锅炉水化学控制技术的研究热点.ppt
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1、锅炉水化学控制技术研究热点锅炉水化学控制技术研究热点 长沙理工大学是一所以工为主,工、理、长沙理工大学是一所以工为主,工、理、管、经、文、法等多学科协调发展的多科性大管、经、文、法等多学科协调发展的多科性大学,学科专业具有鲜明的交通、电力、水利特学,学科专业具有鲜明的交通、电力、水利特色。现有专任教师色。现有专任教师18881888人,正高职称人,正高职称302302人,副人,副高职称高职称661661人,博士人,博士508508人,硕士人,硕士841841人人 。学校设有学校设有1515个教学院(部),个教学院(部),5454个本科专个本科专业,业,2 2个博士后流动站,个博士后流动站,3
2、3个一级学科博士学位个一级学科博士学位授权点,授权点,1515个二级学科博士学位授权点,个二级学科博士学位授权点,2525个个一级学科硕士学位授权点,一级学科硕士学位授权点,107107个二级学科硕士个二级学科硕士学位授权点。学位授权点。我校电厂化学(含核电化学方向)是全国设置该方我校电厂化学(含核电化学方向)是全国设置该方向的五所高校之一,应用化学专业于向的五所高校之一,应用化学专业于19851985年开始招生,年开始招生,已有已有2828届、届、20002000多人毕业生。近年来,毕业生就业率多人毕业生。近年来,毕业生就业率超过超过98%98%,研究生录取比例超过,研究生录取比例超过18%
3、18%,是教育部批准的,是教育部批准的全国特色专业。我校电厂化学在华中、华南具有一定全国特色专业。我校电厂化学在华中、华南具有一定影响与学术地位。影响与学术地位。*华中电力集团公司华中电力集团公司“动力化学研究中心动力化学研究中心”设在我校设在我校 (朱志平教授任主任)(朱志平教授任主任)*朱志平教授是中国电机工程学会电厂化学委员会委员朱志平教授是中国电机工程学会电厂化学委员会委员(全国共(全国共3535位委员)位委员)*朱志平教授是中国电力行业电厂化学标准化委员会委朱志平教授是中国电力行业电厂化学标准化委员会委员(全国共员(全国共3535位)。位)。朱志平,博士朱志平,博士/教授。教授。长沙
4、理工大学化学学院学术委员会主任长沙理工大学化学学院学术委员会主任 电力与交通材料保护湖南省重点实验室副主任电力与交通材料保护湖南省重点实验室副主任 国家火力发电工程技术研究中心理事国家火力发电工程技术研究中心理事 武汉大学应用化学学士、硕士,中南大学应用化学博士。武汉大学应用化学学士、硕士,中南大学应用化学博士。19881988年年6 6月在电力工业部西安热工研究院参加工作月在电力工业部西安热工研究院参加工作,曾主持电力,曾主持电力部重点研究课题,获部重点研究课题,获3 3项热工研究院科技进步奖。项热工研究院科技进步奖。19961996年年5 5月调入月调入长沙理工大学,长沙理工大学,主持负责
5、完成电力部科技项目、省自科基金与科主持负责完成电力部科技项目、省自科基金与科技攻关项目、华中电力集团及省电力局科研项目技攻关项目、华中电力集团及省电力局科研项目5050多项多项,主持的主持的课题获课题获湖南省科技进步奖湖南省科技进步奖2 2项、中国电力科技奖项、中国电力科技奖1 1项项;20052005年年8 8月月在日本北海道大学作访问教授在日本北海道大学作访问教授1 1年年。在。在2020多种杂志与国际会议上多种杂志与国际会议上发表论文发表论文8080多篇,多篇,3030多篇被多篇被SCISCI、EIEI收录。收录。现任长沙理工大学校学术委员会委员,中国电机工程学会高现任长沙理工大学校学术
6、委员会委员,中国电机工程学会高级会员,湖南省腐蚀与防护学会常务理事,级会员,湖南省腐蚀与防护学会常务理事,电力科学与技术电力科学与技术学报学报 、长沙理工大学学报长沙理工大学学报编委。编委。Chemical Engineering Journal、Chemosphere、Journal of Environmental Management等审稿人。等审稿人。1电站锅炉水化学工况及优化(第一),中国电力出版社,2009.42压水堆核电厂水化学工况及优化(独著),原子能出版社,2010.123火力发电厂锅炉补给水处理设计(第一),中国电力出版社,2009.9.4超临界火力发电机组化学技术(第一)
7、,中国电力出版社,2012.8.5电厂化学概论(主编),化学工业出版社,2013.3.6核电站水化学控制工况(第二),化学工业出版社,2008.8.7电化学与电力设备的腐蚀与防护(第二),中国电力出版社,2004.11.8辅控集控设备与运行(第二),中国电力出版社,2009.12.出版专著出版专著知识产权知识产权11中华人民共和国电力行业标准中华人民共和国电力行业标准 DL/T336-2010.DL/T336-2010.石英砂滤料的检测与评石英砂滤料的检测与评价价(第一第一)22火力发电厂化学数据采集与专家诊断系统火力发电厂化学数据采集与专家诊断系统(V1.0V1.0)计算机软件著作)计算机软
8、件著作权(登记号权(登记号:2010SR029731:2010SR029731)(第一第一)33电站锅炉自动加磷酸盐装置电站锅炉自动加磷酸盐装置(专利号专利号:200920311196.0)(:200920311196.0)(第一第一)44电站锅炉自动加氨装置电站锅炉自动加氨装置(专利号专利号:200920311169.3)(:200920311169.3)(第一第一)55电站锅炉自动加联氨装置电站锅炉自动加联氨装置(专利号专利号:200920311168.9)(:200920311168.9)(第一第一)66电站锅炉自动加药装置面板电站锅炉自动加药装置面板(专利号专利号:2009303174
9、92.7)(:200930317492.7)(第一第一)77凝汽器铜管硫酸亚铁自动加药装置凝汽器铜管硫酸亚铁自动加药装置(专利号专利号:201020252684.1)(:201020252684.1)(第一第一)88发电机内冷水发电机内冷水pHpH值智能控制装置值智能控制装置(专利号专利号:201020252675.2)(:201020252675.2)(第一第一)99火力发电厂闭式循环冷却水加酸自动控制装置火力发电厂闭式循环冷却水加酸自动控制装置(专利号专利号:201020252691.1)(201020252691.1)(第一第一)1010澄清池混凝剂自动加药装置澄清池混凝剂自动加药装置
10、(专利号专利号:201220077158.5)(:201220077158.5)(第一第一)内容提要内容提要一、水化学管理目标一、水化学管理目标二、锅炉水化学控制方法二、锅炉水化学控制方法三、锅炉水化学调节的理论基础三、锅炉水化学调节的理论基础四、四、AVT(R)五、五、OT六、机组水汽系统六、机组水汽系统FAC 七、七、AVT与与OT 的最新认知的最新认知八、汽轮机化学八、汽轮机化学洁洁净净煤煤技技术术燃燃气气轮轮机机可可再再生生能能源源技技术术核核能能技技术术高温气冷堆高温气冷堆应用开发应用开发快中子实验快中子实验堆建造堆建造太阳能发电太阳能发电系统系统风力发电风力发电生物质能生物质能利用
11、利用海洋和地热海洋和地热能发电能发电煤的气化煤的气化技术技术煤的液化煤的液化技术技术洁净煤发洁净煤发电技术电技术洁净煤综洁净煤综合利用新合利用新技术技术燃燃料料电电池池能源高能源高技术技术突突破破煤煤高高效效、洁洁净净、经经济济利利用用的的重重大大关关键键技技术术,优优化化终终端端能能源源结结构构,保保障障能能源源安安全全。为为实实施施能能源源多多元元化化战战略略和和逐逐步步改改善善能能源源生生产产与与消消费费结结构构提提供供技技术术支支撑撑。攻克我国先进能源动力系统的核心技攻克我国先进能源动力系统的核心技术,为开发国产燃气轮机系列产品和术,为开发国产燃气轮机系列产品和创建具有国家竞争力的国家
12、燃气轮机创建具有国家竞争力的国家燃气轮机支柱产业提供技术支撑。支柱产业提供技术支撑。为为我我国国发发展展分分散散型型发发电电和和燃燃料料电电池池电电动动车车产产业业提提供供技术支撑。技术支撑。2121世纪初我国能源高技术世纪初我国能源高技术 1880 1900 1920 1940 1960 1990 2000 2020706050403020100第一个发电厂煤粉Rankine Barrier超临界锅炉热效率(%)HHVUSCIGCCPFBC IGMCFC TC IGHATAGMCFCLegend:PFBC 增压流化床增压流化床IGCCIGCC 整体煤气化联合循环技术整体煤气化联合循环技术IG
13、HAT -Integrated gasification-humid-air turbineIGHAT -Integrated gasification-humid-air turbineIGMCFC IGMCFC 整体煤气化燃料电池整体煤气化燃料电池AGMCFC -AGMCFC -先进煤气化联合循环技术先进煤气化联合循环技术USCUSC -超超临界发电技术超超临界发电技术TCTC -Topping cycle -Topping cycle洁净煤发电技术的发展洁净煤发电技术的发展年Vision21 超超临界机组是最为先进的燃煤发电技术,具有煤超超临界机组是最为先进的燃煤发电技术,具有煤耗低、环
14、保性能好、技术含量高的特点。超超临界机组耗低、环保性能好、技术含量高的特点。超超临界机组的发电效率比我国近期主要采用的亚临界机组高出的发电效率比我国近期主要采用的亚临界机组高出10,比超临界机组高出比超临界机组高出68。我国目前运行的发电厂,平均发电效率在我国目前运行的发电厂,平均发电效率在35以下,以下,单电煤耗为单电煤耗为380克标准煤以上;克标准煤以上;我国设计生产的亚临界我国设计生产的亚临界机组的发电效率在机组的发电效率在38左右,单电煤耗约左右,单电煤耗约350克标准煤克标准煤;我国引进的超临界机组的发电效率在我国引进的超临界机组的发电效率在41左右,单电煤左右,单电煤耗约耗约310
15、克标准煤;克标准煤;以三菱、日立为代表的日本超超临以三菱、日立为代表的日本超超临界机组发电效率在界机组发电效率在48左右,单电煤耗约左右,单电煤耗约265克标准煤。克标准煤。如果采用超超临界技术发电,和我国现在运行的机组效如果采用超超临界技术发电,和我国现在运行的机组效率相比,每度电至少可以节煤率相比,每度电至少可以节煤50克,按现在的装机容量,克,按现在的装机容量,每年可节煤两亿吨。每年可节煤两亿吨。1.消除与水化学有关的锅炉管故障(BTF);2.消除汽轮机化学问题(低压缸的疲劳腐蚀、低压叶片和轮毂应力腐蚀破裂、及汽轮机中的盐类沉积问题);3.经过优化的给水处理,消除严重的流动加速腐蚀,铁和
16、铜的迁移最小化(在给水中的含量分别50%)其次是全挥发性处理(AVT)(约35%)。2)直流锅炉水化学控制方式自2006年以来也基本未变,OT是最普遍的方法。3)对流动加速腐蚀(FAC)危害的认识得到进一步提高,86%的与会者都表示在他们的电厂存在着这个问题。4)对汽包锅炉应用替代氨的情况进行了调查,8%的电厂采用了替代氨。5)对机组停机、备用、启机阶段的化学控制已经得到越来越多的认识和关注,虽然与会者在停炉保护方法作为甚微(但比以前调查有所提高)。6)与会者对连续监测腐蚀产物迁移量与腐蚀危害程度兴趣十足,尤其采用粒子监测技术监测铁腐蚀产物的迁移。7)与会者提高了对水化学费用跟踪调查的重视程度
17、,大多与会者报告的水化学费用是可信的,对优秀水化学工况应用价值的认识与理解是大多与会者的要求。Corrosion products transport monitoring两相流两相流FACFAC试验(试验(320/12.5Mpa320/12.5Mpa)锅炉管锅炉管:酸性(氯化物)腐蚀造成的氢蚀,高浓度固态碱造成的蚀,磷酸盐暂时消失和pH值降低造成的酸性磷酸盐腐蚀,腐蚀疲劳,点蚀,沉积和积垢引起的炉管过热。过热器和再热器过热器和再热器:点蚀,应力腐蚀开裂,腐蚀疲劳和剥落物。省煤器管省煤器管:点蚀,流动加速腐蚀和腐蚀疲劳。汽轮机汽轮机:腐蚀疲劳,磨(冲)蚀和腐蚀,应力腐蚀开裂,裂隙腐蚀,点蚀和沉
18、积。给水加热器给水加热器:腐蚀,腐蚀疲劳,流动加速腐蚀,点蚀和应力腐蚀开裂。除氧器除氧器:腐蚀,腐蚀疲劳,点蚀和应力腐蚀开裂。凝汽器:凝汽器:应力腐蚀开裂,点蚀和管道凹槽,壳体和管子支架的磨(冲)蚀与腐蚀。二、锅炉水化学控制方法二、锅炉水化学控制方法1.热力系统常见的腐蚀问题热力系统常见的腐蚀问题热力系统中杂质入侵、腐蚀与沉积部位热力系统中杂质入侵、腐蚀与沉积部位水化学对水化学对BTF影响影响81%(2001)61%(1997)氢脆57%(2001)37%(1997)酸性磷酸盐腐蚀25%(2001)17%(1997)腐蚀疲劳 45%(2001)43%(1997)点蚀40%(2001)7%(19
19、97)应力腐蚀开裂(SCC)28%(2001)18%(1997)碱性腐蚀11%(2001)11%(1997)2.水化学对水化学对BTF的影响的影响 2001年对年对93家电厂的普查结果家电厂的普查结果3.3.锅炉水化学控制方法锅炉水化学控制方法HPTPTCPTEPTLPT低磷酸盐-低氢氧化钠AVTOT汽包锅炉直流锅炉SG水化学AVTNWTCWT(OT)CPTAVTMPHETAETA+MPAETA+DDA铁系合金的电位铁系合金的电位pHpH图图三、锅炉水化学调节的理论基础三、锅炉水化学调节的理论基础 不论是汽包锅炉还是直流锅炉,都使用高纯水作为不论是汽包锅炉还是直流锅炉,都使用高纯水作为运行介质
20、。在这些电厂的循环系统中,一般使用碳钢运行介质。在这些电厂的循环系统中,一般使用碳钢或低合金钢材料。这些材料对腐蚀很敏感;它们之所或低合金钢材料。这些材料对腐蚀很敏感;它们之所以能够使用,是因为水和蒸汽中的腐蚀导致了保护性以能够使用,是因为水和蒸汽中的腐蚀导致了保护性氧化物层的形成。氧化物层的形成。在高温区域(不低于在高温区域(不低于200200),在钢材表面能自发),在钢材表面能自发形成一层致密均匀的磁性氧化铁保护层。不过,在低形成一层致密均匀的磁性氧化铁保护层。不过,在低温区域(不超过温区域(不超过200200),与水接触的钢材表面仍保持),与水接触的钢材表面仍保持着活性。只有在有利的流动
21、情况下,铁在高纯水中溶着活性。只有在有利的流动情况下,铁在高纯水中溶解才是受扩散控制的(这种质量迁移是由通过氧化层解才是受扩散控制的(这种质量迁移是由通过氧化层小孔的扩散来控制的)。小孔的扩散来控制的)。要保护铁在水溶液中不受腐蚀,就要把水溶液中铁要保护铁在水溶液中不受腐蚀,就要把水溶液中铁的形态由腐蚀区移到稳定区或钝化区。的形态由腐蚀区移到稳定区或钝化区。(1)还原法:)还原法:通过热力除氧并加除氧剂进行化学辅助通过热力除氧并加除氧剂进行化学辅助除氧的方法来降低水的氧化还原电位(除氧的方法来降低水的氧化还原电位(ORP),使),使铁的电极电位接近于稳定区,即铁的电极电位接近于稳定区,即AVT
22、(R)方式;方式;(2)弱氧化法:)弱氧化法:只通过热力除氧(即保证除氧器运行只通过热力除氧(即保证除氧器运行正常,允许给水中氧的浓度不超过正常,允许给水中氧的浓度不超过10g/L),而不),而不再添加其他任何除氧剂进行化学辅助除氧,使铁的再添加其他任何除氧剂进行化学辅助除氧,使铁的电极电位处于电极电位处于-Fe2O3和和Fe3O4的混合区,即的混合区,即AVT(O)方式;方式;(3)氧化法:)氧化法:通过加氧气(或其他氧化剂)通过加氧气(或其他氧化剂)的方法的方法提高水的提高水的ORP,使铁的电极电位处于,使铁的电极电位处于-Fe2O3的钝的钝化区,即加氧处理(化区,即加氧处理(OT)方式)
23、方式。三种给水处理方式的特征对比三种给水处理方式的特征对比项项目目适用的适用的给给水系水系统统ORP(SVH)/mV给给水水水水质质处处理理药药剂剂处处理效果理效果钢铁钢铁表表面氧化面氧化物物层层AVT(R)铜铁铜铁混混合系合系统统-350CC0.2S/cm氨氨+联联氨(或氨(或其他除其他除氧氧剂剂)Fe20g/LCu5g/LFe3O4AVT(O)全全铁铁系系统统0+80CC0.2S/cm空气量小于空气量小于1.699m3/(h h100MW)氨氨无无过过多的多的实实践数据践数据Fe2O3+Fe3O4OT全全铁铁系系统统+150CC0.1s/cm氨氨+氧氧FeFe5g/LFe2O3+Fe3O4
24、炉水炉水pH值与腐蚀速度关系值与腐蚀速度关系12345678910 11 12 13 14相对腐蚀相对腐蚀速度速度pH8.5 pH12.7 pH安全区域安全区域碳钢与铜合金对碳钢与铜合金对pH值的相对腐蚀速度值的相对腐蚀速度78910腐蚀速度腐蚀速度铜合金铜合金碳钢碳钢pH310下碳钢在下碳钢在HClHCl、NaOHNaOH中相对腐蚀速度中相对腐蚀速度300下下FeFe3 3O O4 4的溶解度的溶解度pH最小值后,腐蚀产物最小值后,腐蚀产物溶解在热表面,沉积在冷溶解在热表面,沉积在冷表面。表面。AVT(R)AVT(R)工况下铁氧化物形成过程工况下铁氧化物形成过程四、四、AVT(R)不同温度与
25、氨浓度下不同温度与氨浓度下Fe3O4的溶解度的溶解度炉水铁含量与炉水铁含量与pH值关系值关系给水给水AVT(R)金属表面状态()金属表面状态(1000)水冷壁管内部形成波纹状水冷壁管内部形成波纹状Fe3O4AVT(R)时高加管内表面波纹状氧化层)时高加管内表面波纹状氧化层水冷壁管内部形成波纹状水冷壁管内部形成波纹状Fe3O4*AVT(R)AVT(R)一些典型问题一些典型问题:1.给水管路(给水加热器和除氧器)和省煤器入口管中的侵蚀。给水管路(给水加热器和除氧器)和省煤器入口管中的侵蚀。2.给水腐蚀产物在锅炉给水泵中的沉积。给水腐蚀产物在锅炉给水泵中的沉积。3.腐蚀产物迁移到锅炉中,导致节流孔结
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