锅炉换热管的结垢速率影响试验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开锅炉换热管的结垢速率影响试验装置，包括通过管道连接的除氧水箱、冷却组件、换热器、电加热器、加药组件、水冷壁模拟组件、除盐水制备组件、取样组件；除氧水箱依次连接冷却组件、换热器、电加热器、水冷壁模拟组件，加药组件与加药管道连接，水冷壁模拟组件的热端连接换热器，经换热器换热后的水经管道连接除氧水箱，除盐水制备组件连接除氧水箱，取样组件连接换热器的出水端、水冷壁模拟组件的进水端和出水端；所述加药组件包括至少两个溶药箱，所述水冷壁模拟组件包括试验管样、加热机构。还公开试验方法。本发明专利技术的有益效果：试验装置简单，能够快速对试验参数进行调整、拆装简单，方便试验结果评价。方便试验结果评价。方便试验结果评价。

【技术实现步骤摘要】
锅炉换热管的结垢速率影响试验装置及方法


[0001]本专利技术涉及一种火力发电厂化学领域系统，尤其涉及的是锅炉换热管热通量及水工况对结垢速率影响试验装置及方法。

技术介绍

[0002]火力发电机组热力系统按照金属材质可分为全铁系统和有铜系统，目前在役和新建机组基本以全铁系统为主，即热力循环系统主要金属材质以碳钢和不锈钢为主，不含铜及铜合金材质。在机组运行和停备用期间，金属材质不可避免的遭受腐蚀危害，导致水汽中含有铁杂质，而铁在水汽循环系统迁移过程中，水汽工质中的铁杂质在高温区域会发生结垢现象。在火力发电机组水汽系统中，一般从高压给水系统的高压加热器开始，沿水汽流程分别在省煤器、水冷壁和汽轮机叶片发生结垢。
[0003]通过分析检测可知，目前发电机组结垢成分主要为铁的氧化物，因此以铁基材料为主的热力系统内的腐蚀和物质迁移也就成了结垢性物质的主要来源，热力系统中铁的腐蚀产物特性见表1。
[0004]表1铁的腐蚀产物特性表
[0005]组成颜色密度g/cm3热稳定性Fe(OH)
21
)白3.40在100℃分解为Fe3O4和H2FeO黑5.4～5.73在1371～1424℃熔化，在低于570℃时分解为Fe与Fe3O4Fe3O4黑5.20在1597℃时熔化α
‑
FeOOH黄4.20约200℃时失水生成α
‑
Fe2O3β
‑
FeOOH淡褐\约230℃时失水生成α
‑
Fe2O3γ
‑
FeOOH橙3.97约200℃时转变成α
‑
Fe2O3γ
‑
Fe2O3褐4.88在大于250℃转变成α
‑
Fe2O3α
‑
Fe2O3砖红5.25在0.098MPa下，1457℃时分解为Fe3O4[0006]注：1)Fe(OH)2在有氧环境是不稳定的，在室温下可变为γ
‑
FeOOH、α
‑
FeOOH或Fe3O4。
[0007]从上表中可以看到，热力系统运行期间能够稳定存在的铁的腐蚀产物主要以Fe3O4和α
‑
Fe2O3为主。FeOOH作为机组停运期间氧腐蚀的主要产物，在机组运行后，迁移至温度较高的给水系统和水冷壁系统后也将转变为稳定存在的α
‑
Fe2O3。Fe3O4和α
‑
Fe2O3的形成与温度和水工况有关，其中Fe3O4广泛存在于水汽系统中，还原性给水水工况条件下和高温蒸汽系统中都可生成。α
‑
Fe2O3在氧化性给水水工况条件下更广泛的存在。
[0008]发电机组给水水工况根据不同的加药处理方式可分为全挥发水工况和氧化性水工况，其中全挥发处理可分为全挥发还原性水工况和全挥发弱氧化水工况，三种水工况主要区别见表2。
[0009]表2不同给水水工况区别
[0010]给水水工况给水加药种类给水氧含量，μg/L给水氧化还原电位，mV
全挥发还原性水工况氨和联胺≤7
‑
300～
‑
350全挥发弱氧化水工况氨≤10≈0氧化性水工况氨和氧10～150+100～+150
[0011]不同的给水水工况会对工质中铁的形态和腐蚀过程产生明显的影响。对于大型火力发电机组，给水的主要腐蚀类型为流动加速腐蚀(Flow
‑
Accelerated Corrosion，FAC)，它是在还原性环境下的紊流区发生的加速性腐蚀。它不仅会导致热力设备的腐蚀损坏，同时它还是水汽系统中腐蚀产物发生迁移的根本过程，流动加速腐蚀主要包括四个步骤：
[0012]碳钢材料遭受腐蚀生成亚铁离子，部分亚铁离子就地被氧化为四氧化三铁。
[0013]Fe+2H2O
→
Fe2++2OH
‑
+H2[0014]3Fe+4H2O
→
Fe3O4+4H2[0015]部分新生成的亚铁离子扩散穿过多孔氧化层，同时部分新生成的氢气渗透进入碳钢内部。
[0016]外层四氧化三铁的溶解和还原。
[0017][0018]溶解性的铁离子迁移进入主体水中，同时氢气渗透穿过钢材进入空气中。
[0019]由于在还原性条件下，铁的腐蚀产物主要为四氧化三铁，晶粒粗大(5～8μm)，晶粒间空隙较大，咬合不紧密，导致金属表面氧化膜流体阻力大且耐蚀性差，从而造成给水系统腐蚀明显。而如果对给水实施加氧，则给水的氧化还原电位则会从
‑
300mV提高至+100mV，此时金属表面生产的氧化物则主要是三氧化二铁，晶粒粒径小于5μm，晶粒间空隙小，咬合紧密，这种氧化膜流体阻力小且耐蚀性佳，可以有效的抑制给水系统的腐蚀，从而降低给水系统铁含量，同时也会降低水冷壁的结垢速率。
[0020]水冷壁结垢众多影响因素中，最直接因素除了进入水冷壁的给水中铁含量外，就是水冷壁热通量(热通量(Heat Flux，Thermal Flux)是一个矢量，也称热流密度，具有方向性，其大小等于沿着这方向单位时间单位面积流过的热量，方向即为沿等温面之法线方向，且由高温指向低温方向)影响了。由于水冷壁炉膛内火焰燃烧温度高，因此安装温度测点并不容易，因此目前炉管内热通量对结垢速率的影响通常以经验公式计算为主，例如：
[0021][0022]其中：A
Fe
—氧化铁垢的形成速度，g/(m2·
h)
[0023]—锅炉水中铁的含量，μg/L
[0024]q—炉管的局部热通量，kW/m2[0025]K
Fe
—比例系数，实验室数值为5.7
×
10
‑
10
；锅炉试验数值为8.3
×
10
‑
10
。
[0026]如申请号：201610424709.3，公开一种火力发电机组锅炉水冷壁结垢类型和原因的分析方法，通过宏观检查、金属金相检查和X射线衍射物相分析三种手段的结合，综合诊断锅炉水冷壁结垢的类型和原因，具体包括以下步骤：
[0027](1)割取锅炉水冷壁管样，观察结垢的情况；
[0028](2)将割取的锅炉水冷壁管样进行剥皮处理，对剖，再进行化学清洗，观察清洗后锅炉水冷壁管样金属基体的形貌；
[0029](3)对化学清洗前和化学清洗后的锅炉水冷壁管样进行金相检测；
[0030](4)对锅炉水冷壁管样表面垢进行X射线衍射物相分析；
[0031](5)通过步骤(1)
‑
(4)的观察和分析结果，确定结垢的类型和原因。
[0032]但是，由于发电机组运行方式较为固定，在发电机组上开展不同水工况和热通量来确定水冷壁结垢速率的试验存在以下不足：
[0033](1)发电机组运行参数较为固定，例如给水水工况相对固定，锅炉水冷壁热通量受机组发电负荷影响，想要开展试验对影响参数进行调整较为困难；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.锅炉换热管的结垢速率影响试验装置，其特征在于，包括通过管道连接的除氧水箱、冷却组件、换热器、电加热器、加药组件、水冷壁模拟组件、除盐水制备组件、取样组件；所述除氧水箱连接所述冷却组件，所述冷却组件连接所述换热器，所述换热器与所述电加热器连接，所述电加热器与所述水冷壁模拟组件通过加药管道连接，所述加药组件与加药管道连接，所述水冷壁模拟组件的热端连接所述换热器，经换热器换热后的水经管道连接所述除氧水箱，所述除盐水制备组件连接所述除氧水箱，所述取样组件连接换热器的出水端、水冷壁模拟组件的进水端和出水端；所述加药组件包括至少两个溶药箱，所述水冷壁模拟组件包括试验管样、用于对试验管样进行加热的加热机构。2.根据权利要求1所述的锅炉换热管的结垢速率影响试验装置，其特征在于，所述除氧水箱的顶端设有蒸汽进口阀，底端设有排污阀和出口阀，所述出口阀连接在所述除氧水箱与所述冷却组件连接的管道上，所述除盐水制备组件通过第三管道连接所述除氧水箱的顶端，所述换热器通过第一管道连接所述除氧水箱的顶端。3.根据权利要求1所述的锅炉换热管的结垢速率影响试验装置，其特征在于，所述冷却组件包括用于冷却水进入的冷却水进水阀和排污口，冷却组件的出水端通过第二管道连接所述换热器，所述第二管道上安装输送水泵、流量调节阀、第一压力表。4.根据权利要求1所述的锅炉换热管的结垢速率影响试验装置，其特征在于，所述换热器包括串联的一级换热器和二级换热器。5.根据权利要求1所述的锅炉换热管的结垢速率影响试验装置，其特征在于，所述电加热器包括串联的一级电加热器和二级电加热器。6.根据权利要求1所述的锅炉换热管的结垢速率影响试验装置，其特征在于，所述加药组件还包括至少两个加药泵，每个溶药箱的出口与所述加药泵连接，至少两个溶药箱并联后与出药管道连接，出药管道与加药管道连接，所述出药管道上设有加药出口压力表和加药出口阀。7.根据权利要求1所述的锅炉换热管的结垢速率影响试验装置，其特征在于，所述水冷壁模拟组件还包括进口压力表、出口压力表，经过加药组件加药后溶液经管道进入试验管样，所述试验管样的进口端、出口端分别设有进口压力表、出口压力表。8.根据权利要求1所述的锅炉换热管的结垢速率影响试验装置，其特征在于，所述除盐水制备组件包括依次串联的阳离子交换器、阴离子交换器、混合离子交换器，所述阳离子交换器设有用于控制自来水进入的自来水进水阀，所述混合离子交换器的出口通过第三管道连接所述除氧水箱的顶端。9.根据权利要求1所述的锅炉换热管的结垢速率影响试验装置，其特征在于，所述取样组件包括取样壳体、第四管道、第五管道、第六管道，所述取样壳体的顶端设有冷却水进水管，所述第四管道的起始端连接所述换热器的出水端并穿过所述取样壳体，所述第五管道的起始端连接所述水冷壁模拟组件的进口端并穿过所述取样壳体，所述第六管道的起始端连接所述水冷壁模拟组件的出口端并穿过所述取样壳体，所述第四管道、第五管道、第六管道的末端均设有取样阀。10.采用上述权利要求1
‑
9任意一项锅炉换热管的结垢速率影响试验装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：
SO1:制备导电率满足要求的除盐水后，向除氧水箱注除盐水；除氧水箱水位满足要求后，向整个系统内管道注水，此过程中，除盐水制备组件运行；S02:通过取样组件对加热器出水端、水冷壁模拟组件的进...

【专利技术属性】
技术研发人员：慕晓炜，薛四洋，于汀，黄斌，程里峰，陈皓，张哲，张达光，彭巧玲，蒋春晓，
申请(专利权)人：大唐锅炉压力容器检验中心有限公司浙江大唐乌沙山发电有限责任公司大唐淮南洛河发电厂，
类型：发明
国别省市：