一、全挥发性加药处理方式(AVT)
NH3为常用的碱化剂之一,由于直流炉不允许炉内含有盐类,常采用加NH3的全挥发处理。全挥发处理也可用于汽包炉。
在《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量标准》(GB/T12145-1999)中,对亚临界汽包炉有磷酸盐和挥发性处理2种锅炉水处理方式下的水质标准,所以临界参数锅炉存在磷酸盐和挥发性2种处理方式。
挥发性处理的优点在于炉水的含盐量可以很低,可保证过热蒸汽的品质,防止锅炉、汽机因盐类的存在引起的各种腐蚀,不存在磷酸加药处理时可能出现的磷酸盐“隐藏”现象。
挥发性处理的缺点是锅炉水的缓冲性较弱,给水水质的波动易造成锅炉水的pH值不合格。因此特别强调给水水质的合格与稳定。采用100%凝结水精处理或保证凝汽器不泄漏的机组可满足这样的要求。另外,其热力系统宜为无铜材料系统,以防止含氨量过高造成铜系统的氨蚀。
二、磷酸盐处理方式
锅炉水磷酸盐处理具有与水中钙、镁类物质形成松软水渣的特性,是汽包防垢、防腐的重要措施。磷酸盐处理可为锅炉水提供适当的碱性,维持锅炉水适当的pH值,并对锅炉水酸、碱污染具有较强的缓冲性,因而具有较强的适应能力;而全挥发性处理的锅炉水对酸的缓冲能力很弱。在没有设凝结水精处理系统的机组,磷酸盐加药处理增强了抵御机组凝汽器偶然泄漏和启动时的给水发生污染的能力。锅炉水中存在磷酸盐,由于共沉积作用,可减少饱和
蒸汽携带氯化物和硫酸盐等离子,从而减缓汽轮机的酸性腐蚀。所以磷酸盐处理至今仍是汽包炉水的主要化学处理技术。
1、常规磷酸盐处理工艺
常规磷酸盐处理工艺有纯磷酸盐处理(PT)、对等协调磷酸盐处理、协调磷酸盐处理(CPT)、协调-pH或等成分磷酸盐处理工艺。
（1）常规磷酸盐处理工艺存在的问题采用常规磷酸盐处理工艺存在以下问题:采用协调处理时,在管内水循环受干扰处、高热负荷区、热力或水力循环受影响的部位,NaH2PO4或Na2HPO4与炉管表面的磁性氧化铁及铁反应生成磷酸亚铁钠(NaFePO4),产生酸性磷酸盐腐蚀。
(2)产生磷酸盐“暂时消失”,导致锅炉水水质异常,引起锅炉碱、酸性腐蚀。在高热负荷区域或机组在短时大幅度升负荷时,锅炉水中的磷酸盐以磷酸钠和磷酸氢二钠混合物形式沉积于水冷壁管上,锅炉水磷酸盐含量很快降低,pH升高。相反,当短时大幅降低机组负荷时,锅炉水磷酸根含量又很快上升,pH下降。磷酸盐“暂时消失”时,会引起沉积物下碱性介质(NaOH)浓缩腐蚀、炉管过热,并与其他沉积物反应形成复杂水垢。磷酸盐重新返回时,又会引起沉积物下酸性介质(NaH2PO4或Na2HPO4)浓缩,出现局部酸性环境,破水冷壁管表面氧化保护膜,引起磷酸盐酸性腐蚀和应力腐蚀。酸性磷酸盐腐蚀的典型产NaFePO4,它大量存在时会使高参数锅炉水冷壁管形成明显的蚀坑或腐蚀穿孔。
2、产生磷酸盐“暂时消失”的条件
产生磷酸盐“暂时消失”的条件如下:
(1)锅炉水总磷酸根含量较高。当磷酸根浓度小于lmg/L时,负荷波动对锅炉水水质影响很小,磷酸盐“暂时消失”可不考虑。真正不会发生磷酸盐“暂时消失”时的磷酸根浓度为0.3mg/L。
(2)水冷壁管内壁有沉积物。金属氧化物的存在对磷酸盐的溶解度有很大的影响,如Na3PO4与Fe3O4共存时,Na3PO4的溶解度下降1/3～1/2。因此,保持水冷壁管内壁的清洁有助于防止磷酸盐“暂时消失”,可以此间接判断锅炉的脏污程度。
(3)具有高的热负荷。当采用的磷酸盐处理方式使磷酸根浓度较高时,在热负荷较高的高参数炉中,不可避免存在磷酸盐“暂时消失”。
3、各种常规磷酸盐处理工艺的特点
各种常规磷酸盐处理工艺具有下列各自的特点:
(1)纯磷酸盐处理(PT)时,仅向锅炉水中加入Na3PO4,控制PO43-在2～8mg/L间,可达到防垢目的,但存在磷酸盐“暂时消失”。此时,磷酸盐在水冷壁管内壁沉积,产生游离的NaOH,而沉积物中游离的NaOH若发生浓缩会引起水冷壁管碱性腐蚀。
(2)对等协调磷酸盐处理时,同时向锅炉水中加入Na2HPO4和Na3PO4,按Na3PO4水解曲线进行加药控制,控制Na+/PO43-之比R为3.0,以消除锅炉水中游离的NaOH。但在发生磷酸盐“暂时消失”时,磷酸盐沉积并非以Na3PO4形式析出。在365℃时,它是以Na2.65H0.35PO4形式析出;在300℃时,它是以Na2.85H0.15PO4形式析出。因而,仍可产生游离的NaOH,无法避免常规磷酸盐处理带来的碱性腐蚀。
(3)协调磷酸盐处理(CPT)时,同时向锅炉水中加入Na2HPO4和Na3PO4,控制Na+/PO43-之比R在2.3～2.8，防止了常规磷酸盐处理带来的碱性腐蚀危害,但不能消除磷酸盐“暂时消失”,同时,因加入了Na2HPO4,降低了Na+/PO43-之比,使沉积物产生对水冷壁管酸性磷酸盐腐蚀。
(4)磷酸盐—PH协调或等成份磷酸盐处理时,同时向锅炉水中加入Na2HPO4和Na3PO4,控制Na+/PO43-之比R在2.3～2.8,pH值为9～10。防止了碱性腐蚀的危害,减轻了酸性腐蚀危害,但不能真正消除磷酸盐“暂时消失”,也无法避免沉积物对水冷壁管酸性磷酸盐的腐蚀。
三、磷酸盐处理工艺的新进展
1、平衡磷酸盐处理
平衡磷酸盐处理(EPT)是向锅炉水中加入Na3PO4,当其浓度为只能与硬度起反应的极限浓度时,即为平衡浓度,几乎无多余的磷酸盐发生沉积。PO43-的浓度一般控制在0.5～2.4mg/L,允许发生一定程度的磷酸盐“暂时消失”,以利用自然产生游离的NaOH,使锅炉水pH为9.0～9.6,允许游离的NaOH浓度小于lmg/L。该法既能防垢,又能防酸、碱腐蚀。但无法完全避免磷酸盐“暂时消失”。尤其对高热负荷的锅炉,磷酸盐“暂时消失”仍然存在。锅炉冷启动时,锅炉水磷酸根含量上升和pH下降,常需辅以NaOH处理,以使磷酸盐“暂时消失”受到控制。由于锅炉水磷酸盐浓度低,缓冲性弱,对锅炉水质要求高,且要求水质稳定。
2、低磷酸盐-低氢氧化钠处理
低磷酸盐-低氢氧化钠处理是控制炉水磷酸盐浓度小于lmg/L,以消除磷酸盐“暂时消失”。由于此时锅炉水的pH值小于9,为保持锅炉水的pH值为9.l～9.6,再辅以NaOH处理,并使NaOH浓度小于lmg/L。低磷酸盐-低氢氧化钠处理同样对锅炉水水质要求高,且要求水质稳定。