CN104063585A - 锅炉结垢风险评估方法 - Google Patents
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Abstract
一种锅炉结垢风险评估方法，属于电力设备监测技术领域，通过进入锅炉短期给水平均流量及给水中二氧化硅浓度，获取给水中二氧化硅含量；通过锅炉产生的蒸汽平均流量及蒸汽中二氧化硅浓度，获取蒸汽中二氧化硅含量；通过锅炉排出污水的平均流量及污水中二氧化硅浓度，获取锅炉水中二氧化硅含量，其中污水中二氧化硅浓度与锅炉水中二氧化硅浓度相同；给水中二氧化硅含量减掉蒸汽中二氧化硅含量，再减掉锅炉水中二氧化硅含量即为这段时间锅炉中垢沉积量；预测未来某个时间的锅炉中垢沉积量，则通过这段时间锅炉中垢沉积量进行累加获得。本发明方法能更有效的开展化学监督工作，保证火力发电机组水汽指标合格，保证机组的安全、经济、稳定运行。
Description
技术领域
本发明属于电力设备监测技术领域，涉及锅炉结垢预测方法。
背景技术
在对大量的火力发电厂水汽品质进行统计后发现，尽管有些电厂水汽品质合格率很高，但是在机组检修检查时仍然发现锅炉水冷壁管存在严重的结垢情况。所以说即使水汽品质达到了标准值要求，也不能避免锅炉水冷壁结垢的风险。
本项目主要针对亚监界及以上参数火力发电厂的锅炉结垢风险开展研究。亚临界及以上参数火力发电厂锅炉水冷壁管的垢成份主要以二氧化硅和铁的氧化物为主，一般极少含有钙、镁等杂质。主要原因是锅炉给水水质的有效控制，使水汽品质符合国家标准《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量标准》（GB/T 12145-2008）的要求。尽管锅炉给水以及锅炉水中没有钙镁离子的影响，但是在锅炉长期运行过程中，由于锅炉水不断的蒸发浓缩，炉水中的二氧化硅以及铁的氧化物仍然会在锅炉水冷壁管表面沉积而形成垢，基于此，我们认为垢沉积和溶解的过程在一定程度上是可以互相转化的，因此，就为科学的预测锅炉水冷壁管的结垢风险，对锅炉结垢的风险进行评估成为可能。能够采取有效措施，及时排污，避免锅炉在运行中发生结垢、影响传热或爆管事故。
中国特种设备2007第23卷第8期《低压锅炉水***腐蚀和结垢安全评价》运用了危险和可操作分析（HAZOP）方法，对引起腐蚀和结垢的原因进行全面查找，提出相应的措施。
以上方法针对的只是对引起锅炉腐蚀和结垢的原因分析和措施建议，皆属于发生缺陷后的分析处理，而实际锅炉水冷壁结垢是累积而成，未能从结垢尚未发展到严重的情况下采取相应的措施，控制结垢的发展，因此适用范围有局限性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种锅炉结垢风险评估方法，对锅炉未来的结垢情况进行预测。
本发明解决技术问题的方案是基于物料平衡原理对锅炉水冷壁结垢倾向进行评估，由以下列步骤完成：
步骤1：通过进入锅炉短期给水平均流量及给水中二氧化硅浓度，获取给水中二氧化硅含量；
步骤2：通过锅炉产生的蒸汽平均流量及蒸汽中二氧化硅浓度，获取蒸汽中二氧化硅含量；
步骤3：通过锅炉排出污水的平均流量及污水中二氧化硅浓度，获取锅炉水中二氧化硅含量，其中污水中二氧化硅浓度与锅炉水中二氧化硅浓度相同；
步骤4：给水中二氧化硅含量减掉蒸汽中二氧化硅含量，再减掉锅炉水中二氧化硅含量即为这段时间锅炉中垢沉积量；
步骤5：预测未来某个时间的锅炉中垢沉积量，则通过这段时间锅炉中垢沉积量进行累加获得。
其中步骤3排出污水的平均流量，即平均排污流量可以通过蒸汽平均流量乘锅炉的排污率得到。
一段时间锅炉中垢沉积量可以通过以下公式表示：
其中，为垢沉积量（g）；为平均给水流量（t/h），取自锅炉运行；：为平均蒸汽流量（t/h），取自锅炉运行；为平均排污流量（t/h），； 排污为锅炉排污率； 为统计期内锅炉运行时间（h），即一段时间；为给水二氧化硅浓度（μg/L）； 为蒸汽二氧化硅浓度（μg/kg）；为炉水二氧化硅浓度（μg/L）。n为统计期内n个样品；i为样品。
以上的参数都是锅炉生产运行中必需检测的数据。
本发明的研究思路是；
首先利用物料平衡理论，建立物料平衡模型。
物料平衡是指在一个化学平衡体系中，某一给定物资的总浓度（即分析化学浓度）与各有关形式平衡浓度之和相等。物料平衡是指物质不能凭空产生，也不能凭空消失，在一个化学平衡体系中，进入体系的物质总量等于从体系中出去物质总量与在体系内留存物质总量之和。可以用下式简化表示。
,
其中，进表示进去的总物质量 ，……表示出去的总物质量，表示留存物质总量之和。
瞬时结垢能力的计算
锅炉处于高温高压的状态，为进入锅炉内的某些杂质提供了有利于反应的条件，会有利于反应向生成难溶物质的方向进行，难溶物质的溶解度随温度的升高而下降，可以说随着温度和压力的增加，锅炉内的条件是有利于沉淀物的形成。物质的沉淀与溶解是一种动态的平衡，当条件有利于向生成沉淀物的方向转化时，就会加速沉淀的生成，而当条件有利于向沉淀溶解的方向转化时，就会促进沉淀的溶解。对于溶解度的定义为：20℃中，100g 水里，能够溶解10g以上的物质，称为易溶，1g-10g的物质，称为可溶，0.01g-1g的物质，称为微溶，0.01g以下的物质，称为难溶物质。任何物质在水中都存在溶解倾向，也都存在着溶解与沉淀的平衡关系，同样的道理，在锅炉水冷壁内表面所附着的垢，在某种程度上也存在着动态的溶解——沉淀的平衡过程。
因此，我们提出一个“瞬时结垢能力”的假设，用来表示在某一时刻锅炉水冷壁内某些杂质离子沉淀形成水垢的倾向。“瞬时结垢能力”用表示，瞬时结垢能力为正值，且正值越大时，表示结垢——溶解平衡向结垢侧移动的倾向越大，瞬时结垢能力为负值且越大时，表示结垢——溶解平衡向溶解侧移动的倾向越大，瞬时结垢能力的计算公式如下：
其中，为给水流量（t/h），为给水中某种的离子浓度（μg/L），为蒸汽流量（t/h），为蒸汽中某种离子的浓度（μg/kg），为炉水流量（t/h），为炉水中某种离子的浓度（μg/L）。
选取评估锅炉水冷壁结垢倾向的主要元素
我省300MW及以上参数的锅炉水冷壁中结垢一般以铁、二氧化硅、磷为主，铁的来源随给水进入的铁以及水冷壁由于腐蚀而产生的铁，二氧化硅是随给水带进锅炉，磷主要为锅炉加药所用的碱化剂。因此选取二氧化硅做为评估锅炉水冷壁结垢倾向的主要元素。
本发明方法是通过对亚临界及以上参数火力发电机组日常运行中的水汽指标的统计计算而推导出锅炉水冷壁的结垢风险。在水汽指标的变化与锅炉水冷壁结垢风险之间建立了直观的联系，从而能更有效的开展化学监督工作，保证火力发电机组水汽指标合格，保证机组的安全、经济、稳定运行。
具体实施方式
例1：以省内某厂300MW亚临界参数机组为例，某厂1号机组2013年5月21日水质检测数据如表1所示，对锅炉结垢风险进行评估。
从锅炉运行取得如下数据，平均蒸汽流量为530t/h，平均给水流量为535.04t/h，锅炉排污率为0.95%，由平均蒸汽流量与锅炉排污率计算出平均排污流量为5.03t/h。
表1 某厂锅炉相关参数
表2 某厂2012年5月9日垢分析报告
2012年5月锅炉大修修检查记录：右墙B8吹灰器处前墙至后墙第133根，标高32米，管内覆盖一层棕红色沉积物，沉积物较平整松软，无鼓包。酸洗后检查：无腐蚀坑点，其他正常。结垢速率：向火侧21.3g/m2.a，背火侧29.2g/m2.a。平均为25.2 g/m2.a。
步骤1：利用物料平衡理论，建立物料平衡模型。
根据物料平衡理论，以二氧化硅含量计算，由给水带入锅炉中二氧化硅量应该等于随蒸汽带出的二氧化硅量与随炉水排污带走杂质离子量和沉积在锅炉水冷壁管上二氧化硅量之和，列出物料平衡公式。
步骤2：利用结垢倾向评价公式计算结垢量
表3 某厂300MW机组水质情况与锅炉结垢风险评估结果
将平均值数据代表公式（3），计算结果如下：
M=[535.04×24×4.8-（535.04-5.03）×24×3.5-5.03×24×132]÷1000
＝[61636.61-44520.84-15935.04]/1000
=1.2（g）
计算出当日垢沉积量（以二氧化硅计）为1.2g，月统计结果垢沉积量（以二氧化硅计）为36g，折合当年垢沉积量（以二氧化硅计）为432g。
由表2可知，总垢量中二氧化硅约占3.75%，以平均结垢速率25.2 g/m2.a计算，垢中含二氧化硅成份为0.94g/m2.a。按高热负荷区面积1030m2计算，垢中含二氧化硅总量为968.2g。
理论计算结果与实际测量值的符合性较好，说明对于实际结垢情况的预测是有一定指导意义的。
Claims (3)
1.一种锅炉结垢风险评估方法，其特征在于由如下步骤完成：
（1）通过进入锅炉短期给水平均流量及给水中二氧化硅浓度，获取给水中二氧化硅含量；
（2）通过锅炉产生的蒸汽平均流量及蒸汽中二氧化硅浓度，获取蒸汽中二氧化硅含量；
（3）通过锅炉排出污水的平均流量及污水中二氧化硅浓度，获取锅炉水中二氧化硅含量，其中污水中二氧化硅浓度与锅炉水中二氧化硅浓度相同；
（4）给水中二氧化硅含量减掉蒸汽中二氧化硅含量，再减掉锅炉水中二氧化硅含量即为这段时间锅炉中垢沉积量；
（5）预测未来某个时间的锅炉中垢沉积量，则通过这段时间锅炉中垢沉积量进行累加获得。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（3）中排出污水的平均流量，即平均排污流量通过蒸汽平均流量乘锅炉的排污率得到。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于一段时间锅炉中垢沉积量通过以下公式表示：
其中，为垢沉积量（g）；为平均给水流量（t/h），取自锅炉运行；：为平均蒸汽流量（t/h），取自锅炉运行；为平均排污流量（t/h），； 排污为锅炉排污率； 为统计期内锅炉运行时间（h），即一段时间；为给水二氧化硅浓度（μg/L）； 为蒸汽二氧化硅浓度（μg/kg）；为炉水二氧化硅浓度（μg/L）；n为统计期内n个样品；i为样品。
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