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超临界汽轮机组的积盐和腐蚀特性研究(1)

北极星电力网技术频道    作者:郭小翠,朱志平,赵永福,周瑜   2013/1/9 11:30:52   

  所属频道:  火力发电    关键词:  汽轮机积盐 汽轮机腐蚀 腐蚀

[摘 要] 本文分析了超临界机组汽轮机积盐的原因、危害和防止措施。溶解携带是超临界机组的杂质进入汽轮机的主要方式,汽轮机高压缸沉积物主要是金属氧化物,中压缸除有金属氧化物外还有大量的硅酸盐和少量硫酸盐的沉积,低压缸可能会结钙、镁水垢,腐蚀一般发生在低压缸,碱、氯离子、硫酸根和硫化物是引起汽轮机叶片和转子腐蚀的主要原因。保证给水质量、防止系统的腐蚀、保证系统设备不漏杂质是减少汽轮机积盐的主要措施。根据积盐的实际情况、机组的型号和结构特性和经济效益等采用不同的汽轮机清洗方法。

1 引言

现代高效率的蒸汽轮机的发展导致积盐、磨蚀和腐蚀问题的加剧。虽然影响沉积物在汽轮机的各部件上沉积的因素有几个,但是不管是什么原因,其总的影响作用是一样的。沉积物黏附在蒸汽管道、汽轮机管口和弯曲的叶片,这些沉积物常常是粗糙的、不均匀的黏附在表面,使蒸汽的流动阻碍增大。改变了蒸汽的流速和压降,使汽轮机的容量和效率降低。在沉积条件的最苛刻的地方,沉积物将引起过大的转子推力。不均匀的沉积物将使汽轮机叶片不平衡,引起偏移问题[1]。

2 汽轮机的积盐和腐蚀

超临界机组汽轮机的积盐是一重大问题,主要来自于蒸汽的携带。蒸汽的携带分为两种,溶解携带和机械携带[2]。一般而言,中低压机组以机械携带为主,随着机组参数的升高和压力的增大而逐渐出现蒸汽的溶解携带,对于超临界机组而言,大部分的盐类和腐蚀产物都是以蒸汽的溶解携带为主。

2.1 蒸汽溶解携带

由于蒸汽和水始终处于电中性,蒸汽不可能单独选择携带某一种离子,而是以电中性的分子形式携带。按一般规则,盐、酸和碱在水中都倾向于离子化,且离子化程度总是随温度的升高而降低。由于不带电的非离子化物质更容易进入蒸汽中,因此,只要形成不带电的物质,它们总能成为从给水向蒸汽中溶解携带的主要路径。

蒸汽溶解携带的物质主要包括氧化产物(如氧化铁、氧化铜等)、氯化物、硫酸盐、钠等物质。此外,硅是所有发电机组都会遇到的问题。不管使用任何的处理方式,它总是无处不在。给水中的硅在进入到锅炉后,高温高压条件下全部转化为溶解态的硅。溶解鞋带是硅进入到汽轮机的主要途径。并随着温度的增高,携带系数增大,所以硅只会在汽轮机中沉积。

2.2蒸汽携带物在汽轮机部件上的沉积

随着蒸汽压力在汽轮机中下降,盐类的溶解度也会逐渐降低。当蒸汽中某杂质的含量高于其溶解度时就会发生沉积,不同的杂质依据其溶解特性沉积在汽轮机的不同部位。另外,在最初蒸汽凝结成的水滴中,往往含盐量很高,具有较强的腐蚀性。汽轮机中的不同部位沉积的垢不一样,受到的腐蚀也不同[2]。

(1)汽轮机高压缸中垢的沉积

铜、铁、硫酸盐这些在蒸汽中溶解度不大,且受温度、压力影响很大的物质,当高压缸中蒸汽做功,温度和压力逐渐下降时,这些物质在蒸汽中的浓度过度饱和,急剧的沉积在高压缸。有铜系统的铜垢主要来自铜的腐蚀。当使用AVT(R)水工况时,铜垢较少,使用其他两种水工况铜垢较多。检查是否发生铜的沉积可采用以下方法:用沾有含10%过硫酸铵的1:1氨水的棉球按在需检查的表面,放置1分钟后,如果棉球呈蓝色,即为发生了铜的沉积。铁垢因不同的水处理方式而存在不同的形态。给水采用OT时为Fe2O3,垢量极少,颜色为红色[3];给水采用AVT(R)时以Fe3O4为主,有时Fe3O4中的Fe可被Ca、Mg、Cr等金属元素取代,垢量较多,颜色为灰黑色;给水采用AVT(O)时,Fe2O3和Fe3O4均有,垢量介于前两者之间,颜色为暗红色或钢灰色。给水采用OT时,由于OT对水质要求严格,高压缸中一般不会发生硫酸盐的沉积。给水采用AVT(R)或AVT(O)时,只要给水水质不出现异常,也不会发生硫酸盐的沉积。

(2)汽轮机中压缸中垢的沉积

在汽轮机的中压缸部分最容易沉积的化合物是硅酸钠。超临界三种水工况条件下,硅都以溶解态的形式存在,沉积在中压缸中的是硅酸化合物,对于硅在汽轮机叶片上的沉积的性质变化很大。表1列出了一系列硅化合物,这些化合物是由各种各样的汽轮机叶片上沉积物研究得到的。其中,无定形二氧化硅是最普遍的。

表1 蒸汽轮机上发现的硅酸盐沉积物

中压缸中同样也会存在铁、铜(有铜系统)、硫酸盐垢。

(3)汽轮机低压缸中垢的沉积与腐蚀 在汽轮机低压缸中通常不发生垢

来源:电厂化学2011学术年会论文集
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