给水处理.docx

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给水处理

给水处理

为了减轻或防止锅炉给水对金属材料的腐蚀，减少随给水带入锅炉的腐蚀产物和其它杂质，防止因采用给水减温引起混合式过热器、再热器和汽轮机积盐，就必须对给水进行处理。

对不同的给水处理方式，DL/T805.4-2004中规定了给水氢电导率、pH、溶解氧及铁、铜等控制指标，其目的是在尽可能降低给水中杂质浓度的前提下，通过控制给水中的这些化学指标，以抑制水、汽系统中的一般性腐蚀和流动加速腐蚀（flow-acceleratedcorrosion简称FAC）。

锅炉给水分低压给水和高压给水。

从凝结水泵到除氧器的给水称低压给水，从给水泵进入锅炉的给水称高压给水。

在火电厂的给水系统中金属材料主要有碳钢、不锈钢或铜合金。

无论给水水质如何，水对金属材料或多或少都有一定的腐蚀作用。

腐蚀是指材料与环境反应而引起的材料的破坏或变质，如铁生锈、不锈钢晶粒敏化、铜生成铜绿等。

如果不对给水进行处理，大多数腐蚀产物都会随给水带入锅炉，并容易沉积在热负荷较高的部位，影响热的传导，轻则缩短锅炉酸洗周期，重则导致锅炉爆管。

对给水进行处理是指向给水加入水处理药剂，改变水的成分及其化学特性，如pH值、氧化还原电位等，以降低给水系统的各种金属的综合腐蚀速率。

相比较而言，金属在纯净的中性水中的腐蚀速率往往比在弱碱性的水中高。

所以，几乎所有的锅炉给水都采用弱碱性处理。

第一节火电厂中与给水有关的概念及指标

在火电厂中，不同的压力等级的锅炉对给水水质要求是不同的。

对于同一压力等级的锅炉，不同的标准（例如，国标、行标）对给水水质要求也是不同的。

本节将有关概念及水质指标进行说明。

1压力等级的划分

在火力发电厂中，一般标准所涉及到锅炉的压力等级通常是按锅炉出口过热蒸汽的压力划分的，其划分标准以及对应的炉型、机组容量和主要用途见表7-1。

在特殊情况下，也有按汽包压力等级划分，如DL/T805.2-2004。

表7-1锅炉的压力等级的划分标准以及对应的炉型、机组容量和主要用途

锅炉压力等级

压力范围（MPa）

锅炉类型

通常与机组配备的容量

用途

低压

<2.45

汽包锅炉

不属于电力行业

以供汽为主兼发电用

中压

3.8～5.8

汽包锅炉

25MW及以下

发电与供汽

高压

5.9～12.6

汽包锅炉、少见直流锅炉

50～135MW

以发电为主兼供汽用

超高压

12.7～15.6

汽包锅炉、少见直流锅炉

200～250MW

以发电为主兼供汽用

亚临界

15.7～18.3

汽包锅炉、直流锅炉

300～660MW

发电

超临界

22.115～30

直流锅炉

500MW及以上

发电

超超临界

>30

直流锅炉

600MW及以上

发电

2汽包锅炉的产汽过程和对水质要求

2.1汽包锅炉的产汽过程

锅炉给水经省煤器加热后进入汽包内的给水分配管，经汽包下降管进入下联箱，再进入水冷壁管，吸收热量后变成汽、水混合物返回到汽包，并在汽包内经过多次汽、水分离后，蒸汽进入到过热器进一步加热至规定的温度，然后进入汽轮机做功，而在汽包内汽、水分离装置分离出来的炉水与给水一起进行再循环的产汽过程。

2.2汽包锅炉对水质要求

1）与直流锅炉相比，对锅炉给水水质要求相对较低；

2）允许炉水在产生蒸汽的过程中进行深度浓缩，但排污率不得低于0.3%；

3）是否配备凝结水精处理设备由机组容量及其它配置而定。

3直流锅炉对水质要求

所谓的直流锅炉，就是锅炉没有汽包，给水经过省煤器加热后进入给水分配联箱，然后进入水冷壁管，吸收热量后全部变成蒸汽。

直流锅炉对水质要求有以下特点：

1）与汽包锅炉相比，对锅炉给水水质要求相对较高；

2）在产生蒸汽过程中不允许炉水浓缩；

3）必须配备凝结水精处理设备。

4超临界、超超临界锅炉

水的临界参数为22.115MPa、374.15℃。

在临界参数下，水的完全汽化会在一瞬间完成，即在饱和水与饱和汽之间不再有汽、水共存的二相区。

当机组参数高于临界参数时，通常称为超临界机组。

对蒸汽动力装置循环的理论分析表明，提高循环蒸汽做功的初始参数和降低循环蒸汽的参数均可以提高循环热效率。

由于用于发电的蒸汽的最终参数已经接近于理论值，要提高循环热效率，只有提高蒸汽做功的初始参数（压力、温度）。

实际上，蒸汽动力装置的发展和进步一直是沿着提高参数的方向前进的。

超临界火电技术经十几年的发展，在不少国家推广应用并取得了显著的节能和改善环境的效果。

目前实际应用的主蒸汽压力已经达到31MPa，主蒸汽温度已经达到610℃，容量等级在300MW～1300MW均有业绩。

与同容量的亚临界火电机组的发电效率相比，在理论上采用超临界参数可以提高效率2%～2.5%，采用超超临界参数可提高约4%～5%。

目前世界上先进的超临界机组的发电效率已经超过50%。

同时，先进的大容量超临界机组具有良好的运行灵活性和适应性，大大地降低了CO2、粉尘和有害气体（主要为SOX、NOX）等污染物的排放，具有显著的环保、洁净的特点。

实际的运行业绩表明，超临界机组的运行可靠性指标已经不低于亚临界发电机组。

另外，对于洁净煤发电技术来说，超临界发电技术还具有良好的技术继承性。

正因为如此，超超临界发电技术的研究与开发越来越得到各国电力工业的重视，又进入新的一轮发展时期。

进一步发展的方向是在保持机组的可利用率、可靠性、灵活性和延长机组的使用寿命等的同时，进一步提高蒸汽的参数，从而获得更高的效率和环保性能。

第二节锅炉给水处理

1关于制定标准的有关说明

1.1制定水汽质量标准的分类原则

在标准的制订过程中，通常按各项化学指标对热力系统的重要性、可实现性进行分类。

第一类标准是对热力设备影响严重的各项化学指标，必须严格执行，否则将在短期内会对设备造成腐蚀或损坏，通常标准中以“应符合下列标准”的术语描述。

第二类标准是对热力设备影响比第一类轻，由于某种原因在短期内略微超标，对设备的正常运行影响较小的标准，通常标准中以“可参考下列指标控制”的术语描述。

第三类标准是对热力设备影响更小的一些化学指标，有些电厂经过努力是可以达到的，或国外的标准已经达到而在我国执行起来尚有一定困难，电厂可根据具体情况争取达到的标准，通常标准中以“期望值”的术语描述。

随着科学的发展，水处理技术和检测技术在不断进步，以前难以达到的“期望值”在新的标准中有可能变成标准的极限值。

1.2国家标准、行业标准和企业标准的区别

所谓的国家标准就是该标准适应于国内范围内所有行业所涉及的这一标准的内容，都应执行的标准，简称国标。

它对制造者来说是检验制造的产品是否合格的检验标准，它对用户来说是检验产品是否合格的验收标准。

国标的格式和意义如下：

以“国标”汉语拼音的每个字的第一个大写字母开头，紧跟着是一条斜杠，斜杠后面有时加T表示该标准是推荐标准，有时不加T表示是强制标准，例如涉及到国家的安全、环保、食品和卫生等都是强制标准。

在T的后面空一个字母字符后紧接着就是标准号，然后是一横杠和标准颁布的年号，例如，GB/T12145－1999，就是1999年颁布的《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》国家标准就属于推荐标准。

所谓行业标准就是该标准适应于该行业所涉及的这一标准的内容，都应执行的标准。

它是检验、规范本行业的标准，简称行标。

行标的格式和意义如下：

以本行业简称每个字的汉语拼音的第一个大写字母开头，其它与国标相同。

例如，DL/T805.2－2004，就是2004年颁布的“《火电厂汽、水化学导则》第2部分：

锅炉炉水磷酸盐处理”就属于电力行业推荐标准。

所谓企业标准就是该标准适应于该企业所涉及的这一标准的内容，都应执行的标准。

它是检验本企业的标准，简称企标或厂标。

企标的格式和意义如下：

以企业简称每个字的汉语拼音的第一个大写字母开头，其它与国标相同。

一般说，企业标准的各项指标不得低于该行业标准，行业标准的各项指标不得低于相应的国家标准。

也就是说，国家标准是最宽松的标准，企业标准是最严格的标准。

有的国家标准虽然是推荐标准，但各项指标是都应该达到的最低标准，否则，会发生各种各样问题。

1.3《火电厂汽、水化学导则》与《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》标准的区别

GB/T12145-1999《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》标准是1995年制订的，1999年颁布执行的。

该标准的各项指标比较宽松，其中很多方式、方法已经不能适应目前电力生产的需要，例如，GB/T12145-1999只列出了氨+联氨的汽包锅炉给水处理方法，而DL/T805.4-2005列出了AVT（R）、AVT（O）和OT三种处理方法；GB/T12145-1999只列出了协调磷酸盐处理方法，而DL/T805.2-2004已经不推荐使用这种方法，并提出了PT、LPT和EPT的处理方法和水质指标。

1.4锅炉给水的处理方式

目前有三种处理方式，目前AVT（R）、AVT（O）和OT这三种给水处理名称以及水质标准已经列入中华人民共和国电力行业标准DL/T805.4-2004中。

可根据机组的材料特性、炉型及给水的纯度选择不同的给水处理方式。

2AVT（R）、AVT（O）和OT的原理

2.1抑制一般性腐蚀

从可以看出，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。

可以采取以下三种方法达到此目的：

（1）还原法：

通过热力除氧并加除氧剂进行化学辅助除氧的方法以降低使铁处于α-Fe2O3的钝化区方式。

（3）弱氧化法：

只通过热力除氧（即保证除氧器运行正常）但不再加除氧剂进行化学辅助除氧，使铁处于α-Fe2O3和Fe3O4的混合区，即AVT（O）方式。

注：

水的氧化还原电位（ORP）与铁的电极电位是两个不同的概念。

ORP通常是指以银-氯化银电极为参比电极，铂电极为测量电极，在密闭流动的水中所测出的电极电位。

ORP是衡量水的氧化还原性的指标。

铁的电极电位是指以银-氯化银电极（或其他标准电极）为参比电极，铁电极为测量电极，在密闭流动的水中所测出的电极电位，是说明在水中铁表面形成的状态。

在AVT（R）方式下，由于降低了，使铁生成稳定的氧化物和氢氧化物分别是Fe3O4和Fe（OH）2。

它们的溶解度都较低，在一定程度上能减缓铁进一步腐蚀，这是一种阴极保护法。

在OT方式下，由于提高了，使铁进入钝化区，这时腐蚀产物主要是α-Fe2O3和Fe（OH）3，它们的溶解度都很低，能阻止铁进一步腐蚀，这是一种阳极保护法。

在AVT（O）方式下，由于提高幅度不大，使铁刚进入钝化区，这时腐蚀产物主要是α-Fe2O3和Fe3O4，它们的溶解度较低，其防腐效果处于OT和AVT（R）之间。

这也是一种偏向于阳极的保护法。

从以上分析可以看出，无论采用哪种给水处理方式都可以抑制水、汽系统铁的一般性腐蚀。

对于铜合金而言，氧总是起到加速腐蚀的作用。

所以，对于，应尽量采用AVT（R）方式运行。

不论在含氧量高还是低的水中，pH值在8.8～9.1的范围内，铜的腐蚀速度都最低。

2.2抑制流动加速腐蚀

在湍流无氧的条件下钢铁容易发生流动加速腐蚀（FAC），其发生过程如下：

附着在碳钢表面上的磁性氧化铁（Fe3O4）保护层直发展到最坏的情况——管道腐蚀泄漏。

FAC过程可能十分迅速，壁厚减薄率可高达mm/a以上。

例如，某电厂一台500MW的直流锅炉，在高加母管分为许多支管的弯头处，5mm厚的钢管半年就腐蚀穿透。

在火力发电厂中，金属磨损腐蚀速率取决于多个参数，其中包括：

给水化学成分、材料组成以及流体的动力学特性等。

选择适宜的给水处理方式可以减轻FAC的损害，也能使省煤器入口处的铁和铜含量达到较低水平（<2µg/L）。

对于双层氧化膜的研究表明，上层膜是不很紧密的氧化铁，特别是Fe3O4在150～200℃条件下，溶解度较高，不耐冲刷。

这就是为什么在联氨处理条件下，炉前系统容易发生水流加速腐蚀（FAC）的原因，也是为什么使用联氨处理给水含铁量高，给水系统节流孔板易被Fe3O4粉末堵塞的原因。

给水加氧处理就是为了改善这种条件。

给水采用AVT（R）和OT，其氧化膜组成的变化可用图7-2、图7-3和图7-4的对比说明。

①Fe+2H2O=Fe（OH）2+H2↑

Fe（OH）2=Fe（OH）++OH－

Fe（OH）2=Fe2++2OH－

②2Fe（OH）++2H2O=2Fe（OH）2++H2↑

③Fe（OH）++2Fe（OH）2++3OH-=Fe3O4+4H2O

图7-2采用AVT（R）的氧化膜结构示意图

形成3价铁氧化物的有关反应

4Fe2++O2+2H+=4Fe3++2OH－

2Fe2++2H2O+

O2=Fe2O3+4H+

Fe（OH）++H2O=FeOOH+2H++e－

Fe3O4+2H2O=3FeOOH+H++e－

图7-3采用OT的氧化膜结构示意图

AVT（R）方式金属表面状态（放大16倍）OT方式金属表面状态（放大16倍）

图7-4有氧处理和无氧处理对金属表面膜的影响

从上面三个图的对比可看到，采用OT后，主要是将外层的Fe3O4的间隙中以及表面覆盖上Fe2O3。

改变了外层Fe3O4层空隙率高、溶解度高，不耐流动加速腐蚀的性质。

给水采用AVT（O）所形成的氧化膜的特性介于OT和AVT（R）之间，也就是说这种给水处理方式所形成的膜的质量比OT差，但优于AVT（R）。

对于AVT（R），给水处于还原性气氛，碳钢表面生成磁性氧化膜的两个关键过程是：

1）内部形貌取向连生层的生长，受穿过氧化物中的细孔进行扩散的氧气（水或含氧离子）的控制；2）可溶性Fe2+产物溶解到了流动的水中，溶解过程受给水的pH和ORP控制。

一般而言，给水的还原性越强，在省煤器入口铁腐蚀产物的溶解度就越高。

正常AVT（R）情况下，ORP<-300mV，给水中铁腐蚀产物的含量小于10µg/L，一般不会发生FAC。

但值得注意的是，由于局部的流体处于湍流状态时，碳钢表面的磁性氧化膜（Fe3O4）会快速脱落，使得FAC发展得非常快。

但对于OT和AVT（O），则有完全不同的情形。

在非还原性给水环境中，碳钢表面被一层氧化铁水合物（FeOOH）所覆盖，它也向下渗透到磁性氧化铁的细孔中，而且这种环境有利于FeOOH的生长。

此类构成形式可产生效果有两个，一是由于氧向母材中的扩散（或进入）过程受到限制（或减弱），因而降低了整体腐蚀速率；二是减小了表面氧化层的溶解度。

因此从产生FAC的过程看，在与AVT（R）时具有完全相同的流体动力特性的条件下，FeOOH保护层在流动给水中的溶解度明显低于磁性铁垢（至少要低2个数量级）。

总的结论是：

采用OT时给水的含铁量有时能小于，并且能明显减轻或消除FAC现象。

3关于DL/T805第4部分：

锅炉给水处理标准的说明

3.1还原性全挥发处理[AVT（R）]给水质量标准及各指标的依据

3.1.1AVT（R）给水质量标准

3.1.2规定AVT（R）给水质量标准各指标的依据

1）氢电导率

标准中采用氢电导率而不用电导率，其理由是，①因为给水采用加氨处理，氨对电导率的贡献远大于杂质的贡献；②由于氨在水中存在以下的电离平衡：

NH3·H2O=NH

+OH

，经过H型离子交换后可除去NH

，并生成等量的H+，H+与OH

结合生成H2O。

由于水样中所有的阳离子都转化H+，而阴离子不变，即水样中除OH

以外，各种阴离子是以对应的酸的形式存在，是衡量除OH

以外的所有阴离子的综合指标，其值越小说明其阴离子含量越低。

由于不同的阴离子对电导率的贡献不同，所以它是一个综合指标。

例如在，35.5、SO

和59对氢电导率的贡献分别是0.426OH

以外只有

规定含油指标的主要目的是监控生产返回水是否受到污染，在正常情况下给水中的含油量应为零。

3.1.3AVT（R）的特点

在80年代以前，在世界范围内几乎所有的锅炉给水都采用AVT（R）。

对于有铜系统，总是优先采用AVT（R），对于无铜系统，如果出现给水的含铁量较高（大于10g/L）、高压加热器疏水调节阀门经常卡涩，水汽系统的弯头处有冲刷减薄等现象，不宜采用AVT（R），最好采用OT或AVT（O）。

3.2弱氧化性全挥发处理[AVT（O）]给水质量标准及各指标的依据

3.2.1AVT（O）给水质量标准

3.2.2规定AVT（O）给水质量标准各指标的依据

1）氢电导率

同AVT（R）。

AVT（R）高，其目的是提高水的ORP，使水处于弱氧化性。

此指标世界各国的规定值不同，对于大容量机组，最高为25Fe3O4和Fe2O3混合氧化膜Fe3O4为主，靠近水侧以Fe2O3为主，由于Fe2O3膜较致密并且氧化膜AVT（R）5）钠、硬度、油

同AVT（R）。

3.2.3AVT（O）的应用条件及其局限性

80年代末期，随着人们对环保意识和公共安全卫生意识的逐渐加强，对AVT（R）所使用的联氨越来越遭到置疑。

为此在世界范围内开展两方面的研究，一是开发无毒的新型除氧剂来代替联氨，二是取消除氧剂，改为弱氧化性处理，即AVT（O）。

后者更符合国际水处理的研究方向，即尽量少向水汽系统加化学药品，加药越简单越好。

我国在90年代初开始研究AVT（O），并在94年电力系统试用。

AVT（O）其实就是不加除氧剂的AVT（R）。

在该处理方式下，给水处于弱氧化性的气氛，通常ORP在0～+80mV之间。

由于OT对水质要求严格，对于没有凝结水精处理设备或凝结水精处理运行不正常的机组，给水的氢电导率难以保证小于0.15S/cm的要求，就无法采用OT。

而采用AVT（R）时，给水的含铁量又高，这时可以采用AVT（O）。

这种处理方式通常会使给水的含铁量降低，省煤器管和水冷壁管的结垢速率也相应降低。

例如，陕西某电厂50MW的机组94年采用AVT（O）至2003年7月，省煤器管的结垢量仅为72g/m2；水冷壁管的结垢量仅为190g/m2。

依此推算锅炉的酸洗周期为15～20年。

因此，除凝汽器外，无其他铜合金材料的机组，锅炉给水处理应优先采用AVT（O）。

如果有凝结水精处理设备，给水的氢电导率能保证小于0.15S/cm，最好采用OT。

如果低压给水系统含铜合金部件，一般不宜采用AVT（O），否则会使水汽系统含铜量增高。

严重时汽轮机结铜垢。

3.3给水加氧处理（OT）给水质量标准及各指标的依据

3.3.1OT给水质量标准

给水采用OT时，通常ORP>+100mV。

锅炉给水质量标准应按表7-4中的有关规定执行。

表7-4OT时锅炉给水质量标准

3.3.2规定OT给水质量标准各指标的依据

1）氢电导率

在较纯的水中，氧使钢铁表面生成致密的α-Fe2O3保护膜，起腐蚀抑制作用；在不纯的水中，氧会与其他杂质一起促进钢铁的腐蚀，起加速腐蚀作用。

对于加有氨的给水来说，水的纯度往往用氢电导率来衡量。

氧究竟起什么作用，由水的氢电导率临界值决定。

由于温度、钢铁的表面状态等因素的影响，氢电导率临界值在0.2Fe3O4Fe3O4全部转换为α-Fe2O3后，0.2。

对于汽包锅炉，实施给水加氧处理稳定运行后，虽然溶解氧量定在实施给水加氧处理稳定运行后，虽然溶解氧量定在加氧处理可在钢铁表面已经形成的Fe3O4的表面膜以及膜中的孔隙中生成致密的α-Fe2O3。

这种加氧后形成的膜在两个方面起到防腐作用。

①表面膜致密，使水和其它杂质难以通过α-Fe2O3保护膜与铁基体反应；②在Fe3O4的孔隙中形成的微小Fe2O3颗粒堵塞了Fe3O4的孔隙通道，使Fe2+扩散不出来，腐蚀性的离子难以通过空隙通道与铁的基体发生反应。

所以采用OT时，给水的含铁量通常在3g/L以下。

3g/L以下。

同AVT（R）。

汽包锅炉给水采用OT和直流锅炉的主要区别就是炉水浓缩问题，汽包锅炉炉水的蒸发和再循环可使杂质浓缩。

浓缩后的炉水，其氢电导率也随之增加，使得氧的作用由阳极钝化剂变为阴极去极化剂。

因为汽包中的炉水取样受给水的影响较大，特别是溶解氧的测量影响最大，而控制当炉水中溶解氧量过高时，就会使水冷壁管发生氧腐蚀。

因为少量氯化物就可降低钢的氧化还原电位，所以要控制进入水冷壁管的氧含量及下降管炉水中阴离子（主要是Cl-）的含量。

溶解氧量达到200～400µg/L时，Cl-浓度大于100µg/L就可使钢的氧化还原电位降到佛莱德电位以下，即可局部破坏钝化膜而产生点蚀，造成水冷壁管腐蚀。

由于测试条件的限制，一般炉水中的微量Cl-不易在线监测，所以通过监测下降管炉水的氢电导率来间接反映有害阴离子（主要是Cl-）的含量。

因此，导则对采用OT的汽包下降管炉水的氧含量和氢电导率给出了控制指标。

在25℃时，100µg/LCl-对氢电导率的贡献为1.200SO

和认为下降管炉水的氢电导率控制小于1.5S/cm为宜。

根据对汽包锅炉给水OT的研究与实践经验及研究资料，认为炉水中的溶解氧浓度越小越好，可以接受的值为10µg/L。

3.3.3OT、CWT和NWT的区别

给水加氧处理（OT）是指锅炉给水加氧的处理。

也就是说，与给水的pH值无关，可以加其他药剂调节pH值，也可以不再加任何药剂。

给水联合处理（CWT）是指锅炉给水加氧和微量氨使给水呈微碱性的氧化性处理。

中性水处理（NWT）是指锅炉给水只加氧不再加任何药剂，使水呈中性的氧化性处理。

3.3.4采用OT应具备的条件

1）水质。

机组配有凝结水精处理设备，并且能长期稳定运行。

经处理的凝结水的氢电导率能长期低于0.15µS/cm。

2）材质。

给水系统不应含有铜合金部件。

3）监测仪表。

应配置给水在线氢电导率仪和溶解氧仪。

4）增加取样点。

对于汽包锅炉应加装炉水下降管取样点，并配置炉水在线溶解氧仪和氢电导率仪。

5）安装高、低压给水加氧管路及阀门。

6）安装加氧装置。

如果采用自动加压氧装置，还应向加氧控制柜引入凝