火电厂闭式循环除盐冷却水AVT—O处理法的探讨
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摘 要：探讨火电厂闭式循环除盐冷却水（简称闭冷水）加药方式的不同，以确定既经济又可靠的闭冷水处理方式。分析了闭冷水加联氨、加钼酸盐与加氨处理水质的不同效果。通过试验及实际运行结果，并结合电极电位理论基础，参考锅炉给水OT处理原理，表明闭冷水采用avt-O处理，并适当注氨以控制闭冷水PH值在一定范围内，既可以更好的减缓管材腐蚀，又可降低生产费用及联氨危害人员健康的风险。
关键词：闭冷水 电极电位 PH 联氨 氨 管材腐蚀
火力发电厂的闭冷水系统是发电机组主、辅设备正常、安全运行的先决条件，而闭冷水水质影响着闭冷水系统的运行效果，是电厂安全经济运行的重要因素。神华国华孟电#1、2机闭冷水系统分别采用传统的加联氨除氧和提高PH值方式及钼酸盐处理法。运行一年多后为解决闭冷水系统防冻问题及为适应有铜系统控制标准，降低系统腐蚀，将两部机闭冷水处理改为AVT-O（不加联氨除氧，适当注氨）处理，闭冷水电导、浊度及铜、铁含量均有所降低，水质得以优化。
一、闭冷水用户及材质简介
神华国华孟电闭冷水系统包含碳钢、不锈钢、铜、铝等4大材质。闭冷水泵出力2500m3/h，闭冷水冷却器循环冷却水流量6000m3/h。闭冷水补水来源为除盐水和凝结水。
二、数据支持
1.改善前，#1机闭冷水（加联氨处理）及#2机闭冷水（加钼酸盐处理）电导率、PH、铜、铁含量如表1，这两种处理方式，均未能满足国标对含铜系统的指标要求。
表1
2.闭冷水腐蚀试验
2.1 置换
2.1.1停止#1机组加联胺和#2机组加钼酸盐。
2.1.2通过边补边排的方式对闭冷水进行置换，至PH与机组凝结水PH值相近，依纯水加氨后电导率与PH值计算差值小于1us/cm（PH值与电导率换算公式PH=8.57+lgSC）。置换期间化验室配合每天化验两次闭冷水电导率、PH，每天一次铁离子和铜离子含量。
2.2 闭冷水PH自然降至9.2（PH值降低是由于闭冷水闭式膨胀水箱中的水与空气接触所致），监测铜、铁变化。
2.3 在闭冷水运行工况条件下（本厂闭冷水正常情况下由凝结水补充），进行不同PH（8.5～8.7，8.7～9.0，9.0～9.2）试验。
2.4 小结
2.4.1 #1、2机闭冷水电导率、PH等试验结果符合国标规定。
2.4.2 适合孟电的最佳PH值范围为8.7～9.0。
2.4.3 自2011年12月初，#1、2机闭冷水系统同时进行补排水方式换水，经过腐蚀试验实现闭冷水AVT-O处理，检测铜、铁明显呈下降趋势，铜含量降至痕量，铁含量降至3ppb以下。如趋势图2～5。
图2：#1机闭冷水腐蚀试验过程中铁含量变化趋势图
图3 #：2机闭冷水腐蚀试验过程中铁含量变化趋势图
图4 #1机闭冷水腐蚀试验过程中铜含量变化趋势图
图5 #2机闭冷水腐蚀试验过程中铜含量变化趋势图
二、理论分析
1.加联氨缓蚀原理及弊端
联氨作为化学除氧剂，在碱性水中是一种强还原剂，它可以将水中溶解氧还原，使Fe2O3还原成黑色磁性的Fe3O4膜，但Fe3O4膜晶粒粗且松散，存在孔隙，在水流的冲刷下易脱落且重新溶解到水中，造成系统阻力增大，水中铁含量增加。主要反应方程式如下：
N2H4+O2=N2+2H2O
4Fe3O4十O2 6Fe2O3十（N2H4） 4Fe3O4十 2H2O 十 N2
2Cu2O十O2 4CuO 十（N2H4） 2Cu2O 十 2H2O 十 N2
2.停加联氨缓蚀原理
2.1 图6 是铁腐蚀浓度在10ppb以下时绘制的铁-水体系电位-PH图。由图6可较清楚地看出铁的腐蚀（Fe2+、Fe3+区）-免蚀（Fe区）-钝化区（Fe3O4、Fe2O3区）的分配情况。要使铁不腐蚀，必须使其电位处于铁-水体系电位-PH图的稳定区域或钝化区域。铁在中性水中的电位大约为-0.46v，此时处于腐蚀区（如点A），要使铁在中性条件下保持稳定，须将其电位提高到0.3v以上，进入钝化区（如点B），或将电位降到-0.6v以下，进入稳定区（如点C）。铁的钝化区主要分为Fe3O4和Fe2O3两种钝化区，主要反应方程式如下：
12Fe+7O2+12H+=2Fe3O4+6Fe2++6H2O
4Fe2++4H2O+O2=2Fe2O3+8H+
Fe3O4晶粒粗糙，晶体之间存在空隙，水从空隙渗入到钢材表面，使钢材产生腐蚀；而Fe3O4进一步氧化变成的Fe2O3沉积在Fe3O4膜表面，堵塞了Fe3O4的膜空隙，使水无法渗入膜内部，从而抑制了钢材的腐蚀，而且Fe2O3膜平滑、紧致，在水流的冲刷下，不易松脱，减少了铁的溶解。所以，我们应尽可能使水溶液控制在铁的Fe2O3钝化区，才可能使水系统的抗腐蚀状况控制到最佳。
2.2 资料显示，某电厂检测水中联氨含量在10～30ppb时溶液的电极电位约为-0.37v～-0.2v【由图5点D可知，此时铁（溶液PH9.2～9.5）进入Fe3O4的钝化区域】；停加联氨后电极电位上升到-0.2v～+0.05v【由图5点B可知，当控制水的PH值在8.0～9.2（依国标要求）以内时，停加联氨后的电极电位已进入Fe2O3的钝化区域】，电极电位的提高有效的降低了铁的腐蚀。
2.3 图7为铜-氨-水溶液电位-PH图，图8为铜-铁-水溶液电位-PH图，由图7及图8可知，铜在水溶液中也分为腐蚀区、免蚀区及钝化区。铜在中性水中的电位大约为+0.05v，在该电极电位下，要使铜不腐蚀，须将溶液PH值控制在8～9以内（如点E）。
图6 铁离子浓度为10ppb时的Fe-H2O系的φ-PH图
三、结论
依照铁和铜的电极电位-PH关系图理论，闭冷水完全可以通过停加联氨提高闭冷水的电极电位，并控制合理的PH值范围，将闭冷水系统的铁和铜腐蚀降到微量级，甚至痕量级的水平。综合考虑铁和铜的钝化区，将闭冷水的PH值控制在8.0～9.0较为合理。经过试验，适合孟电闭冷水最佳控制标准为PH值8.7～9.0。
闭冷水AVT-O的水处理法不但优化了闭冷水水质，而且避免了由联氨带来的人员健康威胁问题，同时据估算闭冷水处理成本减少了90%。
参考文献
[1]《铁-水体系电位-pH图与氧化性水工况的腐蚀控制》.
[2]《火力发电机组或蒸汽动力设备水汽质量》GB12145-2008.
[3]《电极电位测量在火电机组金属腐蚀监测中的应用》.
[4]《综合平衡电位-pH系列图的计算机绘制及应用之一——铜-氨-水系电位-pH图》.
图7 铜-氨-水溶液电位-PH图
图8 铜-铁-水溶液电位-PH图