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Cause Analysis of Decline of pH Value in Boiler Water in Thermal Power Plant

花匠小妙招
2025-10-20 10:03

摘要：针对某火电厂锅炉炉水pH值显著下降至2.0的问题，采用化学和物理方法对异常现象进行原因分析，排除了磷酸盐隐藏和有机物漏入除盐水中，最终判定炉内投加的Na3PO4纯度没有达到分析纯的要求，引入杂质导致炉水pH值降低。处理时，先采取向炉水中投加NaOH措施，迅速提高pH值至9.6避免热力设备发生腐蚀，然后加入化验合格的分析纯磷酸盐，锅炉重新启动运行6 h后，炉水pH值稳定在合格范围内。

Abstract: In view of the significant decline in pH value of boiler water in a thermal power plant, chemical and physical methods are used to analyze the cause of abnormal phenomena. By eliminating the hidden phosphate and leakage of organic matter into the demineralized water, it is finally determined that the Na3PO4 added in the furnace can not reach analytical purity requirements, introducing impurities resulted in a decrease in the pH value of the boiler water. Add NaOH to the boiler water to quickly increase the pH value to 9.6, avoiding corrosion of thermal equipment and then add test qualified reagents. After the boiler restarts and has been running for 6 hours, the pH value of the boiler water is stable within the qualified range.

0 引言

炉水pH值是锅炉工况变化的重要特征，持续偏低会使锅炉水冷壁形成酸性腐蚀，分解水冷壁表面的钝化氧化膜，促进铁的溶解，严重时会引起锅炉爆管，影响机组安全运行[1-4]。根据GB/T 12145— 2016《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量导则》，在有铜给水系统中炉水pH值应控制在8.8~9.3[5]。本文针对某电厂锅炉炉水pH值显著下降问题，分析原因并提出解决措施，为类似问题的处理提供参考。

1 故障概况

2018-09-28T09：00，内蒙古某自备电厂1号机组正常运行，11：30炉水pH值显著下降至2.0，锅炉水汽系统蒸汽品质出现异常。按照GB/T 12145— 2016要求，采用炉水全挥发处理方式的锅炉，炉水pH值＜8说明水汽系统正在发生快速腐蚀、结垢积盐，应当采取3级处理措施，且4 h内水质不好转则应停炉。因此，立即向炉内投加了NaOH，炉水pH值未明显提高，且锅炉运行超过4 h炉水pH值仍未恢复至标准值，为了避免受热面大规模腐蚀，采取了紧急停炉措施，并整炉放水。

2 原因分析

对1号机09：00和11：30炉水，11：30除氧器出口、省煤器入口、除盐水箱出口水样分别进行水汽品质分析。外观观察，只有11：30 1号机炉水呈浑浊状态，底部有黑色沉淀，其他送检水样呈透明状态。将11：30 1号机炉水过滤后收集黑色沉淀物进行垢样成分分析。

2.1 水汽品质2.1.1 化学分析

不同水样中各种离子的质量浓度如表 1所示，09：00炉水中Cl-的质量浓度符合标准，机组正常运行；11：30炉水中TOC的质量浓度突然由57.2 μg/L增大到3140 μg/L，Ca2+的质量浓度由3390 μg/L增大到6280 μg/L，而11：30除氧器出口水样、省煤器入口水样、除盐水箱出口水样、凝结水水样的Ca2+和TOC的质量浓度均无异常，说明水汽循环系统中不存在有机物泄漏，推测向炉内投加的药剂不纯、杂质含量高，导致炉水中各种离子质量浓度增大，pH值异常。

表 1 不同水样中各种离子的质量浓度

2.1.2 垢样成分

11：30炉水中黑色沉淀物可以用磁铁吸附，因此判断成分为Fe3O4或铁粉。在马弗炉中900 ℃下煅烧黑色沉淀物，计算灼烧增减量为0，灼烧后变成红褐色Fe2O3，初步判断垢样是Fe3O4。将黑色沉淀物加入到1 mol/L HCl中，黑色沉淀溶解消失；加入到过量的1 mol/L NaOH中，产生红褐色沉淀；进一步证明黑色沉淀物为Fe3O4，反应原理如式（1）—（6）：

(1) (2) (3) (4) (5) (6)

分析11：30炉水浑浊原因，11：30炉水中Fe2+和Cu2+质量浓度分别为9700 μg/L和3800 μg/L，pH值＜2.0，炉水呈酸性，将水冷壁表面的Fe3O4氧化膜破坏，甚至腐蚀，形成沉积物。

2.2 原因排查2.2.1 磷酸盐隐藏

磷酸盐处理是控制汽包锅炉炉水品质比较成熟的技术。磷酸盐隐藏是指一定温度下磷酸盐的溶解度随温度变化呈负相关，即温度≤120 ℃时，温度越高溶解度越高；温度＞120 ℃时，温度越高溶解度越低。当负荷突然增加时，温度升高，使磷酸盐从炉水中析出，形成Na2.85H0.15PO4水渣沉积下来，析出过程会产生一定量的NaOH，此时炉水磷酸根浓度低、pH值升高，水质状况良好，沉积的水渣有可能结垢[6-7]。当负荷降低时，温度降低，Na2.85H0.15PO4又重新溶解到炉水中，pH值降低，磷酸根浓度增加，与Fe3O4保护膜反应产生黑色沉淀，水质恶化，威胁机组安全运行[8-9]。由表 1可以看出，水质发生异常时，炉水中磷酸根浓度没有发生明显变化，排除磷酸盐隐藏现象导致的炉水pH值异常。

2.2.2 有机物漏入炉水中

补给水系统用树脂进行化学除盐，树脂泄漏或破碎进入炉水中，分解为无机酸或者有机酸，从而造成炉水pH值下降[10-12]。由表 1可以看出，除氧器出口、省煤器入口、除盐水箱出口水样中TOC的质量浓度均为0，说明无有机物漏入除盐水中，从而进入炉水的现象。

电厂加药系统直接向炉内投加药剂（Na3PO4、NaOH、氨、联氨）纯度应达到分析纯等级。由表 1可知，省煤器入口、除盐水箱出口水样水质无异常，而将投加的磷酸盐溶解后测TOC质量浓度为2 193.5 μg/L，说明电厂加药系统投加的Na3PO4纯度不够，引入有机物杂质，分解为无机酸或者有机酸，引起炉水pH值显著下降。

3 处理措施

机组重新启动后，严格按照GB/T 12145—2016进行了冷热态冲洗，为了避免热力设备腐蚀，先向炉水中投加化学纯NaOH，将炉水pH值迅速提升到9.6，然后向锅炉内投加分析纯等级的磷酸盐，此时TOC质量浓度为189.7 μg/L[2]。保持机组负荷平稳运行，并且加大排污量，运行6 h后，炉水pH值稳定在合格范围内，系统正常运行，事故警报解除。

4 结语

通过试验分析，本次炉水pH值显著下降的原因为向炉内投加的磷酸盐纯度不足导致pH值迅速降低，对设备造成严重腐蚀，建议加大排污力度，采取锅炉重新启动后向炉内投加NaOH，调整炉水pH值至偏碱性，然后投加合格的磷酸盐措施。由于本次炉水pH值下降明显，对水冷壁管氧化膜破坏严重，建议电厂检修时对水冷壁进行割管检查，必要时大修期间对1号机组进行酸洗。