申請日2010.04.29
公開(公告)日2010.10.06
IPC分類號C02F1/68
摘要
本發(fā)明公開了一種直流鍋爐定向氧化給水處理工藝。目前直流鍋爐給水加氧工藝存在過熱器、再熱器表面氧化皮大量脫落現(xiàn)象。本發(fā)明采用一種直流鍋爐定向氧化給水處理工藝，其特征在于對鍋爐給水進行了兩個階段的定向氧化處理，即定向氧化轉(zhuǎn)化階段和定向氧化穩(wěn)定補膜階段，采用在凝結(jié)水精處理系統(tǒng)出口加氧，氧量按傳統(tǒng)加氧工藝的要求控制，等給水管路氧化完畢進行定向氧化穩(wěn)定補膜階段時，降低氧的加入量，加入的氧僅供修補給水管道上的氧化膜。本發(fā)明保證了給水系統(tǒng)和省煤器入口管路金屬表面轉(zhuǎn)化并得到修補，降低給水含鐵量，起到了給水氧化處理的目的;保證了蒸汽中不出現(xiàn)氧，避免了過熱器、再熱器氧化皮問題。
權(quán)利要求書
1.直流鍋爐定向氧化給水處理工藝，其過程如下：經(jīng)過處理的除鹽水在蒸汽熱交換后進入鍋爐，在直流鍋爐內(nèi)吸收燃料的熱量蒸發(fā)成飽和蒸汽，蒸汽進入過熱器、再熱器系統(tǒng)進一步吸熱，再進入汽輪機推動汽輪機連帶發(fā)電機運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)熱能向機械能進而向電能的轉(zhuǎn)化，做完功的乏汽進入凝汽器經(jīng)冷卻，混合新補充的除鹽水作為鍋爐給水進行下一循環(huán)的發(fā)電運行，其特征在于對鍋爐給水進行兩個階段的定向氧化處理，即定向氧化轉(zhuǎn)化階段和定向氧化穩(wěn)定補膜階段，采用在凝結(jié)水精處理系統(tǒng)出口加氧，氧量按傳統(tǒng)加氧工藝的要求控制，等給水管路氧化完畢進行定向氧化穩(wěn)定補膜階段時，降低氧的加入量，加入的氧僅供修補給水管道上的氧化膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流鍋爐定向氧化給水處理工藝，其特征在于定向氧化轉(zhuǎn)化階段和定向氧化穩(wěn)定補膜階段的轉(zhuǎn)換點評判參數(shù)為：給水監(jiān)測點溶解氧大于加入點溶解氧濃度的95%;給水氧化還原電位長期穩(wěn)定并達到-150mv以上;給水鐵離子穩(wěn)定并小于1μg/L。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的直流鍋爐定向氧化給水處理工藝，其特征在于所述的氧化轉(zhuǎn)化階段在鍋爐給水采用AVT-O的給水處理工藝條件下實施。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的直流鍋爐定向氧化給水處理工藝，其特征在于氧化轉(zhuǎn)化階段控制給水氫電導(dǎo)率、蒸汽氫電導(dǎo)率均小于0.2μs/cm，給水溶解氧在50μg/L～300μg/L，飽和蒸汽溶解氧≤7μg/L。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的直流鍋爐定向氧化給水處理工藝，其特征在于氧化穩(wěn)定補膜階段，控制給水氫電導(dǎo)率、蒸汽氫電導(dǎo)率均小于0.15μs/cm，給水溶解氧≤10μg/L，飽和蒸汽溶解氧≤7μg/L，給水氧化還原電位≥-150mv。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的直流鍋爐定向氧化給水處理工藝，其特征在于在定向氧化穩(wěn)定補膜階段，通過調(diào)整除氧器排汽門開度控制給水溶氧含于在定向氧化穩(wěn)定補膜階段，通過調(diào)整除氧器排汽門開度控制給水溶氧含量。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的直流鍋爐定向氧化給水處理工藝，其特征在于定向氧化轉(zhuǎn)化階段和定向氧化穩(wěn)定補膜階段均采用工業(yè)在線氧化還原點位儀表、溶解氧表、氫電導(dǎo)率表進行給水、爐水和蒸汽的工況實時監(jiān)測。
說明書
直流鍋爐定向氧化給水處理工藝
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及鍋爐給水處理領(lǐng)域，具體地說是一種直流鍋爐定向氧化給水處理工藝。
背景技術(shù)
目前直流鍋爐給水處理主要采用三種工藝，即AVT-R、AVT-O以及OT。AVT-R稱為全揮發(fā)還原性給水處理工藝，即鍋爐給水采用給水加氨和聯(lián)氨來調(diào)節(jié)其化學(xué)特性;AVT-O稱為氧化性全揮發(fā)給水處理工藝，即鍋爐給水只采用加氨處理來調(diào)節(jié)其化學(xué)特性;OT稱為鍋爐給水加氧處理工藝，即鍋爐給水采用加氨和加氧來調(diào)節(jié)其化學(xué)特性。
AVT-R存在一定的缺陷，目前已為業(yè)內(nèi)公認(rèn)，主要表現(xiàn)在給水系統(tǒng)的流動加速腐蝕(簡稱FAC)控制方式上，該控制方式是通過加氨把pH值調(diào)整到9以上，并在聯(lián)氨脫氧的條件下抑制碳鋼表面膜(Fe3O4)的溶解度，防止全面腐蝕，抑制點腐蝕等局部腐蝕，以防止碳鋼腐蝕。然而在AVT-R的處理下，鍋爐熱力系統(tǒng)金屬表面會生成外層結(jié)構(gòu)疏松的Fe3O4保護膜，鐵的腐蝕產(chǎn)物不斷在熱負(fù)荷高的部位沉積，生成粗糙的波紋狀垢層，從而增加流體阻力，造成鍋爐壓差不斷上升，加大了給水泵的動力消耗。另外，由于給水中鐵堆積在鍋爐水冷壁管、高壓加熱器系統(tǒng)，部分機組在系統(tǒng)壓差達到極限值時就會發(fā)生故障。
AVT-O是在AVT-R上改良而來，該給水處理工藝除不加入除氧劑(聯(lián)氨)外，其余與AVT-R基本相同，該工藝已經(jīng)證明能在一定程度上降低腐蝕產(chǎn)物的溶解和沉積，但對FAC的抑制還是遠遠不夠，國內(nèi)有很多直流鍋爐機組采用該給水處理工藝，其給水鐵離子含量超標(biāo)現(xiàn)象非常嚴(yán)重。給水鐵離子含量表證了給水系統(tǒng)的鐵離子腐蝕溶出，直接表明了給水處理工藝對抑制FAC的作用。
正是在此種情況下，國內(nèi)外大部分直流爐機組給水系統(tǒng)采用了較為先進的給水加氧處理工藝(即OT)。鍋爐給水采用加氧處理的原理是利用給水中的溶解氧對金屬的鈍化作用，使金屬表面形成被一層氧化鐵水合物(FeOOH)所覆蓋的致密而穩(wěn)定的保護性氧化膜，以降低給水的鐵含量，防止給水系統(tǒng)的流動加速腐蝕(FAC)的發(fā)生，從而降低鍋爐管的結(jié)垢速率、減緩直流爐運行壓差的上升速度、延長鍋爐化學(xué)清洗的周期和凝結(jié)水精處理混床的運行周期。OT工藝最早由70年代的西德發(fā)展而來，90年代初美國電科院(EPRI)正式建立加氧處理的導(dǎo)則，并迅速發(fā)展起來。我國從1988年首次在望亭亞臨界燃油直流鍋爐機組上成功地進行了OT的工業(yè)試驗，取得了令人滿意的結(jié)果。據(jù)報導(dǎo)，到2000年為止，世界上已有83%以上的直流爐和5%以上的汽包爐改為OT處理。然而，OT工藝本身也存在一些爭議，主要表現(xiàn)為：
1)同一電廠同一類型的機組，實施給水加氧處理的機組出現(xiàn)了過熱器、再熱器金屬表面氧化鐵皮大量脫落的問題，而沒有實施給水加氧處理的機組氧化鐵皮脫落的情況不嚴(yán)重或沒有出現(xiàn)氧化皮脫落現(xiàn)象。
2)過熱器、再熱器金屬表面氧化鐵皮的生成主要與金屬材料以及運行溫度有關(guān)，是高溫下水和金屬直接反應(yīng)的結(jié)果，這是比較公認(rèn)的觀點。但蒸汽中有氧的情況下是否會加速氧化鐵皮的脫落或者使氧化鐵皮脫落的臨界厚度發(fā)生變化，目前還處于研究階段，沒有確切結(jié)論。
3)傳統(tǒng)給水加氧處理工藝實施過程為：先將給水系統(tǒng)氧化，然后氧化水冷壁系統(tǒng)，最后氧化過熱器和再熱器系統(tǒng)。從典型的加氧處理轉(zhuǎn)化過程看，汽水分離器見氧后直到主蒸汽的氧與汽水分離器出口氧平衡需要很長一段時間，過熱器系統(tǒng)有否消耗氧氣情況不明，有報道稱這是由于取樣管路處于氧化階段導(dǎo)致氧檢測不到，但此說法很難令人信服;如果這部分氧氣能夠?qū)⑺难趸F氧化成三氧化二鐵，那三氧化二鐵的生成量是比較大的。
4)四氧化三鐵和三氧化二鐵的膨脹系數(shù)存在很大差異，四氧化三鐵的膨脹系數(shù)大于三氧化二鐵的膨脹系數(shù)，三氧化二鐵的膨脹系數(shù)遠遠低于300系列不銹鋼。當(dāng)溫度變化劇烈時，各層之間的熱膨脹導(dǎo)致的應(yīng)力直接導(dǎo)致氧化皮剝落。
5)國內(nèi)有資料表明隨著鍋爐給水溶解氧含量的升高，剝落氧化皮中Fe2O3的含量呈現(xiàn)升高的趨勢，故鍋爐給水加氧處理有增加Fe2O3的跡象，因而有可能會增大氧化皮的剝落傾向。
發(fā)明內(nèi)容
為解決直流鍋爐機組給水系統(tǒng)流動加速腐蝕所造成的給水鐵離子含量高，使腐蝕產(chǎn)物遷移到鍋爐中導(dǎo)致的節(jié)流圈結(jié)垢、鍋爐水冷壁結(jié)垢、壓降上升和爐管過熱爆管等故障問題;同時也為避免經(jīng)典加氧OT工藝存在的過熱器、再熱器加氧后氧化皮生成和剝落的爭議問題發(fā)生，本發(fā)明提供一種直流鍋爐定向氧化給水處理工藝。
本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案實現(xiàn)：直流鍋爐定向氧化給水處理工藝，其過程如下：經(jīng)過處理的除鹽水在蒸汽熱交換后進入鍋爐，在直流鍋爐內(nèi)吸收燃料的熱量蒸發(fā)成飽和蒸汽，蒸汽進入過熱器、再熱器系統(tǒng)進一步吸熱，再進而進入汽輪機推動汽輪機連帶發(fā)電機運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)熱能向機械能進而向電能的轉(zhuǎn)化，做完功的乏汽進入凝汽器經(jīng)冷卻，混合新補充的除鹽水作為鍋爐給水進行下一循環(huán)的發(fā)電運行，其特征在于對鍋爐給水進行了兩個階段的定向氧化處理，即定向氧化轉(zhuǎn)化階段和定向氧化穩(wěn)定補膜階段。
本發(fā)明之所以設(shè)計兩階段處理的原因為：給水加氧處理解決的是給水管路的流動加速腐蝕問題，不是為了解決水冷壁或蒸汽系統(tǒng)金屬的腐蝕問題，因此可以考慮采用定向控制將給水系統(tǒng)氧化后降低給水系統(tǒng)的氧，加入的氧僅供修補給水管道上的氧化膜;而蒸汽中不出現(xiàn)氧，蒸汽的品質(zhì)與不加氧的機組沒有區(qū)別。在實施本發(fā)明時，定向氧化轉(zhuǎn)化階段采用在凝結(jié)水精處理系統(tǒng)出口加氧，氧量按傳統(tǒng)加氧工藝(OT工藝)的要求控制，等給水管路氧化完畢進行定向氧化穩(wěn)定補膜階段時，將氧的加入量降低，控制省煤器入口氧含量小于10μg/L。
本發(fā)明定向氧化轉(zhuǎn)化階段和定向氧化穩(wěn)定補膜階段的轉(zhuǎn)換點評判參數(shù)為：給水監(jiān)測點溶解氧大于加入點溶解氧濃度的95%，給水氧化還原電位(ORP)長期穩(wěn)定并達到-150mv以上，給水鐵離子穩(wěn)定并小于1μg/L。在滿足以上三重標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，可以實現(xiàn)由定向氧化轉(zhuǎn)化階段向定向氧化穩(wěn)定補膜階段轉(zhuǎn)化，之后的給水處理運行按定向氧化穩(wěn)定補膜階段要求進行。
本發(fā)明的定向氧化轉(zhuǎn)化階段須在鍋爐給水采用AVT-O的給水處理工藝條件下實施，給水AVT-O處理時，只采用給水加氨調(diào)節(jié)pH值，不加入除氧劑(聯(lián)氨)有助于實施定向氧化過程中的加氧轉(zhuǎn)化，即加入的氧直接參與金屬氧化物的轉(zhuǎn)化工作，而避免消耗在除氧劑上。
本發(fā)明的定向氧化轉(zhuǎn)化階段中，控制給水氫電導(dǎo)率、蒸汽氫電導(dǎo)率均小于0.2μs/cm，給水溶解氧在50μg/L～300μg/L，飽和蒸汽溶解氧≤7μg/L。給水氫電導(dǎo)率、蒸汽氫電導(dǎo)率小于0.2μs/cm有助于高溶解氧狀態(tài)下的金屬腐蝕控制;為實現(xiàn)給水系統(tǒng)快速、穩(wěn)定實現(xiàn)金屬氧化膜的轉(zhuǎn)化工作，控制給水溶解氧在50μg/L～300μg/L;同時為了避免過熱器、再熱器氧化皮因加氧而引起的爭議問題，控制飽和蒸汽溶解氧≤7μg/L，保持過熱器、再熱器運行在AVT-O工藝的參數(shù)狀態(tài)下。
本發(fā)明的定向氧化穩(wěn)定補膜階段中，控制給水氫電導(dǎo)率、蒸汽氫電導(dǎo)率均小于0.15μs/cm，給水溶解氧≤10μg/L，飽和蒸汽溶解氧≤7μg/L。定向氧化穩(wěn)定補膜階段是定向氧化轉(zhuǎn)化階段后需要長期進行的階段，其給水氫電導(dǎo)率、蒸汽氫電導(dǎo)率、給水溶解氧和飽和蒸汽溶解氧控制均為正常運行控制指標(biāo)。
本發(fā)明的定向氧化穩(wěn)定補膜階段中，調(diào)整除氧器排汽門開度控制給水溶氧含量作為外部加氧工作的補充，在控制給水溶解氧≤10μg/L的前提下，盡量使給水溶解氧含量接近10μg/L。
本發(fā)明定在向氧化轉(zhuǎn)化階段和定向氧化穩(wěn)定補膜階段均采用工業(yè)在線氧化還原點位儀表、溶解氧表、氫電導(dǎo)率表進行給水、爐水和蒸汽的工況實時監(jiān)測。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果來判斷水質(zhì)情況并進行及時的水質(zhì)調(diào)整，使得水質(zhì)參數(shù)滿足給水系統(tǒng)定向氧化處理的要求。
與傳統(tǒng)的直流鍋爐給水處理工藝(AVT-R、AVT-O、OT)相比，本發(fā)明采用了定向氧化給水處理技術(shù)，并將定向氧化技術(shù)分解為定向氧化轉(zhuǎn)化階段和定向氧化穩(wěn)定補膜階段，在保證本發(fā)明所需要的水汽參數(shù)條件下，具備超越給水處理技術(shù)的優(yōu)點，并具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。
本發(fā)明具有的優(yōu)點：
1)保證給水系統(tǒng)和省煤器入口管路金屬表面轉(zhuǎn)化并得到修補，降低給水含鐵量，起到了給水氧化處理的目的。
2)保證蒸汽中不出現(xiàn)氧，不存在傳統(tǒng)氧化處理方式下過熱器可能消耗一部分氧的問題，避免了過熱器、再熱器氧化皮問題與加氧是否有關(guān)的爭議。
3)不改變蒸汽的品質(zhì)，使蒸汽參數(shù)符合全揮發(fā)處理的要求。
4)可以與傳統(tǒng)加氧方式(OT)進行比較，驗證蒸汽中的氧對過熱器、再熱器氧化鐵皮的脫落是否有關(guān)。
本發(fā)明具有的經(jīng)濟效益和社會效益：
1)給水系統(tǒng)的流動加速腐蝕(FAC)得到有效抑制，腐蝕導(dǎo)致的鐵離子含量明顯降低，汽水品質(zhì)提高。
采用本發(fā)明后，給水系統(tǒng)的鐵離子含量明顯小于AVT-R和AVT-O處理技術(shù)工況，較AVT處理工況，鐵離子降低70%以上，汽水品質(zhì)有了很大的提高。給水系統(tǒng)鐵離子的減少說明凝結(jié)水、給水系統(tǒng)的金屬腐蝕得到有效抑制。
2)采用定向氧化給水處理技術(shù)后，機組停機保護工作變得簡單，停機階段只需熱爐烘干，無需其他保護措施，節(jié)省大量停機保戶費用，同時停機階段的金屬腐蝕明顯減輕，機組啟動時水沖洗時間縮短，沖洗用水量得到大大節(jié)省。
3)避免過熱器、再熱器氧化皮問題和加氧(OT)處理關(guān)系的爭論，徹底避免因加氧可能引起的氧化皮剝落而導(dǎo)致爆管停機的問題，徹底避免機組因加氧導(dǎo)致的非正常停機的風(fēng)險。
4)精處理裝置周期制水量大幅增加，運行周期延長。
相比AVT-R的水處理工藝，凝結(jié)水精處理設(shè)備運行周期延長近一倍，相應(yīng)的廢水處理和排放減少一半，同時再生藥品的消耗也減少一半，經(jīng)濟效益和環(huán)保效益均較為突出。
5)節(jié)省水處理藥劑費用
除節(jié)省凝結(jié)水精處理再生和廢水處理的藥劑費用外，相比AVT-R節(jié)省了大量的除氧劑聯(lián)氨的藥品費用，相比OT處理耗氧量也大幅減少。
6)鍋爐水冷壁等受熱面結(jié)垢風(fēng)險降低，酸洗周期延長，運行爐壓減小明顯，確保機組安全穩(wěn)定高效的運行。
由于給水系統(tǒng)的鐵離子含量得到有效控制，沉積到鍋爐水冷壁等受熱面的積垢產(chǎn)物也相應(yīng)減少，鍋爐的結(jié)垢速率大幅下降，鍋爐的酸洗周期得到延長，經(jīng)濟效益明顯，同時由于結(jié)垢得到有效控制，運行爐壓減小，廠用電耗也得到有效節(jié)省，沉積物的有效控制也是的鍋爐水冷壁管局部過熱爆管的風(fēng)險大大降低，機組的運行安全得到進一步的保證。
