超超临界机组的水汽品质控制课件.pptx
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1、超临界和超超临界机组与常规亚临界机组相比,不仅具有超临界和超超临界机组与常规亚临界机组相比,不仅具有更高的热效率,而且具有良好的运行灵活性和负荷适应性,更高的热效率,而且具有良好的运行灵活性和负荷适应性,显示出显著节能和改善环境的双重功效,作为世界上先进显示出显著节能和改善环境的双重功效,作为世界上先进的洁净煤发电技术主导着电力的发展方向。的洁净煤发电技术主导着电力的发展方向。超临界火电技术已经历几十年的发展,多个先进国家的运超临界火电技术已经历几十年的发展,多个先进国家的运行经验证明,解决好材料和化学二个专业方面的问题,是行经验证明,解决好材料和化学二个专业方面的问题,是保证超超临界机组设计
2、和运行成功的关键。保证超超临界机组设计和运行成功的关键。水的理论临界状态为:水的理论临界状态为:22.115MPa22.115MPa和和374.15374.15。当水的状。当水的状态到达这一临界点后,水汽共为一体,不再有汽水两相共态到达这一临界点后,水汽共为一体,不再有汽水两相共存区,二者参数也不再有任何差别。但是随着温度压力参存区,二者参数也不再有任何差别。但是随着温度压力参数的提高,水汽的溶解与沉积特性也发生了显著变化,对数的提高,水汽的溶解与沉积特性也发生了显著变化,对机组设备运行的影响也随之改变。因此,研究超超临界条机组设备运行的影响也随之改变。因此,研究超超临界条件下的水质控制技术,
3、对于保证设备的安全经济运行至关件下的水质控制技术,对于保证设备的安全经济运行至关重要。重要。1 1 超超临界机组水汽特点超超临界机组水汽特点超超临界机组水汽特点超超临界机组水汽特点 1.1 1.1 超临界条件下蒸汽的物理特性超临界条件下蒸汽的物理特性超临界条件下蒸汽的物理特性超临界条件下蒸汽的物理特性 在超临界参数下,水汽工质在管子内壁面附近的流体粘度、比热、在超临界参数下,水汽工质在管子内壁面附近的流体粘度、比热、导温系数和比容等参数发生了显著变化,可能导致水冷壁管内发生类膜导温系数和比容等参数发生了显著变化,可能导致水冷壁管内发生类膜态沸腾,水中的盐类等杂质在受热面浓缩。图态沸腾,水中的盐
4、类等杂质在受热面浓缩。图1 1为水和蒸汽的物理性质为水和蒸汽的物理性质与温度的关系。与温度的关系。工质的粘度、密度、导热系数等物理参数随压力和温度而变化,但工质的粘度、密度、导热系数等物理参数随压力和温度而变化,但受压力的影响较小,而受温度的影响较大。在受压力的影响较小,而受温度的影响较大。在250250550550的范围内,的范围内,工质密度和动力粘度随温度变化最大。当工质温度在工质密度和动力粘度随温度变化最大。当工质温度在300300400400范围范围内时,管内壁面处的工质粘度约为管中心工质粘度的内时,管内壁面处的工质粘度约为管中心工质粘度的1/31/3左右,由此产左右,由此产生粘度梯度
5、,引起流体边界层的层流化;在边界层中的流体密度降低,生粘度梯度,引起流体边界层的层流化;在边界层中的流体密度降低,产生浮力,促使紊流传热层流化;边界层中的流体导热系数也随着降低,产生浮力,促使紊流传热层流化;边界层中的流体导热系数也随着降低,又使导热性差的流体与管壁接触,当进口温度较低时,壁面处的流体速又使导热性差的流体与管壁接触,当进口温度较低时,壁面处的流体速度远小于管中心的流体速度,这又促使流动层流化。因此,在管子热负度远小于管中心的流体速度,这又促使流动层流化。因此,在管子热负荷较大时就可能导致传热恶化,同时由于盐类等杂质的浓缩,受热面结荷较大时就可能导致传热恶化,同时由于盐类等杂质的
6、浓缩,受热面结垢,进一步加剧传热恶化。垢,进一步加剧传热恶化。当超临界参数锅炉的工作参数进一步提高,过热器出口的压力达到当超临界参数锅炉的工作参数进一步提高,过热器出口的压力达到31MPa31MPa或更高时,水冷壁中工质压力可达到或更高时,水冷壁中工质压力可达到37MPa37MPa或更高。根据超临界或更高。根据超临界压力下工质的物理特性可知,水冷壁中工质大比热特性将随压力升高而压力下工质的物理特性可知,水冷壁中工质大比热特性将随压力升高而减弱,对应压力的大比热值减小,但仍需注意防止类膜态沸腾引起的传减弱,对应压力的大比热值减小,但仍需注意防止类膜态沸腾引起的传热恶化。热恶化。图图1 1 水和蒸
7、汽的物理性质与温度的关系水和蒸汽的物理性质与温度的关系 1.2 1.2常见物质在超临界条件下蒸汽中的溶解与沉积特性常见物质在超临界条件下蒸汽中的溶解与沉积特性常见物质在超临界条件下蒸汽中的溶解与沉积特性常见物质在超临界条件下蒸汽中的溶解与沉积特性 在超临界条件下,蒸汽已具备和水一样的溶在超临界条件下,蒸汽已具备和水一样的溶解特性。各种盐、酸、碱和金属腐蚀产物等物质解特性。各种盐、酸、碱和金属腐蚀产物等物质在蒸汽中的溶解度随蒸汽压力不同(见图在蒸汽中的溶解度随蒸汽压力不同(见图2 2、图、图3 3),可以从微克变化到毫克升级。图),可以从微克变化到毫克升级。图4 4中的竖线中的竖线表示最常见的可
8、溶解携带的物质及其浓度范围。表示最常见的可溶解携带的物质及其浓度范围。压力越高,蒸汽的溶解携带能力越强。从图压力越高,蒸汽的溶解携带能力越强。从图2 2、图、图3 3可见,这些常见物质在过热蒸汽的溶解度随压力可见,这些常见物质在过热蒸汽的溶解度随压力降低或比容增加而迅速地降低,随着蒸汽做功膨降低或比容增加而迅速地降低,随着蒸汽做功膨胀,蒸汽的溶解能力下降,在高参数下蒸汽溶解胀,蒸汽的溶解能力下降,在高参数下蒸汽溶解携带的物质就会随着蒸汽的转移而不断析出,沉携带的物质就会随着蒸汽的转移而不断析出,沉积在后续设备的不同部位,由此会加剧机组蒸汽积在后续设备的不同部位,由此会加剧机组蒸汽通流部分潜在的
9、金属腐蚀问题。图通流部分潜在的金属腐蚀问题。图4 4还表示各种物还表示各种物质在汽轮机不同部位的分布情况。质在汽轮机不同部位的分布情况。图图2 2 在典型汽机蒸汽条件下杂质在过热蒸汽的溶解度在典型汽机蒸汽条件下杂质在过热蒸汽的溶解度图2 在典型汽机蒸汽条件下杂质在 过热 蒸汽 的溶 解度图图3 3 氢氧化钠平衡溶解度和汽机蒸汽条件氢氧化钠平衡溶解度和汽机蒸汽条件图图4 4 在不同蒸汽比容条件下杂质在汽轮机的沉积特性在不同蒸汽比容条件下杂质在汽轮机的沉积特性 有些电厂曾在运行的超超临界机组的水冷壁蒸发段上部、再热器、汽轮机叶片以及高压加热器 的汽侧处发现有沉积物,沉积物的主要成分为钠盐,阴离子为
10、硫酸根。因此,超超临界机组的水质控制应该比超临界机组更为严格。1.3超超临界条件蒸汽的高温氧化特性超超临界条件蒸汽的高温氧化特性 超超临界机组的温度参数提高到580600,甚至提高到650,对金属材料提出了更高的要求,除了高温强度指标外,还应充分考虑材料的抗水蒸汽氧化能力和抗氧化层剥落能力。高温水汽氧化是金属腐蚀的一种特殊形式。在高温水汽氧化是金属腐蚀的一种特殊形式。在高温条件下,因为氢质子的影响,水蒸汽对不锈钢高温条件下,因为氢质子的影响,水蒸汽对不锈钢材料表现为一种强氧化剂。在材料表现为一种强氧化剂。在450450570570,水蒸,水蒸汽与纯铁反应生成四氧化三铁并释放出氢气。在汽与纯铁反
11、应生成四氧化三铁并释放出氢气。在575575以上,水蒸汽与纯铁反应除了生成四氧化三铁以上,水蒸汽与纯铁反应除了生成四氧化三铁以外,还会在四氧化三铁层下生成氧化亚铁相。氧以外,还会在四氧化三铁层下生成氧化亚铁相。氧化亚铁相的增长速度比四氧化三铁相快得多。化亚铁相的增长速度比四氧化三铁相快得多。图图5 5是不同牌号不锈钢材料在水蒸汽中高温氧化是不同牌号不锈钢材料在水蒸汽中高温氧化1000h1000h的试验结果的试验结果33。图示结果可见,在温度超过。图示结果可见,在温度超过570570的条件下,不锈钢氧化的速度逐渐加快,在的条件下,不锈钢氧化的速度逐渐加快,在600600620620之间,金属的氧
12、化速度有一个突变点。之间,金属的氧化速度有一个突变点。这个突变点表明,不锈钢在氧化过程中随着温度的这个突变点表明,不锈钢在氧化过程中随着温度的增加很可能产生了新相。此时不锈钢的氧化层会迅增加很可能产生了新相。此时不锈钢的氧化层会迅速增厚。氧化层达到一定的厚度,就会在运行条件速增厚。氧化层达到一定的厚度,就会在运行条件变化(如温度)时剥落,成为氧化皮。变化(如温度)时剥落,成为氧化皮。图图5 5 不锈钢在水蒸汽中高温氧化试验结果不锈钢在水蒸汽中高温氧化试验结果 根据国内外机组运行的经验,奥氏体不锈钢根据国内外机组运行的经验,奥氏体不锈钢材料虽然有良好的抗氧化能力,但粗晶粒钢在一材料虽然有良好的抗
13、氧化能力,但粗晶粒钢在一定的运行条件下,会发生氧化皮很薄时就剥落的定的运行条件下,会发生氧化皮很薄时就剥落的情况,造成堵塞管短期过热甚至爆管事故。情况,造成堵塞管短期过热甚至爆管事故。为了及时发现过热器和再热器高温氧化的变为了及时发现过热器和再热器高温氧化的变化情况,可以通过监测蒸汽中的氢含量监测高温化情况,可以通过监测蒸汽中的氢含量监测高温氧化的变化和发展。图氧化的变化和发展。图6 6为国外某超超临界机组对为国外某超超临界机组对过热器和再热器蒸汽中的氢含量监测研究结果。过热器和再热器蒸汽中的氢含量监测研究结果。图图6 6 某电厂超超临界机组蒸汽中氢含量一天的变化情况某电厂超超临界机组蒸汽中氢
14、含量一天的变化情况2 2 超超临界机组水汽品质控制超超临界机组水汽品质控制超超临界机组水汽品质控制超超临界机组水汽品质控制 根据超超临界机组的特点,尽量纯化水质,减少水中盐根据超超临界机组的特点,尽量纯化水质,减少水中盐类杂质,降低给水中的含铁量,控制腐蚀产物的沉积量,是类杂质,降低给水中的含铁量,控制腐蚀产物的沉积量,是超超临界机组水处理和水质控制的主要目标。超超临界机组水处理和水质控制的主要目标。2.12.1超超临界机组凝结水系统配置及其出水水质控制指标的超超临界机组凝结水系统配置及其出水水质控制指标的建议建议 2.1.12.1.1凝结水精处理系统出水水质控制指标凝结水精处理系统出水水质控
15、制指标 在超超临界工况条件下,锅炉受热面的温度比较高,容在超超临界工况条件下,锅炉受热面的温度比较高,容易发生化学物质的沉积。其中,最常见的是易发生化学物质的沉积。其中,最常见的是Na2SO4 Na2SO4 和和NaOHNaOH,这类物质溶解在蒸汽中后,会对后续的过热器、再,这类物质溶解在蒸汽中后,会对后续的过热器、再热器及汽轮机产生腐蚀影响。必须控制蒸汽中的热器及汽轮机产生腐蚀影响。必须控制蒸汽中的NaNa含量小于含量小于1 1 g/kgg/kg,才有可能控制二级再热器中形成的氢氧化钠浓缩液,才有可能控制二级再热器中形成的氢氧化钠浓缩液对奥氏体钢的腐蚀和锅炉停用时存在干状态的对奥氏体钢的腐蚀
16、和锅炉停用时存在干状态的Na2SO4Na2SO4引起引起再热器的腐蚀。再热器的腐蚀。控制蒸汽中的钠含量小于控制蒸汽中的钠含量小于1 1 g/kgg/kg,必须控制凝结水精处,必须控制凝结水精处理出水水质的钠含量小于理出水水质的钠含量小于1 1 g/kgg/kg。另外,如何确保凝汽器微。另外,如何确保凝汽器微泄漏的情况下系统仍能达到相应的水质应是考虑主要的因素。泄漏的情况下系统仍能达到相应的水质应是考虑主要的因素。超超临界凝结水精处理出水水质建议如表超超临界凝结水精处理出水水质建议如表1 1所示:所示:表表1 1 建议精处理的出水的控制指标建议精处理的出水的控制指标 主要控制项目主要控制项目 标
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