汽包爐水低磷酸鹽處理工藝的應(yīng)用
1 引言
在北京、天津、唐山（以下簡(jiǎn)稱京津唐）地區(qū) 的九九年度化學(xué)監(jiān)督會(huì)上，我們決定改變本地區(qū)各臺(tái)高壓及以上的汽包爐水磷酸鹽處理工藝，即由原來(lái)控制磷酸根濃度為 2-8mg/L、pH9-10，并輔加 Na2HPO4 來(lái)控制爐水 Na+與 PO4 摩爾比為 2.3-2.8的協(xié)調(diào)磷酸鹽處理工藝全部改成控制磷酸根濃度小于3mg/L、并輔以氫氧化鈉處理的低磷酸鹽處理工 藝。由99 年年初開(kāi)始到現(xiàn)在， 這一地區(qū)的各火電廠汽包鍋爐基本都采用了低磷酸鹽處理工藝。部分超高壓、亞臨界汽包爐的爐水磷酸根濃度都控制在1mg/L 以下，即控制在磷酸鹽平衡點(diǎn)濃度附近運(yùn)行， 并同時(shí)加純堿以維持爐水pH 值。天津大港發(fā)電廠兩臺(tái)意大利進(jìn)口的強(qiáng)制循環(huán)汽包爐原采用加氨和聯(lián)氨的全揮發(fā)性處理工藝，爐管沉積率一直比較大， 近幾年來(lái)，采用低磷酸鹽處理工藝，爐管沉積率大幅度下降。
2 磷酸鹽處理工藝轉(zhuǎn)換的基本原由
我國(guó)大部分地區(qū)很長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)都是采用協(xié)調(diào)磷酸鹽處理工藝，工作做得很多，為什么我們要轉(zhuǎn)換磷酸鹽處理工藝呢？我覺(jué)得基于如下幾點(diǎn)：
⑴ 基于國(guó)內(nèi)外磷酸鹽處理工藝的研究發(fā)展。
磷酸鹽處理工藝已應(yīng)用了幾十年。從應(yīng)用一開(kāi)始，人們就在研究它。隨著機(jī)組容量、參數(shù)的不斷加大，隨著補(bǔ)給水水質(zhì)的變化（鍋爐補(bǔ)給水由軟化 水改為除鹽水），磷酸鹽處理工藝得到不斷發(fā)展。 回憶起來(lái)，前后差不多運(yùn)用過(guò)五種處理工藝，在某段歷史時(shí)期，每種處理工藝都有一定的先進(jìn)性。
近 10 幾年來(lái)，國(guó)外對(duì)磷酸鹽處理工藝的應(yīng)用研究取得了重大進(jìn)展，尤其是加拿大、美國(guó)等對(duì)磷酸鹽的處理給以新的概念。加拿大提出了平衡磷酸鹽處理工藝，美國(guó)提出了低磷酸鹽處理工藝，這些工藝都經(jīng)過(guò)了多年的運(yùn)行實(shí)踐，并在理論上說(shuō)明了避免磷酸鹽暫時(shí)消失現(xiàn)象和酸性磷酸鹽腐蝕的可能性。這些成果給我們提供了借鑒作用。
在磷酸鹽處理新工藝的應(yīng)用研究方面，國(guó)內(nèi)也進(jìn)行了很多年的深入研究。比如，在多年試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，我們的國(guó)標(biāo)已將亞臨界參數(shù)的汽包鍋爐爐水磷酸鹽處理的磷酸根濃度定為0.5-3mg/L，這相同于平衡磷酸鹽處理工藝的控制標(biāo)準(zhǔn)。再如，近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)已有好幾臺(tái)汽包鍋爐應(yīng)用了低磷酸鹽處理工藝（磷酸根濃度小于 1mg/L）， 有的還進(jìn)行了超低磷酸鹽處理工藝的應(yīng)用研究（磷酸根濃度控 制在 0.1—0.5mg/L）。這些應(yīng)用研究都取得了比較成熟的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。
伴隨著國(guó)內(nèi)外的不斷探索，反復(fù)研究，爐內(nèi)磷酸鹽處理工藝的應(yīng)用已發(fā)展到了一個(gè)新的階段。應(yīng)該說(shuō)，到目前為止，我們對(duì)爐內(nèi)磷酸鹽處理工藝的 特點(diǎn)有了比較清楚地認(rèn)識(shí)，因此，我們應(yīng)該更合理、更安全地應(yīng)用。
⑵ 基于國(guó)內(nèi)的實(shí)際應(yīng)用情況。
在國(guó)內(nèi)，協(xié)調(diào)磷酸鹽處理工藝應(yīng)用時(shí)間較長(zhǎng)， 達(dá)二十多年。在協(xié)調(diào)磷酸鹽處理工藝的二十多年應(yīng)用中，我們幾乎每年都在研究它，完善它，發(fā)展它， 比如對(duì)R 值的計(jì)算、控制、修正上；在配藥濃度的調(diào)整、計(jì)算與加藥系統(tǒng)的設(shè)置等方面，全國(guó)各地做了不少工作，我們地區(qū)也如此。但在使用中出現(xiàn)了很多問(wèn)題，過(guò)去機(jī)組容量小些，問(wèn)題不是太明顯。 隨著機(jī)組容量、參數(shù)的提高，電網(wǎng)調(diào)峰力度的加大， 協(xié)調(diào)磷酸鹽處理工藝暴露出的問(wèn)題越來(lái)越多。在深度調(diào)峰（調(diào)峰負(fù)荷超過(guò) 50%）過(guò)程中，很多鍋爐都發(fā)生磷酸鹽暫時(shí)消失現(xiàn)象；有些鍋爐在較大的變動(dòng)工況下，連續(xù)好幾天測(cè)不出磷酸根，發(fā)生了嚴(yán)重的鹽類暫時(shí)消失現(xiàn)象；還有些鍋爐發(fā)生了明顯的皿狀 腐蝕，一種酸性磷酸鹽腐蝕特征。
大家知道，磷酸鹽處理主要存在著兩方面問(wèn)題：一是產(chǎn)生酸性磷酸鹽腐蝕。酸性磷酸鹽腐蝕通常發(fā)生在有汽囊或汽水冷卻不正常的部位，國(guó)外測(cè)試研究表明，發(fā)生酸性磷酸鹽腐蝕的直接原因是因?yàn)榧尤隢a2HPO4。二是發(fā)生磷酸鹽暫時(shí)消失現(xiàn)象。 在機(jī)組負(fù)荷劇烈波動(dòng)的情況下，采用磷酸鹽處理的爐水會(huì)發(fā)生鹽類暫時(shí)消失現(xiàn)象，即當(dāng)負(fù)荷劇烈增加時(shí)，爐水磷酸鹽含量大幅度降低，甚至測(cè)不出，pH 明顯升高；工況相反，負(fù)荷降低時(shí)，會(huì)出現(xiàn)暫時(shí)消失的鹽類回溶，爐水磷酸鹽含量很快增加， 爐水pH大幅度降低。 爐水在變動(dòng)負(fù)荷下的鹽類暫時(shí)消失與鹽類回溶都會(huì)導(dǎo)致磁性氧化鐵保護(hù)層的溶解， 加速爐管的腐蝕。發(fā)生磷酸鹽暫時(shí)消失現(xiàn)象的主要條件是磷酸鹽在爐水中的含量，另外還和爐管表面的清潔程度和熱負(fù)荷有關(guān)。不管爐水中Na+與PO4的摩爾比值為多少，只要爐水中含有一定量的PO4 ，都會(huì)發(fā)生磷酸鹽暫時(shí)消失現(xiàn)象。很顯然，協(xié)調(diào)磷酸鹽處理工藝不能避免所存在的這兩方面問(wèn)題。
⑶ 電網(wǎng)要求我們提高監(jiān)督管理水平。
現(xiàn)在，電網(wǎng)管理不斷加強(qiáng)，機(jī)組運(yùn)行日益穩(wěn)定， 水汽質(zhì)量也非常好，化學(xué)監(jiān)督各方面都有很大的提高。但爐管沉積率仍較高。統(tǒng)計(jì)陡河發(fā)電廠#5-#8 四臺(tái)200MW、張家口發(fā)電廠#1-#4 四臺(tái) 300MW、 下花園發(fā)電廠#1、#2 兩臺(tái)100MW 機(jī)組一個(gè)酸洗周期的爐管沉積率發(fā)現(xiàn)，沉積率數(shù)值都在20g/m2.a 以 上。這幾臺(tái)機(jī)組都是國(guó)產(chǎn)機(jī)組，沉積率比較大。其原因：首先與凝汽器的泄漏有關(guān),凝汽器泄漏在有些機(jī)組上時(shí)有發(fā)生；其次與機(jī)組啟停時(shí)的水質(zhì)變化有關(guān)，但現(xiàn)在機(jī)組運(yùn)行都比較穩(wěn)定，非停次數(shù)已少于年均1 次/臺(tái)，因此機(jī)組啟停對(duì)水質(zhì)的影響已很；最后的原因就是與爐內(nèi)采用協(xié)調(diào)磷酸鹽處理工藝有較大關(guān)系。降低爐管沉積率，應(yīng)在爐內(nèi)處理工藝方面做工作。
還有，我們現(xiàn)在要求所有機(jī)組必須做到五年以上一次大修，我們的鍋爐酸洗周期最好應(yīng)適應(yīng)這一點(diǎn)，最好在15 年以上洗一次鍋爐，這樣就要求爐管的沉積率在 20g/m2.a 以下， 否則滿足不了這樣的大修時(shí)間間隔要求。要達(dá)到這樣的要求，除抓好日常的機(jī)組啟停監(jiān)督、嚴(yán)格異常水質(zhì)處理等工作外，更重要的是要優(yōu)化我們的爐水處理、給水處理。
3 加強(qiáng)爐內(nèi)低磷酸鹽處理工藝的管理
工藝優(yōu)化，從機(jī)理上保證了爐內(nèi)處理工況的合理性、安全性、可靠性，但是否能達(dá)到預(yù)想的效果， 還有待我們的日常管理。幾年來(lái)，京津唐地區(qū)汽包鍋爐磷酸鹽處理工藝的實(shí)施基本正常，大多爐水水 質(zhì)合格率較高，大多數(shù)電廠管理較細(xì)，水質(zhì)控制十分好。實(shí)施結(jié)果，應(yīng)該說(shuō)取得了較好的效果。但有部分機(jī)組，主要是幾臺(tái)100MW 的老機(jī)組，由于運(yùn) 行條件沒(méi)有完全滿足，使?fàn)t水水質(zhì)出現(xiàn)波動(dòng)，合格率忽高忽低。下面就京津唐地區(qū)幾年來(lái)的應(yīng)用情況談如何應(yīng)用好低磷酸鹽處理工藝。
⑴.保證磷酸三鈉的純度。與協(xié)調(diào)磷酸鹽處理工藝比較，采用低磷酸鹽處理工藝后，爐水中控制的磷酸根濃度降低了很多。所以優(yōu)化了爐內(nèi)處理工藝后，可以節(jié)約可觀的藥品費(fèi)用。但磷酸根濃度降低 后，爐水的緩沖性也大幅度降低，所以采用低磷酸 鹽處理工藝后，必須提高爐水的清潔程度，盡量避 免外界雜質(zhì)對(duì)爐水的污染。為此對(duì)加入的爐水校正 藥品必須保證一定的純度級(jí)別，如加入的磷酸三鈉 要使用分析純級(jí)，不能使用工業(yè)品。采用了低磷酸 鹽處理工藝，減少了藥品用量，提高藥品純度后應(yīng) 該不會(huì)增加運(yùn)行費(fèi)用。
⑵.配制合適的加藥濃度。爐水控制的磷酸根濃 度降低后,藥箱中配制的藥液濃度也要相應(yīng)降低。采用協(xié)調(diào)磷酸鹽處理工藝時(shí)，配制的磷酸三鈉濃度一般為50g/L，而現(xiàn)在采用低磷酸鹽處理工藝后,根據(jù)我們地區(qū)的經(jīng)驗(yàn)，配制的磷酸三鈉濃度要降低至10g/L 以下。
爐水中的磷酸根濃度要求小于 3mg/L，我們地區(qū)多數(shù)汽包鍋爐控制在 0.5-2mg/L。為維持爐水的 pH 值，在磷酸根濃度降低后，還要輔以NaOH 處理。磷酸三鈉和 NaOH 不必分別配制，可在配制的磷酸三鈉藥液中，加入一定量的苛性鈉。其配制比 例一般為 Na3PO4·12H2O∶NaOH = 10∶0.3—10∶ 1。 配制的比例應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)來(lái)確定。一般情況下， 按這樣比例配制的藥液加入到爐內(nèi)，如控制磷酸根 濃度小于 2mg/L，爐水 pH 值可達(dá) 9.2—9.6， 爐水電導(dǎo)率通常為 5—15μS/m。 我們還可以根據(jù)爐水的酚酞堿度測(cè)定值來(lái)調(diào)整苛性鈉的配制比例，爐水的酚酞堿度一般控制在 0.005—0.025μmol/L。
⑶.連續(xù)均勻地進(jìn)行加藥處理。運(yùn)行加藥調(diào)整試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，要想避免發(fā)生磷酸鹽暫時(shí)消失現(xiàn)象，爐水中的磷酸根濃度要小于1mg/L， 最好在 0.6mg/L 以下。但我們目前沒(méi)有這么做，只要求將磷酸根濃度控制在一定范圍內(nèi)，控制小于 3mg/L， 即按平衡磷酸鹽處理工藝的水質(zhì)條件控制。這樣的水質(zhì)工況雖然仍存在著鹽類暫時(shí)消失現(xiàn)象，但爐水的緩沖性相對(duì)較大，適應(yīng)性強(qiáng)，同時(shí)也便于監(jiān)督控制。 如按低磷酸鹽處理水質(zhì)條件控制，磷酸根濃度控制那么小，一是要自動(dòng)加藥，要采用在線儀表監(jiān)督。但現(xiàn)在我們多數(shù)機(jī)組仍不是自動(dòng)加藥，日常水汽監(jiān)督 仍靠手工分析？渴止し治，很難控制均勻，監(jiān)督到位。二是爐水的緩沖性十分小，對(duì)于凝汽器管為銅材的老機(jī)組來(lái)說(shuō)，水質(zhì)工況很難穩(wěn)定。從我們地區(qū)許多電廠的幾年運(yùn)行工況來(lái)看，爐水磷酸根濃度 維持越穩(wěn)定，水質(zhì)工況越好。如不連續(xù)均勻地加藥， 磷酸根濃度忽高忽低，水質(zhì)工況就不好，爐水的pH 和磷酸根合格率就較低。 我們有很多汽包鍋爐都將磷酸根濃度控制在 0.5—2mg/L 范圍內(nèi)，并輔加 微量的苛性鈉處理，水質(zhì)工況比較理想。
⑷.注意機(jī)組啟停及調(diào)峰時(shí)的水質(zhì)控制。 機(jī)組在啟停過(guò)程中，負(fù)荷起伏較大，如磷酸鹽濃度控制不當(dāng)，容易發(fā)生鹽類暫時(shí)消失現(xiàn)象，給爐管帶來(lái)腐蝕危險(xiǎn)。停爐時(shí)，負(fù)荷降低，有可能發(fā)生沉積的磷酸鹽回溶，使磷酸根不斷增加，pH 大幅度下降；啟動(dòng)時(shí)，負(fù)荷上升，如爐管沉積物較多，易于發(fā)生能測(cè)不出。針對(duì)上述情況，要通過(guò)試驗(yàn)采取措施： 停爐時(shí)，提前少加或停加磷酸三鈉；啟動(dòng)時(shí)，苛性鈉的加入量應(yīng)適當(dāng)增加。
由于居民用電量大幅度增加，使電網(wǎng)供電的峰 谷差進(jìn)一步加大。為滿足電網(wǎng)的要求，機(jī)組必須深度調(diào)峰運(yùn)行。 京津唐地區(qū)大多數(shù)時(shí)候要求機(jī)組具有50%負(fù)荷調(diào)峰運(yùn)行的能力。在夏季嚴(yán)重時(shí)，要求機(jī)組后夜深調(diào)至40%的負(fù)荷運(yùn)行。 深度調(diào)峰運(yùn)行給機(jī)組的水質(zhì)工況控制帶來(lái)較大的難度，穩(wěn)定較低的磷酸根濃度，并輔以微量的苛性鈉處理，精心調(diào)整，實(shí)踐證明是可以控制好水質(zhì)的，這當(dāng)中的關(guān)鍵是通過(guò)調(diào)整保證爐水的 pH 值合格。
⑸.異常水質(zhì)按異常處理原則進(jìn)行調(diào)整。爐水磷酸根濃度降低后，爐水的緩沖性就降低，對(duì)異常水磷酸鹽暫時(shí)消失現(xiàn)象，加之水質(zhì)較差，磷酸根有可質(zhì)的適應(yīng)性就差，爐水一旦發(fā)生異常情況，如凝汽器出現(xiàn)泄漏，就要少加或停加苛性鈉處理。如果爐水水質(zhì)異常比較嚴(yán)重，就要按異常處理原則調(diào)整， 或改變處理工況，乃至停爐消缺。
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