(dá)到抑制水汽系統(tǒng)金屬腐蝕的目的。PT 處理是向鍋爐爐水中加入磷酸鹽，在堿性爐水條件下，一定量的磷酸根與鈣、鎂離子可以形成松軟的水渣，隨鍋爐排污排出，達(dá)到鍋爐防垢的目的。

1 傳統(tǒng)鍋爐水調(diào)節(jié)方式的弊端

1.1 給水還原性全揮發(fā)處理[AVT(R)]

《GB/T 12145-2016 火力發(fā)電機(jī)組及蒸汽動(dòng)力設(shè)備水汽質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定，高壓汽包鍋爐給水質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)如下：

鍋爐過熱蒸汽壓力：5.9～15.6 MPa;

pH(25℃)：8.8～9.3（有銅給水系統(tǒng)）或9.2～9.6（無銅給水系統(tǒng)）;

聯(lián)氨：≤30 μg/L;

溶解氧：≤7 μg/L。

以上規(guī)定的AVT(R)水工況是一種還原性水工況，水的氧化-還原電位(ORP)一般低于-200 mV。在此條件下，碳鋼表面會(huì)生成磁性氧化鐵(Fe3O4)保護(hù)膜，保護(hù)金屬不受進(jìn)一步腐蝕。但實(shí)際應(yīng)用時(shí)，高壓鍋爐AVT(R)水工況的缺點(diǎn)也比較明顯：

(1)采用AVT(R)時(shí)，熱力設(shè)備通常存在“兩高現(xiàn)象”，即汽水品質(zhì)合格率高，受熱面結(jié)垢速率也高。因?yàn)樵谶€原性條件下，生成的磁性氧化鐵(Fe3O4)保護(hù)膜不夠致密，且在水中的溶解度較高，導(dǎo)致鍋爐給水含鐵量相對(duì)偏高，在湍流部位易發(fā)生流動(dòng)加速腐蝕(FAC)現(xiàn)象，腐蝕產(chǎn)物又會(huì)隨水流遷移到高熱負(fù)荷區(qū)域并沉積下來，提高結(jié)垢速率。

(2)AVT(R)處理時(shí)，因聯(lián)氨的還原性好，效果最優(yōu)。但聯(lián)氨揮發(fā)性強(qiáng)，具有致癌作用，影響操作人員的身體健康。對(duì)于供熱機(jī)組，分解不完全的聯(lián)氨進(jìn)入蒸汽系統(tǒng)將影響供熱用戶的使用。使用無毒的二甲基酮肟作為除氧劑，普遍存在腐蝕速率較高的問題。

1.2 爐水磷酸鹽處理（PT）

《GB/T 12145-2016 火力發(fā)電機(jī)組及蒸汽動(dòng)力設(shè)備水汽質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定，高壓汽包爐水質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)如下：

鍋爐汽包壓力：10.1～12.6 MPa;

pH(25℃)：9.0～10.0;

磷酸根：2～6 mg/L;

電導(dǎo)率(25℃)：＜60 μS/cm。

爐水PT處理可消除爐水中的硬度，提高水的緩沖能力，降低鍋爐的結(jié)垢速率，改善蒸汽品質(zhì)和減緩汽輪機(jī)腐蝕，應(yīng)用非常廣泛。隨著鍋爐參數(shù)的提高，爐水PT 處理普遍存在磷酸鹽“暫時(shí)消失”現(xiàn)象，即鍋爐升負(fù)荷時(shí)，爐水磷酸鹽濃度下降，pH值升高；鍋爐降負(fù)荷或剛啟動(dòng)時(shí)，磷酸鹽濃度又升高，pH 值下降。磷酸鹽暫時(shí)消失會(huì)導(dǎo)致以下危害：

（1）易溶鹽在爐管壁上附著，影響傳熱，造成管壁超溫；

（2）爐管上的易溶鹽附著物會(huì)與管壁上鐵的腐蝕物進(jìn)一步發(fā)生反應(yīng)，生存復(fù)雜的難溶水垢，加劇水冷壁管的結(jié)垢與腐蝕；

（3）易導(dǎo)致磷酸鹽過量加入，爐水含鹽量增大，鍋爐排污率偏大等問題。

某鋼鐵公司熱電總廠高壓汽包鍋爐即采用給水AVT(R)處理和爐水PT 處理。以2016 年12#爐為例，水汽品質(zhì)平均合格率、鍋爐給水含鐵量和鍋爐排污率數(shù)據(jù)見表1。

表1 12#鍋爐水汽品質(zhì)平均合格率、鍋爐給水含鐵量和鍋爐排污率數(shù)據(jù)

由表1 可知，高壓汽包鍋爐采用給水AVT(R)處理和爐水PT 處理，水質(zhì)指標(biāo)均能滿足規(guī)范要求，但鍋爐給水含鐵量相對(duì)仍然偏高，排污率偏大，存在較大的上升空間。

2 鍋爐水調(diào)節(jié)方式的優(yōu)化

2.1 鍋爐給水調(diào)節(jié)方式的優(yōu)化

氧化性全揮發(fā)處理[AVT(O)]是在堿性條件下，只通過熱力除氧控制給水中溶解氧含量不超過10 ug/L，不再添加其他化學(xué)除氧劑進(jìn)行輔助除氧的給水調(diào)節(jié)方式。此條件下，水的氧化-還原電位(ORP)一般在0～80 mV 之間，給水處于弱氧化性的氣氛，碳鋼表面會(huì)生成磁性氧化鐵(Fe3O4)和氧化鐵(Fe2O3)雙層結(jié)構(gòu)保護(hù)膜，該膜較磁性氧化鐵保護(hù)膜更加致密，在水中的溶解度更小，保護(hù)效果更好，可有效抑制高流速鍋爐管道發(fā)生流動(dòng)加速腐蝕(FAC)。這種處理方式通常會(huì)使給水的含鐵量降低，省煤器管和水冷壁管的結(jié)垢速率也相應(yīng)降低。因銅合金在有氧的純水中，會(huì)生成溶解度較高的氧化銅，從而加快銅的腐蝕速度。

隨著水質(zhì)凈化技術(shù)的進(jìn)步，目前絕大多數(shù)高壓鍋爐的給水氫電導(dǎo)率均能保證在0.3 μS/cm 以下。同時(shí)，機(jī)組中各換熱設(shè)備也基本采用耐腐蝕能力更好的不銹鋼材料，給水完全具備AVT(O)處理的使用條件。

2.2 鍋爐爐水調(diào)節(jié)方式的優(yōu)化

爐水中加入PO43-主要是消除水中硬度和提高緩沖能力。為了防止?fàn)t內(nèi)生成鈣鎂水垢和減少水冷壁管腐蝕，向爐水中加入少量PO43-的處理稱之為低磷酸鹽處理（LPT）。LPT 處理時(shí)，控制爐水中PO43-的含量在較低水平，略高于與爐水中硬度成分反應(yīng)所需的最低濃度即可，有利于減少或消除鍋爐管壁上發(fā)生“磷酸鹽隱藏”現(xiàn)象，避免發(fā)生酸性磷酸鹽腐蝕。同時(shí)，爐水中也需保證一定的PO43-含量，以維持爐水的堿性和PH 值，防止酸性腐蝕。目前高參數(shù)汽包鍋爐，由于采用了優(yōu)良的水凈化技術(shù)，補(bǔ)給水水質(zhì)良好，且與該鍋爐配套的汽輪機(jī)組凝汽器嚴(yán)密性也有可靠保證，隨給水進(jìn)入鍋爐內(nèi)的Ca2+、SO42-和SiO32-等非常少，所需的PO43-也相應(yīng)減少，此時(shí)爐水中PO43-的主要作用由防垢轉(zhuǎn)為控制爐水的pH值和防止腐蝕。

3 優(yōu)化過程及實(shí)施效果

2016年至2018年，熱電總廠高壓鍋爐水調(diào)節(jié)方式陸續(xù)變更為給水氧化性全揮發(fā)處理[AVT(O)]和爐水低磷酸鹽處理（LPT）。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，制定水質(zhì)控制指標(biāo)如下：

（1）熱電總廠高壓汽包鍋爐給水控制標(biāo)準(zhǔn)

鍋爐過熱蒸汽壓力：5.9～15.6 MPa;

pH(25 ℃)：9.2～9.6;

氫電導(dǎo)率(25 ℃)：≤30 μS/cm;

溶解氧：≤10 μg/L。注：當(dāng)凝汽器管為黃銅材料時(shí)，pH 值宜控制在9.1～9.4。

(2)熱電總廠高壓汽包鍋爐爐水控制標(biāo)準(zhǔn)

鍋爐汽包壓力：10.1～12.6 MPa;

pH(25 ℃)：9.0～10.0;

磷酸根：0.5～3.0 mg/L;

電導(dǎo)率(25 ℃)：＜30 μS/cm。

為保證系統(tǒng)安全及水汽品質(zhì)達(dá)標(biāo)，進(jìn)一步完善了鍋爐自動(dòng)加藥系統(tǒng)，給水加氨和爐水加磷酸鹽均實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)節(jié)，使其具有更高的可靠性和準(zhǔn)確性。鍋爐排污方式也同時(shí)進(jìn)行了優(yōu)化。

鍋爐水調(diào)節(jié)方式變更后，水汽平均合格率保持穩(wěn)定，給水鐵含量明顯下降，排污率明顯降低。以12#爐為例，2018 年下半年水汽品質(zhì)平均合格率、鍋爐給水含鐵量和鍋爐排污率數(shù)據(jù)見表2。

表2 12#鍋爐水汽品質(zhì)平均合格率、鍋爐給水含鐵量和鍋爐排污率數(shù)據(jù)

12#爐給水采用AVT(O)處理后，給水含鐵量下降了約50%，同時(shí)節(jié)約了大量除氧劑采購費(fèi)用；爐水采用LPT處理后，爐水磷酸根含量降低約55%，爐水電導(dǎo)率維持在9～10 μS/cm，鍋爐排污率降低約45%，每年節(jié)約藥劑成本及減少熱損失約100 萬元～120萬元，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

4 結(jié)論

4.1 以除鹽水為補(bǔ)水的高壓汽包鍋爐實(shí)現(xiàn)給水氧化性全揮發(fā)處理[AVT(O)]和爐水低磷酸鹽處理（LPT）完全可行。

4.2 高壓汽包鍋爐給水采用AVT(O)處理后，水汽系統(tǒng)中鐵離子含量較AVT(R)處理時(shí)有明顯下降。

4.3 高壓汽包鍋爐爐水采用LPT 處理后，可有效避免“磷酸鹽隱藏”現(xiàn)象的發(fā)生，顯著改善爐水水質(zhì)，同時(shí)大幅度降低鍋爐排污率。