300MW及以上汽包鍋爐爐水氫氧化鈉處理工藝分析

馬玉萍，馬東偉

（1.華能邯峰電廠，河北 邯鄲 056200；2.國網(wǎng)河北省電力公司電力科學(xué)研究院，石家莊 050021）

300MW及以上汽包鍋爐爐水氫氧化鈉處理工藝分析

馬玉萍1，馬東偉2

（1.華能邯峰電廠，河北 邯鄲 056200；2.國網(wǎng)河北省電力公司電力科學(xué)研究院，石家莊 050021）

在比較不同爐水處理工藝的基礎(chǔ)上，提出氫氧化鈉處理更適用于300MW以上汽包鍋爐的觀點(diǎn)，分析氫氧化鈉處理的工藝特性、指標(biāo)控制、運(yùn)行控制等，介紹該方法在2個(gè)典型電廠的應(yīng)用情況和效果，認(rèn)為汽包鍋爐爐水的氫氧化鈉化學(xué)處理可維持爐水pH值穩(wěn)定性及緩沖性，減緩熱力系統(tǒng)鹽類沉積與腐蝕，但仍存在不能消除爐水中的硬度離子等問題。

汽包鍋爐；爐水；氫氧化鈉；pH值

1 概述

DL／T 805－2004《火電廠汽水化學(xué)導(dǎo)則》［1］的“鍋爐爐水磷酸鹽處理（PT）”部分和“汽包鍋爐爐水氫氧化鈉處理（CT）”部分給出了汽包鍋爐爐水化學(xué)處理的范圍、總則及加藥控制。對于無銅系統(tǒng)機(jī)組，利用該導(dǎo)則進(jìn)行給水處理后，鍋爐給水的含鐵量有所降低，省煤器、水冷壁的結(jié)垢速率降低，適當(dāng)調(diào)整給水堿化劑（氨水）加藥量，以保持爐水pH值在規(guī)定范圍，可實(shí)施爐水全揮發(fā)處理（AVT）。

爐水磷酸鹽處理包括常規(guī)磷酸鹽處理（NPT）、低磷酸鹽（LPE）和平衡磷酸鹽處理（EPT），任何一種磷酸鹽處理均有可能發(fā)生磷酸鹽隱藏現(xiàn)象，有些鍋爐還可能發(fā)生酸性磷酸鹽腐蝕，少數(shù)鍋爐的過熱器及汽輪機(jī)還發(fā)生積鹽現(xiàn)象。

爐水氫氧化鈉化學(xué)處理主要是抑制酸性氯化物的氫脆腐蝕，維持一定量的爐水pH值。據(jù)國外資料介紹，在高濃度、高熱負(fù)荷工況下爐水氫氧化鈉不存在“隱藏”風(fēng)險(xiǎn)，低氫氧化鈉濃度可以減少蒸汽的攜帶量，保持?jǐn)y帶系數(shù)小于0.2%。

爐水全揮發(fā)處理不加入任何固體物質(zhì)，因此該處理方式中含鹽量最低，能徹底解決鍋爐過熱器、再生器和汽輪機(jī)通流部件鹽類沉積。但由于氨的揮發(fā)性高，爐水全揮發(fā)處理時(shí)爐水的pH值一般比給水的pH值低0.1～0.4，控制偏低。爐水全揮發(fā)處理最大缺點(diǎn)是爐水緩沖性差，對腐蝕性陰離子（氯離子和硫酸根離子）所引起的酸性腐蝕、氫脆腐蝕沒有擬制作用，因此必須嚴(yán)格控制氯離子和硫酸根離子的含量，爐水氫電導(dǎo)率必須小于1.5μS／cm。

爐水氫氧化鈉化學(xué)處理能夠提高汽包爐爐水的緩沖性和pH值的穩(wěn)定性，防止氯離子對氧化膜的破壞，而且氫氧化鈉不容易出現(xiàn)隱藏現(xiàn)象，可有效避免蒸汽攜帶雜質(zhì)造成汽輪機(jī)通流部件鹽類沉積的問題，適用于300MW及以上汽包鍋爐的爐水處理。

2 爐水氫氧化鈉處理的工藝特性

2.1 原理及目的

氫氧化鈉在水中電離出氫氧根，氫氧根中的氧和金屬氧化膜最外側(cè)的原子因化學(xué)吸附而結(jié)合，從而改變了金屬／溶液界面的結(jié)構(gòu)，提高了陽極反應(yīng)的活化能，使腐蝕介質(zhì)同金屬的化學(xué)反應(yīng)速度顯著降低。由于氫氧根在吸附過程中排擠原來吸附在金屬表面的水分子層，能降低金屬的離子化傾向，因此，氫氧根的吸附作用使得金屬保持非活性狀態(tài)。同時(shí)，由于氫氧化鈉與氧化鐵形成了二價(jià)和三價(jià)鐵的羥基絡(luò)合物，使金屬表面形成致密的保護(hù)膜。在熱傳導(dǎo)狀態(tài)下，氧氣與中性氯化鈉產(chǎn)生復(fù)合反應(yīng)生成鹽酸，鹽酸可以導(dǎo)致氫脆發(fā)生（只有在氧氣和氯化鈉濃度超過臨界值時(shí)發(fā)生氫脆），在爐水中加入少量的氫氧化鈉，由于氫氧化鈉具有中和酸性物質(zhì)的能力，使氯化物的濃度降低而減少酸性氫脆腐蝕［2］。

爐水采用氫氧化鈉化學(xué)處理的目的在于使?fàn)t水中保持適量氫氧化鈉濃度，擬制因凝汽器泄漏造成爐水氯離子含量增加而產(chǎn)生氫脆腐蝕的危險(xiǎn)。同時(shí)，爐水采用氫氧化鈉處理是解決爐水pH值降低的有效方法之一。

2.2 氫氧化鈉處理效果

a.適量的氫氧化鈉可降低進(jìn)入熱力系統(tǒng)的雜質(zhì)濃度，減少汽包鍋爐水側(cè)產(chǎn)生腐蝕及沉積物。

b.低氫氧化鈉濃度可減少蒸汽的攜帶量，保持?jǐn)y帶系數(shù)小于0.2%。GB／T 12145－2008《火力發(fā)電機(jī)組及蒸汽動力設(shè)備水汽質(zhì)量》［3］規(guī)定，蒸汽鈉的質(zhì)量濃度最大不超過5μg／L，以減少在奧氏體鋼（如過熱器、再熱器及汽輪機(jī)）的沉積并產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。

3 爐水氫氧化鈉處理的指標(biāo)控制

氫氧化鈉處理爐水的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（單段蒸發(fā)的鍋爐），見表1。其中，爐水氫氧化鈉控制下限值應(yīng)通過試驗(yàn)確定，其余控制指標(biāo)按照GB／T 12145－2008確定；汽包爐應(yīng)用給水加氧處理時(shí)氯離子的質(zhì)量濃度控制在不大于0.15mg／L；汽包爐應(yīng)用給水加氧處理時(shí)氫氧化鈉的質(zhì)量濃度控制在不大于0.4～0.8mg／L；pH值和電導(dǎo)率在25℃的環(huán)境下測定。

表1 氫氧化鈉處理爐水的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

3.1 氫電導(dǎo)率控制

氫電導(dǎo)率是衡量熱力系統(tǒng)汽水品質(zhì)含雜質(zhì)程度的重要指標(biāo)。通常應(yīng)控制凝結(jié)水、給水及爐水的氫電導(dǎo)率在一定范圍內(nèi)。

a.凝結(jié)水精處理高速混床出水氫電導(dǎo)率應(yīng)小于0.15μS／cm，期望控制值0.10μS／cm。鈉離子和氯離子的質(zhì)量濃度小于3μg／L，當(dāng)氫電導(dǎo)率、鈉離子和氯離子超標(biāo)時(shí)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行再生。

b.給水氫電導(dǎo)率在正常運(yùn)行時(shí)應(yīng)小于0.2μS／cm，期望控制值為0.15μS／cm。給水電導(dǎo)率控制范圍5.0～12.0μS／cm。在正常運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行人員調(diào)整加氨泵的行程或頻率使給水的電導(dǎo)率控制在6.0～8.5μS／cm。

c.爐水氫電導(dǎo)率維持在標(biāo)準(zhǔn)控制范圍內(nèi)，大于標(biāo)準(zhǔn)控制值時(shí)應(yīng)查找原因，同時(shí)通過增加鍋爐連排流量，控制爐水電導(dǎo)率及pH值。

3.2 給水pH值控制

精處理出口母管、給水出口pH值的控制范圍為9.2～9.6，期望控制范圍為9.3～9.5，通過精處理出口一級加氨方式來實(shí)現(xiàn)。由于給水pH值的準(zhǔn)確測定比較困難，一般通過測定并控制給水的直接電導(dǎo)率，來控制其pH值。pH值（25℃）＝8.57＋log SC，NH3＝（13.2×SC2＋62.7×SC）×10－3mg／L，其中，SC為直接電導(dǎo)率（25℃）。

3.3 爐水pH值控制

a.爐水純氫氧化鈉化學(xué)處理。凝結(jié)水精處理運(yùn)行正常工況下，爐水選擇純氫氧化鈉處理，pH值控制范圍為9.0～9.6，期望控制范圍為9.2～9.5，使用爐水磷酸鹽加藥系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)爐水加氫氧化鈉。

b.氫氧化鈉＋低磷酸鹽協(xié)調(diào)化學(xué)處理。機(jī)組啟動后（大、小修后啟動運(yùn)行1周內(nèi)），精處理部分旁路及凝汽器存在微漏（凝結(jié)水氫電導(dǎo)率小于0.3μS／cm）時(shí)，可以向爐水加入適量的磷酸鹽，實(shí)施爐水低磷酸鹽＋氫氧化鈉處理。pH值控制范圍為9.0～9.6。

4 爐水氫氧化鈉處理的運(yùn)行控制

a.機(jī)組啟動時(shí)應(yīng)開啟鍋爐底部定期排污門，排去爐內(nèi)腐蝕產(chǎn)物。

b.機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，化學(xué)運(yùn)行人員應(yīng)根據(jù)爐水氫電導(dǎo)率情況，及時(shí)通知集控運(yùn)行人員增加或減少鍋爐連續(xù)排污量。若爐水氫電導(dǎo)率突然升高較快，說明精處理高速混床接近失效，已經(jīng)開始釋放氯離子，此時(shí)應(yīng)加大鍋爐排污，同時(shí)投運(yùn)氫型運(yùn)行混床或精處理全流處理。

c.當(dāng)爐水電導(dǎo)率和pH值突然升高較快，即使停止?fàn)t水加藥，其pH值和電導(dǎo)率指標(biāo)仍然升高，這種情況是因?yàn)榫幚砺┾c量超過漏氯量，此時(shí)應(yīng)停爐水加藥泵，加大鍋爐排污，切換精處理高速混床。

d.機(jī)組正常運(yùn)行且凝汽器無泄漏時(shí)，精處理混床根據(jù)爐水電導(dǎo)率和pH值情況，確定氫型或銨型方式運(yùn)行。凝汽器泄漏以及機(jī)組檢修啟動時(shí)，精處理混床必須以氫型方式運(yùn)行。

e.根據(jù)爐水pH值、電導(dǎo)率的變化情況對磷酸鹽加藥泵（氫氧化鈉）進(jìn)行檢查和調(diào)整。

f.爐水氫氧化鈉和磷酸鹽＋氫氧化鈉2種處理方式下，游離氫氧化鈉的質(zhì)量濃度上限為1mg／L，對應(yīng)的鈉離子的質(zhì)量濃度為575μg／L，所以當(dāng)精處理無漏鈉時(shí)爐水鈉含量一般應(yīng)該小于此值，爐水鈉離子應(yīng)該定期使用取樣用鈉表測定一次。

g.爐水的氯離子、硫酸根離子等陰離子應(yīng)該每半年使用取樣用離子色譜法測定一次，氯離子和硫酸根離子的質(zhì)量濃度應(yīng)小于250μg／L。

h.機(jī)組計(jì)劃停機(jī)，提前24h停止向爐水加氫氧化鈉或磷酸鹽，同時(shí)提高精處理出口加氨量使給水的pH值在9.4～9.6（直接電導(dǎo)率6～12μS／cm）；機(jī)組非計(jì)劃停機(jī)，立即停止向爐水加氫氧化鈉或磷酸鹽，同時(shí)提高精處理出口加氨量盡量使給水的pH值在9.4～9.6（直接電導(dǎo)率6～12μS／cm）。

5 應(yīng)用實(shí)例分析

A電廠為4臺660MW亞臨界機(jī)組，1號機(jī)組投產(chǎn)初期爐水實(shí)施低磷酸鹽處理，在爐水品質(zhì)合格的前提下，蒸汽鈉的質(zhì)量濃度最大為300μg／L，正常值為30～50μg／L；氫電導(dǎo)大于0.3μS／cm。由于磷酸鹽處理在高負(fù)荷時(shí)容易發(fā)生鹽類暫時(shí)消失現(xiàn)象，為維持爐水指標(biāo)，需要不斷的投加磷酸鹽，造成爐水含鹽量增大。基于飽和蒸汽對爐水磷酸鹽機(jī)械攜帶及溶解攜帶，致使蒸汽指標(biāo)超標(biāo)、汽輪機(jī)高壓缸葉片嚴(yán)重積鹽。實(shí)施氫氧化鈉處理后爐水、蒸汽指標(biāo)全部達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，水冷壁結(jié)垢、汽輪機(jī)積鹽均得到很好的改善。5年后A修檢查結(jié)果為，省煤器結(jié)垢速率10.26g／（m2·a），水冷壁平均35.12g／（m2·a），過熱器30.92g／（m2·a），均達(dá)到DL／T 1115－2009《火力發(fā)電廠機(jī)組大修化學(xué)檢查導(dǎo)則》總體評價(jià)一類。

B電廠為2臺330MW亞臨界機(jī)組，1號、2號機(jī)組投產(chǎn)初期爐水實(shí)施低磷酸鹽處理，爐水控制指標(biāo)為：pH值9.0～9.7，磷酸鹽的質(zhì)量濃度0.5～3.0 mg／L，電導(dǎo)率≤40μS／cm，Cl的質(zhì)量濃度≤0.5 mg／L，運(yùn)行過程中爐水pH值指標(biāo)經(jīng)常存在偏低的情況，而且爐水電導(dǎo)率較高可達(dá)到25～40μS／cm，3年之后進(jìn)行A修發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)葉片積鹽量較大，之后對爐水實(shí)施氫氧化鈉化學(xué)處理。

實(shí)施氫氧化鈉處理后熱力系統(tǒng)汽水品質(zhì)滿足標(biāo)準(zhǔn)，水冷壁結(jié)垢及汽輪機(jī)積鹽均在一類控制范圍內(nèi)。具體指標(biāo)為，省煤器結(jié)垢速率24.14g／（m2·a），水冷壁平均結(jié)垢速率32.45g／（m2·a），過熱器結(jié)垢速率30.17g／（m2·a），均達(dá)到DL／T 1115－2009總體評價(jià)一類。

6 氫氧化鈉處理應(yīng)用效果及存在的問題

6.1 應(yīng)用效果

6.1.1 維持爐水pH值穩(wěn)定性及緩沖性

爐水氫氧化鈉化學(xué)處理在維持爐水緩沖性和pH值穩(wěn)定性方面有明顯的優(yōu)點(diǎn)。氫氧化鈉除了提供堿度維持pH值外，還可以擬制氯離子對氧化膜的破壞。對配有全流量凝結(jié)水除鹽設(shè)備的機(jī)組，給水中不可能有鈣離子，而精處理經(jīng)常由于分離、再生及銨型方面運(yùn)行的問題有氯離子泄漏，爐水氫氧化鈉化學(xué)處理是佳選擇。

與AVT相比，爐水采用氫氧化鈉化學(xué)處理時(shí)，爐水中氫電導(dǎo)率控制較高，可以減少鍋爐排污量，繼而降低熱力系統(tǒng)水汽損失及熱量損失。

6.1.2 減緩熱力系統(tǒng)鹽類沉積與腐蝕

與磷酸鹽相比，氫氧化鈉不容易出現(xiàn)隱藏問題，在適宜的濃度范圍內(nèi)不會帶來其他副作用。采用氫氧化鈉化學(xué)處理后爐水不含磷酸根，可避免蒸汽攜帶磷酸鹽造成汽輪機(jī)高壓鋼磷酸鹽沉積的問題。對于配有旁路凝結(jié)水精處理設(shè)備的機(jī)組，由于凝結(jié)水不能100%進(jìn)行除鹽處理，給水中可能存有一定的鈣硬度（凝汽器微量泄漏），爐水采用氫氧化鈉處理時(shí)還需要加入適量磷酸鹽，正常情況下保持爐水中磷酸根的質(zhì)量濃度在0.3～0.6mg／L，游離氫氧化鈉的質(zhì)量濃度小于1mg／L，防止因凝汽器微量泄漏，導(dǎo)致汽水系統(tǒng)結(jié)垢腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)。

6.2 存在的問題

a.不能消除爐水中的硬度離子。與磷酸鹽相比，氫氧化鈉不能與硬度成分發(fā)生反應(yīng)生成水渣并隨鍋爐排污除去，如果爐水中有硬度成分只能通過加強(qiáng)鍋爐排污或停機(jī)處理。

b.可能發(fā)生苛性脆化。如果水冷壁有孔狀腐蝕，即使氫氧化鈉濃度不超標(biāo)也可能發(fā)生苛性脆化，如果爐水中氫氧化鈉的質(zhì)量濃度超過3mg／L，不管水冷壁表面狀態(tài)如何，都有發(fā)生苛性脆化的危險(xiǎn)，應(yīng)謹(jǐn)慎使用。

c.對給水水質(zhì)要求嚴(yán)格。采用氫氧化鈉處理時(shí)，給水氫電導(dǎo)率（25℃）通常應(yīng)小于0.20μS／cm，比磷酸鹽處理要求嚴(yán)格。

7 結(jié)論

300MW及以上汽包鍋爐熱力系統(tǒng)汽水指標(biāo)控制較高，爐水化學(xué)處理工藝效果將直接影響水冷壁設(shè)備的結(jié)垢、腐蝕及熱力系統(tǒng)積鹽結(jié)垢，影響機(jī)組效率及設(shè)備安全性，宜選用氫氧化鈉化學(xué)處理。

a.氫氧化鈉處理工藝極大的降低因化學(xué)加藥帶入的雜質(zhì)含量，有效提高爐水純度及pH值，機(jī)組負(fù)荷波動工況不會發(fā)生鹽類消失現(xiàn)象，有效減緩熱力系統(tǒng)腐蝕及攜帶積鹽。

b.調(diào)研統(tǒng)計(jì)及分析顯示，采用氫氧化鈉處理后鍋爐結(jié)垢與腐蝕一般在一類控制范圍內(nèi)，熱力系統(tǒng)汽水品質(zhì)滿足國標(biāo)GB／T 12145－2008及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL／T 805.3－2004。

c.在凝汽器不泄漏或精處理系統(tǒng)全流投入運(yùn)行時(shí)，爐水采用氫氧化鈉處理并嚴(yán)格按照氫氧化鈉處理控制標(biāo)準(zhǔn)；當(dāng)凝汽器微量泄漏或精處理系統(tǒng)旁流運(yùn)行時(shí)，考慮爐水處理按照低磷酸鹽＋氫氧化鈉處理方式，建議控制爐水pH值為9.20～9.60，氫電導(dǎo)率小于3μS／cm（最好小于1.0μS／cm），電導(dǎo)率在6～15μS／cm范圍內(nèi)。

d.氫氧化鈉處理爐水排污率相對較小，機(jī)組補(bǔ)水率及熱耗率均相應(yīng)降低。

［1］DL／T 805－2004，火電廠汽水化學(xué)導(dǎo)則［S］.

［2］孫本達(dá)，電力系統(tǒng)水處理培訓(xùn)教材［M］.北京：中國電力出版社，2009.

［3］GB／T 12145－2008，火力發(fā)電機(jī)組及蒸汽動力設(shè)備水汽質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)［S］.

本文責(zé)任編輯：齊勝濤

Technique Analysis on Sodium Hydroxide Treatment of 300MW and Above Drum Boiler Water

Based on comparison with vary boiler water treatment techniques，this paper advances the thought that sodium hydroxide treatment can use for 300MW drum boiler，analyzes the characteristics，index control，operation control of treatment，introduces the application condition and effects，considers that the treatment method can the keep stability and bufferring of water pH，reduce the deposition and corrosion of salt in heating system，but there are the problem not to eliminate the rigidity ion in boiler water.

drum boiler；water；sodium hydroxide；pH

1001-9898（2014）05-0051-04

2014-04-24

馬玉萍（1965—），女，高級工程師，主要從事電廠化學(xué)技術(shù)及工程管理工作。

TM621.2

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