水、汽系統(tǒng)及鍋爐設(shè)備的防腐、防垢

爐內(nèi)水處理及化學(xué)監(jiān)督第一章給水系統(tǒng)金屬的

腐蝕及其防止第一節(jié)水汽介質(zhì)在熱力系統(tǒng)的運(yùn)行1.水汽循環(huán)系統(tǒng)：做功排汽—凝汽器—凝結(jié)水泵—低壓加熱器—除氧器—高壓加熱器—省煤器—爐本體—過(guò)熱器—汽輪機(jī)—凝汽器。2.給水系統(tǒng)是指凝汽器出口至省煤器入口的水系統(tǒng)，為了敘述方便，將凝泵至除氧器出口稱(chēng)為凝結(jié)水系統(tǒng)或低壓給水系統(tǒng)；將除氧器出口至省煤器入口稱(chēng)為給水系統(tǒng)或高壓給水系統(tǒng)。3.鍋爐型式：鍋爐分為自然循環(huán)爐和強(qiáng)制循環(huán)爐。自然循環(huán)爐的工作原理：水在水冷壁上升管吸收燃料燃燒的熱量，變成汽水混合物，其密度總是小于下降管液態(tài)水的密度，在水冷壁上升管和下降管組成的U型管中，汽水不斷的循環(huán)。

強(qiáng)制循環(huán)爐：由于蒸汽壓力>17.6MPa，水和汽水混合物的密度差很小，為了增強(qiáng)汽水的流動(dòng)性，在下降管和上升管之間裝設(shè)有循環(huán)泵強(qiáng)迫循環(huán)。

第二節(jié)給水金屬的腐蝕1、基本概念（1）腐蝕金屬材料在周?chē)橘|(zhì)的作用下，由于化學(xué)或電化學(xué)過(guò)程使金屬發(fā)生損壞或破壞，稱(chēng)為腐蝕。按照腐蝕過(guò)程中有無(wú)電流產(chǎn)生可分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。P415在給水系統(tǒng)中發(fā)生的腐蝕都屬于電化學(xué)腐蝕。（2）電化學(xué)腐蝕的實(shí)質(zhì)是由于金屬的電極電位不同從而使電子流動(dòng)產(chǎn)生電流，金屬得失電子從而使金屬遭受破壞。（3）電極電位：由于金屬表面和溶液間存在著雙電層，所以有電位差，這種電位差稱(chēng)為該金屬在此溶液中的電極電位。可以用能斯特公式計(jì)算。見(jiàn)p417（4）標(biāo)準(zhǔn)電極電位就是把它浸在含有該金屬離子濃度等于1mol/l的溶液中的電極電位。2、腐蝕程度的表示方法：P422（1）按重量的減少。g/(m2.h)（2）按腐蝕深度。mm/h3、影響電化學(xué)腐蝕的因素p423（1）溶解氧量（2）PH值（3）溫度（4）水中鹽類(lèi)的含量和成分（5）水的流速4、防止金屬腐蝕的方法P427（1）金屬材料的選用（2）介質(zhì)的處理第三節(jié)給水系統(tǒng)的腐蝕類(lèi)型一溶解氧腐蝕1.原理P4292.腐蝕特征P4293.腐蝕部位給水管道和省煤器二游離CO2的腐蝕1.原理P4322.腐蝕特征均勻的變薄3.腐蝕部位凝結(jié)水系統(tǒng)第四節(jié)給水系統(tǒng)金屬腐蝕的防止1.我們知道，給水是由主蒸汽凝結(jié)水、補(bǔ)給水、各種疏水（暖風(fēng)器、汽泵疏水等）組成的，它們不可避免的含有或負(fù)壓系統(tǒng)滲入的空氣，其中空氣中的氧氣和二氧化碳會(huì)對(duì)熱力系統(tǒng)的金屬產(chǎn)生腐蝕，因此，我們應(yīng)將其減少到一定范圍，使之不會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生大的危害。同時(shí)，用加揮發(fā)性堿化劑的方法適當(dāng)提高給水（補(bǔ)給水PH=7左右）的PH，使金屬處于鈍化區(qū)的范圍，免除由于介質(zhì)的酸堿度不適造成的金屬腐蝕。實(shí)現(xiàn)上述目的的方法有熱力除氧、化學(xué)除氧和真空除氧；提高PH可加氨水等辦法。2給水熱力除氧P437根據(jù)氣體溶解定律，任何氣體在水中的溶解度與該氣體在氣水界面的分壓成正比。在敞口設(shè)備中將水加熱，氣體界面上水蒸氣的分壓就會(huì)增加，其他氣體的分壓就會(huì)下降，各種溶解氣體就會(huì)不斷析出。當(dāng)水加熱到飽和溫度時(shí)，氣水界面上水蒸汽的分壓將接近液面上的全壓力，而其他氣體的分壓幾乎為零，水不在有溶解氣體的能力，溶解的氣體將全部釋放出來(lái)。在一定壓力下，氧和二氧化碳在水中的溶解度都隨著水溫的升高而降低，此外，在熱力除氧過(guò)程中，還會(huì)使水中重碳酸鹽發(fā)生全部或部分的分解，即HCO3-=CO2+CO32-+H2O溫度越高，沸騰時(shí)間越長(zhǎng)，除氧器排汽量足夠，則重碳酸鹽的分解越完全。為了提高除氧效果，通常除氧器運(yùn)行應(yīng)滿(mǎn)足下列條件：1）加熱到除氧器運(yùn)行壓力下的飽和溫度。2）應(yīng)使欲除氧的水分散成細(xì)小的水滴，增大接觸面積，以利于溶氧從水中逸出。3）除氧器排汽量合適。3.給水的化學(xué)除氧P448給水除氧劑一般有以下幾種，亞硫酸鈉、聯(lián)胺、丙酮肟等，但應(yīng)用最廣的是聯(lián)胺，因?yàn)槭褂脕喠蛩徕c會(huì)分解SO2和增加含鹽量。聯(lián)胺的除氧原理N2H4+O2=N2+2H2O但聯(lián)胺與氧的反應(yīng)是很復(fù)雜的。聯(lián)胺除了和氧反應(yīng)，還與鐵的氧化物反應(yīng)，鍋爐中沉積的鐵氧化物，在加入聯(lián)胺后顏色由棕紅變?yōu)楹谏邇r(jià)鐵變?yōu)榈蛢r(jià)鐵，當(dāng)停止加聯(lián)胺后，低價(jià)鐵還會(huì)被氧氧化，因此，停加聯(lián)胺后，給水系統(tǒng)還有除氧作用。4.典型的反應(yīng)方程6Fe2O3+N2H4=N2+2H2O+4Fe3O42Fe3O4+4N2H4+4H2O=N2+6Fe(OH)22Cu2O+N2H4=N2+2H2O+4Cu2CuO+N2H4=N2+2H2O+2Cu當(dāng)給水中同時(shí)存在氧化鐵、氧和聯(lián)胺時(shí)，首先發(fā)生下列反應(yīng)：4Fe(OH)3+N2H4=N2+4H2O+4Fe(OH)24Fe(OH)2+O2+4H2O=4Fe(OH)3從上面反應(yīng)式可知，聯(lián)胺和水中溶氧的反應(yīng)是通過(guò)表面催化劑反應(yīng)（Cu和Fe等金屬表面）實(shí)現(xiàn)的。在此過(guò)程中，由于水中懸浮的金屬氧化粒子具有很大的比表面積，促進(jìn)了聯(lián)胺與水中氧的接觸，加速了表面催化反應(yīng)的進(jìn)程。

5.溫度、PH對(duì)聯(lián)胺和氧反應(yīng)的的影響：

聯(lián)胺在室溫時(shí)與水中的溶氧的反應(yīng)速度是比較緩慢的，隨著溫度的升高，反應(yīng)速度加快，研究表明，溫度每升高10℃，反應(yīng)速度約提高1.2—1.75倍。聯(lián)胺在稀水溶液被氧化的速度隨著PH的增加而加快，氧化速度最快是NaOH濃度0.01—0.03m0l/L時(shí)，進(jìn)一步增加OH-的濃度，氧化速度開(kāi)始降低，當(dāng)PH<8.5時(shí)，反應(yīng)速度非常慢；當(dāng)PH=8.5—10.5時(shí)，反應(yīng)速度基本無(wú)變化；當(dāng)PH=11.4—11.7時(shí)，反應(yīng)速度最大；PH繼續(xù)增加時(shí)，反應(yīng)速度開(kāi)始降低。由此可見(jiàn)，給水PH規(guī)定8.5—9.5之間，聯(lián)胺和氧作用不受PH影響。

聯(lián)氨除氧的合理?xiàng)l件為：150°C以上的溫度,PH為9~11的堿性介質(zhì)和適當(dāng)?shù)穆?lián)氨過(guò)量。（50ug/l)

6.催化劑的影響：某些金屬離子對(duì)聯(lián)胺和氧之間的反應(yīng)具有明顯的催化作用，催化作用的大小順序是Cu>Co>Mn>Fe。熱力系統(tǒng)和熱交換器中銅和鐵及其氧化物表面也有催化作用，這對(duì)于提高聯(lián)胺的使用效果是有利的。

7.給水PH調(diào)節(jié)P459

給水加氨處理一般給水PH為8.8~9.3，不宜過(guò)高，主要考慮鋼材和銅的腐蝕受PH值的影響。問(wèn)題：1.腐蝕：2.電極電位：3.標(biāo)準(zhǔn)電極電位：4.為了防止給水系統(tǒng)的腐蝕，通常采用的方法是除掉給水中的

，并且提高給水的

。5.給水除氧一般有

除氧和

除氧兩種方法。第二章鍋爐系統(tǒng)的腐蝕結(jié)垢第一節(jié)水汽系統(tǒng)的腐蝕及其防止一.腐蝕類(lèi)型1.氧腐蝕P471氧腐蝕主要發(fā)生在除氧器運(yùn)行不正常及鍋爐設(shè)備基建和停備用期間。2.沉積物下的腐蝕P472：酸性腐蝕：向火側(cè)腐蝕，氫氣脫碳形成裂紋氫脆堿性腐蝕：背火側(cè)腐蝕，沉積物下腐蝕坑。3.水蒸氣下的腐蝕P478化學(xué)腐蝕，主要發(fā)生在汽水停滯部位和蒸汽過(guò)熱器中。4.應(yīng)力腐蝕P479當(dāng)金屬除了受某些侵蝕性介質(zhì)的作用外，同時(shí)還受到機(jī)械應(yīng)力的作用時(shí)，會(huì)發(fā)生裂紋損害，這中腐蝕現(xiàn)象稱(chēng)為應(yīng)力腐蝕。第二節(jié)水渣和水垢

p484

熱力設(shè)備投運(yùn)后，在某些條件下，就會(huì)在受熱面與水接觸的金屬表面上生成一些堅(jiān)硬的固態(tài)附著物，稱(chēng)為水垢。它往往是有許多化合物組成的，以爐外處理方式、腐蝕產(chǎn)物或凝汽器泄漏的水質(zhì)不同有很大差別。

1、鈣、鎂水垢：在鈣鎂垢中，鈣鎂鹽可達(dá)90%以上，它主要在給水管道、省煤器、水冷壁和凝汽器水側(cè)，它們主要反應(yīng)為Ca(HCO3)2

→CaCO3

↓+CO2

↑+H2O

Mg(HCO3)2

→Mg(OH)2

↓+2CO2↑

就目前水處理的技術(shù)而言，爐外補(bǔ)給水已經(jīng)很純，爐水雜質(zhì)一般都是凝汽器泄漏造成的，對(duì)鍋爐腐蝕結(jié)垢危害最大。2、硅酸鹽水垢

硅酸鹽主要在水冷壁熱負(fù)荷較高的向火側(cè)沉積，它的來(lái)源一是補(bǔ)給水中的硅酸，主要還是凝汽器泄漏造成的。

3、氧化鐵垢

氧化鐵垢一般在熱負(fù)荷較高的部位生成，鐵垢的形成速度與鍋爐熱負(fù)荷有關(guān)系，熱負(fù)荷在50-60*103W/m2，氧化鐵垢的生成速度僅0.005mg/cm2.d，熱負(fù)荷在250-300*103W/m2，氧化鐵垢的生成速度0.067mg/cm2.d，所以，這就為什么不允許爐水在含鐵不合格情況下，點(diǎn)火升壓。目前，關(guān)于鐵的沉積有兩種說(shuō)法，其中一種是說(shuō)，爐水中的鐵化合物主要呈膠體氧化物，并帶有正電荷，而熱負(fù)荷很高的管壁表面一般呈負(fù)電荷，根據(jù)靜電理論，相互吸引聚集在管臂上向火側(cè)。4.銅垢第三章鍋爐水質(zhì)調(diào)節(jié)第一節(jié)爐水的磷酸鹽處理1）在鍋爐水呈沸騰狀態(tài)和PH（9—11）的條件下，加入一定量的磷酸鹽后，爐水中的鈣離子與磷酸根離子發(fā)生如下反應(yīng)：10Ca2++6PO43-+2OH-→Ca10(OH)2(PO4)6生成的堿式磷酸鈣溶度積很小，呈松散的水渣狀態(tài)，可借助排污排出爐外。2）爐水的PO43-含量不宜過(guò)低和過(guò)高，過(guò)低起不到防垢的作用，過(guò)高會(huì)增加爐水的含鹽量。3）降低凝汽器泄漏和其原水污染

我們知道補(bǔ)給水是非常純凈的，但如果凝汽器發(fā)生泄漏，就會(huì)發(fā)生下列反應(yīng)（地下淡水）：

2HCO3-→CO2↑+H2O+CO32-

CO32-+H2O→CO2↑+2OH-

由于高參數(shù)機(jī)組水冷壁的熱負(fù)荷比較高，靠近管壁的爐水急劇汽化，如果這些管壁上有沉積物，當(dāng)爐水中NaOH的濃度為1—5mg/L時(shí)，沉積物下的NaOH的濃度可達(dá)5%以上，從而破壞管壁上的保護(hù)膜，使金屬基體遭到侵蝕

4NaOH+Fe3O4

→Na2FeO2+2H2O

2NaOH+Fe0→Na2FeO2+H0

另外，當(dāng)凝結(jié)水有硬度時(shí)，勢(shì)必增加磷酸鹽加入量，同樣會(huì)產(chǎn)生一部分NaOH。當(dāng)爐水PH大于13時(shí)，從上式看出沉積物下會(huì)有H2產(chǎn)生，由于上面有致密的沉積物，它不會(huì)隨汽水混合物逸出，并在高溫高壓下與水冷壁中C反應(yīng)，生成CH4氣泡，造成氫脆。另外，海水作為循環(huán)冷卻水的電廠，當(dāng)凝汽器泄漏時(shí)，爐水PH會(huì)降低，在沉積物下發(fā)生如下反應(yīng)：

CaCl2+H2O→Ca(OH)2+HCl

Fe0+HCl→FeCl2+H0也會(huì)發(fā)生氫脆。

4）磷酸鹽的“暫時(shí)消失”現(xiàn)象，當(dāng)鍋爐負(fù)荷增加時(shí)，爐水中磷酸鹽的濃度明顯下降；而當(dāng)鍋爐負(fù)荷降低或停運(yùn)時(shí)，爐水中磷酸鹽的濃度又會(huì)重新升高。這種現(xiàn)象稱(chēng)為磷酸鹽的“暫時(shí)消失”現(xiàn)象。這種現(xiàn)象說(shuō)明，當(dāng)鍋爐在高負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)，水冷壁熱負(fù)荷升高，管內(nèi)沸騰過(guò)程加劇，使靠近管壁層的水中，某些易溶的磷酸鹽等達(dá)到或超過(guò)其飽和濃度，因而能在金屬表面以固相析出，形成沉積物，從而使?fàn)t水中這些易溶鹽類(lèi)的濃度下降，造成“暫時(shí)消失”現(xiàn)象。

單純加Na3PO4時(shí)存在如下平衡：

Na3PO4+0.15H2O?Na2.85H0.15PO4↓+0.15NaOH

當(dāng)爐水中有一定NaOH時(shí)，上述平衡向著左移動(dòng)。但NaOH的存在會(huì)引起堿性腐蝕，因此，人們?cè)跔t水中同時(shí)加入一定量的Na2HPO4，它可以消除游離的氫氧化鈉，反應(yīng)式：

0.15NaOH+0.15Na2HPO4?0.15Na3PO4+0.15H2O這帶來(lái)得問(wèn)題是NaOH的減少會(huì)造成磷酸鹽“隱藏”現(xiàn)象，為了兼顧“隱藏”現(xiàn)象和堿性腐蝕問(wèn)題發(fā)生，爐水可以控制Na+/PO43-的摩爾比在2.5～2.85.

影響磷酸鹽“隱藏”現(xiàn)象產(chǎn)生的原因有水冷壁結(jié)垢、爐膛結(jié)焦及爐內(nèi)處理方式引起。第三章蒸汽品質(zhì)的控制第一節(jié)蒸汽品質(zhì)與污染飽和蒸汽的鈉鹽和硅酸鹽等雜質(zhì)，主要來(lái)源有兩個(gè)：一個(gè)是水滴攜帶；另一個(gè)是溶解攜帶。所以飽和蒸汽的雜質(zhì)為二者之和。一、水滴攜帶：從鍋爐汽包出來(lái)的飽和蒸汽經(jīng)常攜帶一部分鍋爐水的小水滴，使鍋爐水中的鈉鹽、硅酸鹽等成分，以水溶液的形式帶入蒸汽中，這種現(xiàn)象稱(chēng)為水滴攜帶或機(jī)械攜帶。SBJ,I=KjSG,I式中

Kj為機(jī)械攜帶系數(shù)，SG,I為爐水中該種雜質(zhì)的含量。1）汽包中水滴的形成

鍋爐運(yùn)行時(shí)，在汽包內(nèi)的水和蒸汽之間并沒(méi)有明顯的分解面，水容積中含有許多蒸汽泡，蒸汽空間也有許多小水滴，而且它們的分布是不均的。當(dāng)鍋爐水的水質(zhì)很差時(shí)，汽包內(nèi)會(huì)產(chǎn)生泡沫，降低分離空間，從而造成蒸汽帶水。

2）影響飽和蒸汽帶水的因素

a.鍋爐負(fù)荷

鍋爐負(fù)荷增加，水冷壁管內(nèi)產(chǎn)生的蒸汽量增加，穿過(guò)汽水分界面的蒸汽泡動(dòng)能增大，從而形成小水滴的數(shù)量增加；鍋爐負(fù)荷增加，由汽包引出的飽和蒸汽量增大，從而使蒸汽攜帶小水滴的能力增加；鍋爐負(fù)荷增加，汽包內(nèi)水位的膨脹現(xiàn)象加劇，汽空間的實(shí)際有效高度減小，不利于汽水分離。所以，鍋爐負(fù)荷越大，飽和蒸汽中的帶水量就越大。每臺(tái)鍋爐都有帶水的臨界點(diǎn)，因此，通過(guò)做熱化學(xué)試驗(yàn)找出各種雜質(zhì)攜帶的臨界點(diǎn)。b.汽包的結(jié)構(gòu)

汽包直徑的大小、內(nèi)部汽水分離裝置的形式、汽水混合物引出和引入汽包的方式等，都會(huì)對(duì)飽和蒸汽的帶水量產(chǎn)生較大的影響。汽包直徑越大，汽空間越高，汽流攜帶的一些較大的水滴就會(huì)升高到一定高度后靠自身質(zhì)量落到水空間，從而減小蒸汽的帶水量。

C.鍋爐壓力隨著鍋爐壓力的增加，蒸汽密度隨之增加，蒸汽流攜帶小水滴的能力增大。而且，壓力增大鍋爐水的表面張力降低，容易形成小水滴。

D.汽包水位過(guò)高，汽水分離空間減小，就會(huì)縮短水滴到引出口的距離，使蒸汽帶水量增加。d.爐水水質(zhì)在某一范圍內(nèi)，鍋爐水的含鹽量增加，蒸汽的帶水量和含鹽量均成正比緩慢增加。當(dāng)爐水含鹽量超過(guò)某一數(shù)值時(shí)，蒸汽中的含鹽量急劇增加，這是爐水的含鹽量成為臨界含鹽量。這是因?yàn)楹}量增加，爐水的粘度增大，水層的小汽泡不易合并成大汽泡，小汽泡在水層中的上升速度小，使水位膨脹現(xiàn)象加劇和汽空間減小，不利于汽水分離，從而使蒸汽含鹽量急劇上升。

二、溶解攜帶

飽和蒸汽的溶解攜帶是指飽和蒸汽因溶解作用而攜帶鍋爐水中某一種雜質(zhì)而使蒸汽純度降低的現(xiàn)象。其溶解能力的大小可用溶解攜帶系數(shù)表示.

研究表明：飽和蒸汽對(duì)某些物質(zhì)的溶解攜帶有很大不同，在壓力一定的情況下，對(duì)硅酸的溶解能力最大，NaOH、NaCl次之，Na2SO4和Na3PO4在蒸汽中幾乎不溶的。飽和蒸汽的溶解攜帶能力隨著蒸汽壓力增大而提高，蒸汽的性質(zhì)越來(lái)越接近水的性質(zhì)，在臨界點(diǎn)，壓力P=22MPa，溫度t=374℃時(shí)，蒸汽密度等于水的密度，它們的化學(xué)物理性質(zhì)近似。所以，高參數(shù)蒸汽也是一種很強(qiáng)的溶劑，對(duì)各種物質(zhì)有很強(qiáng)的溶解特性。

第二節(jié)某些雜在蒸汽中的溶解特性

在爐水中常見(jiàn)的易溶鹽有NaOH、NaCl和Na2SO4，當(dāng)壓力不變時(shí)，NaCl和Na2SO4在飽和蒸汽中的含量與鍋爐水中這些鈉鹽的含量成正比，它們的分配系數(shù)與鍋爐的壓力有關(guān)，與爐水鈉含量無(wú)關(guān)。因此要降低蒸汽的鈉鹽溶解攜帶就必須降低爐水的含鹽量。硅酸在飽和蒸汽中的溶解度與爐水的PH有關(guān)，在PH=10左右的條件下，有一部分分子態(tài)的硅酸就轉(zhuǎn)變成離子態(tài)。實(shí)踐證明，在蒸汽中溶解的硅酸化合物主要是分子態(tài)硅酸，而硅酸鹽的含量卻非常少，說(shuō)明高參數(shù)蒸汽對(duì)硅酸化合物有明顯的選擇性。在爐水中，硅酸與硅酸鹽存在著以下平衡：HSiO3-+H2O=H2SiO3+OH-

爐水的PH升高，平衡向著生成硅酸鹽的方向移動(dòng)，硅酸的溶解攜帶系數(shù)減小。反之，爐水PH降低，硅酸溶解攜帶系數(shù)增大。因此，要想降低蒸汽的含硅量必修把爐水的PH控制在10左右。

第二節(jié)汽輪機(jī)、過(guò)熱器積鹽

由飽和蒸汽攜帶出的鹽類(lèi)、硅酸及腐蝕產(chǎn)物等雜質(zhì)，有的沉積在過(guò)熱器，有的沉積在汽輪機(jī)內(nèi)。

1、過(guò)熱器內(nèi)的沉積：飽和蒸汽被加熱成過(guò)熱蒸汽的過(guò)程中，由于蒸發(fā)、濃縮和溫度升高等作用，小水滴中某些鹽類(lèi)物質(zhì)因形成過(guò)飽和而結(jié)晶出來(lái)。但由于過(guò)熱蒸汽對(duì)各種物質(zhì)的溶解能力比飽和蒸汽大，所以小水滴中的某些物質(zhì)會(huì)溶解轉(zhuǎn)入到過(guò)熱蒸汽中，使過(guò)熱蒸汽中這些物質(zhì)的含量增加。但當(dāng)飽和蒸汽對(duì)某種物質(zhì)的攜帶量超過(guò)該物質(zhì)在過(guò)熱蒸汽中的溶解度時(shí)，該物質(zhì)就會(huì)沉積在過(guò)熱器中，稱(chēng)為過(guò)熱器積鹽。如果飽和蒸汽對(duì)某種物質(zhì)的攜帶量，小于該物質(zhì)在過(guò)熱器中的溶解度，則這種物質(zhì)就會(huì)被帶到汽輪機(jī)。

1）NaCl的飽和溶液隨著過(guò)熱蒸汽的溫度增加，溶解度開(kāi)始下降，當(dāng)溫度>500℃，溶解度開(kāi)始下降。在中