电力化学发展的趋势和方向

1、电力化学发展的趋势和方向 第1页，共54页，2022年，5月20日，17点43分，星期四1 电力化学的定义2 电力化学工作的内容3 电力化学现状和趋势河南院化学专业正在研究的课题第2页，共54页，2022年，5月20日，17点43分，星期四1 电力化学的定义电力化学是电力改革厂网分开的产物，是从电厂化学演变而来。具体的说是化学专业相关技术在发电和供电领域的应用。第3页，共54页，2022年，5月20日，17点43分，星期四1.1 电力化学电力化学学科属于应用化学的一个分支，其研究对象为电力生产过程所使用的介质、材料的化学变化过程，保证介质化学性质的稳定性，从而保证发供电设备正常的化学工况，从化

2、学的角度保证发供电设备的安全经济运行。第4页，共54页，2022年，5月20日，17点43分，星期四1.2 电力化学相关术语介质：工艺过程中反复使用，消耗量较小，化学性质保持稳定的物质。在发供电过程中要使用到许多介质，伴随有复杂的化学变化，并对设备及生产过程产生重要影响。这些介质有:工作介质(水、蒸汽)、冷却介质(水、矿物油、氢气)、绝缘介质(矿物油、六氟化硫、空气、绝缘纸)、润滑介质(矿物油)、控制介质(矿物油、抗燃油)等。第5页，共54页，2022年，5月20日，17点43分，星期四材料：设备构成的基本单元，是介质的承载体，在发供电过程中所涉及的材料大多为金属材料。电力化学的目标就是要使这

3、些材料保持化学稳定。消耗性物料：一次使用，化学性质发生变化。消耗性物料(水处理剂、机组停用保养剂、各种化学添加剂、石灰石、氨水)、燃煤等。第6页，共54页，2022年，5月20日，17点43分，星期四2 电力化学工作的内容监督检测处理第7页，共54页，2022年，5月20日，17点43分，星期四2.1 监督 对某一特定环节过程进行监视（检测）督促和管理,使其结果能达到预定的目标。化学监督的目标就是保证介质和金属材料的化学性质稳定。消耗性材料达到质量标准。第8页，共54页，2022年，5月20日，17点43分，星期四水汽系统（热力系统）的汽水品质。油质监督：润滑、控制、燃用油。 燃煤、气等；水处

4、理材料；脱硫、脱销用石灰石、氨水等。SF6 、氢气、仪用及控制用压缩空气。对象：第9页，共54页，2022年，5月20日，17点43分，星期四2.2 处理补给水处理：非溶解和溶解性盐类凝结水：溶氧、硅、铁给水：溶氧、pH炉水校正处理循环冷却水水质调整和控制处理给水：溶氧、pH第10页，共54页，2022年，5月20日，17点43分，星期四可见，电厂化学专业的工作内容覆盖了电力生产的全过程，其主要是保证所用设备材料和介质化学性质的稳定性、防止腐蚀，保证设备安全和经济运行。2.3 小结第11页，共54页，2022年，5月20日，17点43分，星期四2.4 电力化学专业的特点电厂化学专业要为电厂的安

5、全经济运行服务，安全就是最大的效益，这是必须确立的指导思想。专业特点化学专业方面不存在瞬间发生事故，让人们看到停炉停机方面的损失，化学方面的问题，其影响在当时往往不会马上表现出来，可是一旦化学专业问题爆发，可能是大面积的、长时间的停炉、停机，甚至达到不可收拾的地步。第12页，共54页，2022年，5月20日，17点43分，星期四化学事故举例：锅炉水冷壁等受热面结垢（大港电厂、云岗）、腐蚀或氢脆损坏，结垢堵塞引起频繁爆管（南阳天益）；华能福州。循环水系统结垢、腐蚀（安阳电厂、南阳蒲山） ；汽轮机叶片积垢严重（直流炉） ；化学的除少数短期形成外，大多数为长期忽视化学工作有关。第13页，共54页，2

6、022年，5月20日，17点43分，星期四3 电力化学现状和趋势3.1检测目的检测介质和物料的品质，判断其是否满足质量要求。现状根据标准方法进行常规化学分析测试和判断。离线测试和在线测试相结合。发展趋势介质检测与设备的状态检修结合，实现日常检测、趋势统计、状况判断，事故预警。第14页，共54页，2022年，5月20日，17点43分，星期四举例：如润滑油的相关品质检测，可预警汽机的故障。如对变压器油的检测和SF6相关指标的检测，可预先判断设备故障，采取措施，防止故障的扩大。在变压器油的色谱分析应用方面形成成熟的标准判据，而在润滑油和SF6方面判据方面还有待于进一步研究。第15页，共54页，202

7、2年，5月20日，17点43分，星期四煤价的上升给电厂经济效益造成极大的影响（煤价已占电厂成本的70%以上），电厂为了降低成本，不得不进行混煤掺烧，以低价劣质煤与一般品种的煤混合，混煤虽能在化学和物理参数上可能达到设计煤种，但在运行时会带来结焦、熄火，有的甚至引起烟温高，导致高温换热器超温等一系列影响锅炉安全的问题。常规内容：元素分析（碳、氢、氮、氧、硫），工业分析（灰分、水分、挥发份、固定碳），发热量。现状：进行上述物理和化学数据的测试，是商品煤结算的依据和锅炉运行作参考。动力用煤的检测第16页，共54页，2022年，5月20日，17点43分，星期四经验表明：配煤不能只根据常规的工业分析、元

8、素分析，配制满足设计煤种来满足燃烧要求。研究表明：煤种不同（烟煤和无烟煤），其燃烧特性不同，不能将其简单混合。必须研究其混煤后的燃烧特性，经过试验来调整最佳燃烧参数。防止其结焦和灭火。科学的配煤是一个重要的研究课题。电厂配煤是在炉前将不同煤种依据一定的原则按一定的比例进行科学混配，形成混煤燃烧，混煤种选择恰当、配比合理、混合均匀，就可保证入炉煤质与锅炉及其它系统、设备的适应性和煤质的长期的稳定性，克服因煤质变化引起的问题 。第17页，共54页，2022年，5月20日，17点43分，星期四煤的燃烧（特性）性能分析的方法热重法：能准确测量物质质量的变化和变化率，可以得到加热过程中的燃烧特性曲线，从

9、燃烧特性曲线上的特殊点可以比较各种煤的相对反应特性，可以得到煤在加热过程中的动力参数，用这些参数比较各种煤的相对反应特性。热分析曲线综合了煤的反应性能，灰份、灰与可燃物结合特性，内部空隙率及燃烧过程中煤粒膨胀与空隙度变化的影响，能较完善地表达煤的着火、燃烧及燃尽特性，它对于判断煤的燃尽性有着确切的表达能力及较高的分辨能力。热重分析方法在一定程度上克服了常规工业分析和元素分析的局限性。比较大量的煤种的燃烧特性并根据所获得的试验数据总结出一定的规律，提出判别指标，用来判断未知煤种的燃烧特性。第18页，共54页，2022年，5月20日，17点43分，星期四沉降炉法:是一种模拟锅炉燃烧的实验装置，通过

10、模拟煤粉在锅炉中的实际燃烧过程，得出燃煤的各种燃烧特性。通过试烧各种燃煤，比较不同煤种之间的燃烧特性、燃尽特性、结渣特性等方面的差别，为电厂锅炉适应不同煤种的燃烧提供参考依据，以提高电厂运行的安全性与经济性。电力用煤的趋势：结合煤质的工业分析和元素分析，开展混煤燃烧的燃烧特性试验研究，形成方法，成为常态试验，为混煤燃烧调整提供基础数据。煤质在线仪器的开发一直在进行。第19页，共54页，2022年，5月20日，17点43分，星期四3.2 水处理3.2.1 锅炉补给水处理目的通过处理，使进入锅炉及热力系统的水质的杂质符合标准要求，保证热力系统的安全、经济。现状各种水处理技术和工艺共存，主要系统为：

11、预处理（超滤反渗透）离子交换；主要是根据水质和投资进行选择。水质指标满足超超临界机组的需要。趋势随着大机组的应用，补给水处理所占的费用比例减小，主要考虑的因素为可靠性、易操作性、环保性以及自用水率。可能的发展趋势为从传统的混凝过滤离子交换到全膜处理即超滤反渗透电除盐。在沿海地区，海水淡化是必然趋势。第20页，共54页，2022年，5月20日，17点43分，星期四在锅炉补给水处理方面，随着采用全膜处理工艺，而这些设备和材料主要来自于国外，我们能做的工作主要是技术要求进行维护、运行。在技术方面，能做的工作不多。在锅炉补给水处理的原水因为环保的要求使用了城市中水和其他废水。对系统的运行维护带来一定的

12、安全问题，需要研究。第21页，共54页，2022年，5月20日，17点43分，星期四第22页，共54页，2022年，5月20日，17点43分，星期四图3-6 某火电厂反渗透本体装置照片膜组件第23页，共54页，2022年，5月20日，17点43分，星期四某火电厂反渗透本体装置照片膜组件第24页，共54页，2022年，5月20日，17点43分，星期四3.2.2 循环冷却水处理现状：水质调整加药处理通过控制水质，调整水质，控制成垢离子，通过药剂处理使CaCO3不成为有害的垢沉积在换热器的表面。200820072006 目的：解决因水质循环使用浓缩引起的结垢、腐蚀、生物危害。第25页，共54页，20

13、22年，5月20日，17点43分，星期四对于防腐还是要通过更换适用循环水水质特征的管材和增加缓蚀剂的量来解决，这两点都是要形成材料表面稳定的膜。控制生物粘附物的生成和附着，解决材料表面的不均匀型，以及电化学产生的点蚀问题。这些真经念好了，循环水处理也就没有问题了。第26页，共54页，2022年，5月20日，17点43分，星期四火电厂循环水处理与一般的工业循环水有所不同，从循环水系统来说，一般工业循环水系统是一个孤立的系统，而电厂的循环冷却水系统与其它的系统如除灰渣系统、工业水系统相联，所以对其要求有所不同。选择处理工艺参数时，考虑的因素不同。火电厂循环水处理与其它化工行业等循环水处理的区别：火

14、电厂的循环水系统的凝汽器所用材质不同，火电厂主要采用不锈钢和铜合金，一般的工业冷却水系统主要采用普通碳钢。第27页，共54页，2022年，5月20日，17点43分，星期四控制生物粘附物的生成和附着，解决材料表面的不均匀型，以及电化学产生的点蚀问题。这些真经念好了，循环水处理也就没有问题了。对于防腐还是要通过更换适用循环水水质特征的管材和增加缓蚀剂的量来解决，这两点都是要形成材料表面稳定的膜。所有这些不同，火电厂循环水处理工艺有别于其他行业的，另外高参数大容量机组对水质的要求高，对循环水处理的要求更加严格，特别是对腐蚀的控制要求更加严格，对结垢“零”容忍。第28页，共54页，2022年，5月20

15、日，17点43分，星期四循环水处理的趋势：高浓缩倍率、零排放、环保型的药剂、自动监控系统的使用。研究解决城市中水的使用，带来的控制问题；循环水排污水的处理和资源化问题。对于物理防垢方法可能在少部分电厂取得一定的效果，但对机理的不确定性和影响因素的不确定，大规模使用存在风险。这些物理防垢法是指：电磁防垢、电极化水等传统意义上的，最近有所进展。但实验室试验和现场检查发现：凝汽器管上无垢，但转移到水塔填料上结垢，最终还是影响传热。第29页，共54页，2022年，5月20日，17点43分，星期四200220012000 量子管通环由特种材料合成，这种材料具有最佳的记忆和储存功能。利用先进的科技手段测定

16、水（油）中有关物质的振动特性（波形）后，利用激光与振动技术在环的亚原子级储存并产生相关干扰波形和共振波形作用于流体中不同物质，使这些物质的物理性质发生改变，新安装的管道即不会积垢和生锈，旧管道中的垢会逐渐被消除，锈蚀也逐步消失，并最终在管道内壁形成保护性氧化膜（四氧化三铁）。最近一段时间德国制造的量子能环，宣传的力度较大，原理也很神奇，发明者为德国的一个医学专家。宣称的原理是： 量子环任何物质都有自己特有的波形，这是我们常说的分子基波，也就是人们熟知的布朗胶体运动。这是因为所有物体都是由分子组成的。一个分子由多个原子组成，而原子相互之间并非静止牢固联接，相反，原子在不停地运动，其结果即形成分子

17、波形。比如说，水中所含各类物质（钙、镁等）在微观粒子的振动特性上，均有其特定的波形。第30页，共54页，2022年，5月20日，17点43分，星期四简单扼要地讲，量子管通环储存和释放多种复杂的波形，作用于水及水中几乎所有各种盐类杂质，打破大的水分子团，使其变为小的水分子团，甚至单个水分子，水的活性得到极大增强，溶解水垢的能力得到增强。同时，水垢等分子在这种波形的作用下，不再形成坚固的碳酸钙晶体（显微镜下呈针晶状）附着在管道内壁。我们对其进行了实验室的研究，其结果是在其环的作用下，结垢的碳酸钙晶体发生了明显的变化，附着力下降。对细菌的控制和腐蚀控制没有达到宣传的效果。但要真正用于电厂循环水处理还

18、要做研究很多工作。第31页，共54页，2022年，5月20日，17点43分，星期四第32页，共54页，2022年，5月20日，17点43分，星期四3.2.3 凝结水精处理现状：从裸混床到阳混再到阳阴阳。其技术成熟，运行也很稳定。趋势：从过去（亚临界机组时）追求利用氨型运行延长周期到（超临界机组）到氢型运行方式；蒸汽品质和追求延长周期的平衡点。电除盐（EDI)能否利用精处理，值得研究和探索。电除盐因为无交换剂，避免了外来离子的二次污染。问题的关键是能否有耐温和高速交换的电交换树脂。 相信不远的将来，凝结水精处理电除盐技术能被使用，电厂就会彻底抛弃酸碱。 第33页，共54页，2022年，5月20日

19、，17点43分，星期四需要指出的是：粉末树脂的闪亮登场，曾造成人们的困惑，认为是一场革命，但它还没有能力超越其基本规律，交换容量的决定了运行周期的宿命，只不过是商业炒作，几十万一吨的代价承受不了，预计会被打入冷宫。但在空冷机组中会有应用。中国人聪明总想走绝径，容易受到”美好的宣传。第34页，共54页，2022年，5月20日，17点43分，星期四通过化学的手段保证热力系统汽水溶解固体离子接近“零”杂质“纯净”并满足最佳的防护化学工况与材质不发生“任何”化学变化。高温高压汽水的品质和调质处理，时刻不停、无处不在地直接影响着热力汽水系统的腐蚀防护和安全，影响着机组的效益和可靠性。研究热力系统的汽水品

20、质和调质处理的技术，就是循环化学，它是电厂化学的永恒主题，循环化学的核心是给水炉水处理方式的选择、优化（理论研究和运行应用）。3.3 循环化学第35页，共54页，2022年，5月20日，17点43分，星期四循环化学的内容：热力系统的腐蚀与防护、给水、炉水处理与优化处理、化学清洗除垢、化学仪表，发电机冷却水处理、凝结水处理等。 第36页，共54页，2022年，5月20日，17点43分，星期四超临界直流炉超超临界机组亚临界汽包炉现状：以挥发性的还原性处理为主，少量的弱氧化处理的成功应用。趋势：转变技术概念，提高监督水平，全面改变弱氧化处理。趋势：超超临界机组不仅是压力等级的升高，伴随压力的升高，其

21、要求的材质的不同，管经变小，单管的通流面积变小，管厚增加，过热蒸汽和再热蒸汽管道增设了许多截留孔板，过热器的承受的温度升高。这些改变，要求水工况和循环化学处理的水平的提升，更重要的是处理理念的改变。使用氧化性处理是其必然。现状：设计加氧处理，因启动水质未满足加养条件，直至未敢使用加氧处理。第37页，共54页，2022年，5月20日，17点43分，星期四最佳最理想的处理方式就是加氧处理，但因为监督、检测水平以及基建水质问题，特别是过热器再热器的氧化皮问题，加氧的风险，弱氧化处理的性价比可能更高。第38页，共54页，2022年，5月20日，17点43分，星期四在循环化学中一个重要的难题是高温受热面

22、氧化皮的形成机理和控制研究。研究表明：超临界机组高温受热面（过热器、再热器）氧化皮的快速形成和脱落是造成机组非计划停运的主要原因。超(超)临界机组氧化皮剥落是公认的国际性问题，从最早在苏格兰运行机组上发现导致短期过热爆管的诱因源于氧化皮剥落，至今已有40余年的历史。而在同时期，美国、加拿大和日本也在关注因氧化皮剥落造成的汽轮机固体颗粒侵蚀(SPE)问题及爆管问题。第39页，共54页，2022年，5月20日，17点43分，星期四第40页，共54页，2022年，5月20日，17点43分，星期四第41页，共54页，2022年，5月20日，17点43分，星期四在机理研究方面国内外已取得一些成果和共识，

23、但还没有找到一条解决问题的理想之路。关于氧对氧化皮的形成和脱落的机理方面的论述还很模糊。而近几年来，随着我国一大批超临界、超超临界机组的不断投产，目前国内已经有近30家电厂先后出现了相当严重的氧化皮剥落事故，可以预期随着大容量、高参数机组运行时间的延长和越来越多的机组承担调峰运行，不锈钢过热器和再热器内壁氧化皮剥落问题将变得更加突出。 有必要研究高温蒸汽氧化皮生长、剥落的机理、以期能寻找到一些综合防治措施和处理对策，达到部分控制或减轻氧化皮剥落对机组正常运行影响的目的。 第42页，共54页，2022年，5月20日，17点43分，星期四3.4电力化学（电网部分）内容方法油气监测测，地网防腐和监测

24、。利用故障引起的化学现象，以及化学因素引起的故障现象，分析判断、预警故障，减少风险。接地网腐蚀风险评价与腐蚀防护；变压器、开关用油、气的分析与诊断。电网化学随智能电网(特高压电网为骨干网架，各级电网协调发展，具有信息化、自动化、互动化特征的坚强电网)的出现，对断路器、开关、组合电器（GIS)的介质SF6品种及相关分解产物在线、实时监测，以判断和控制故障风险；据研究其监测系统的费用与被测设备相当。目前的监测装备水平还没有达到实用要求。当前用的基于电化学传感器的分解产物测试仪。其检测上限高，不利于早期故障诊断，而且不能用于在线监测。第43页，共54页，2022年，5月20日，17点43分，星期四G

25、IS照片第44页，共54页，2022年，5月20日，17点43分，星期四目前的监测装备水平还没有达到实用要求。当前用的基于电化学传感器的分解产物测试仪。其检测上限高，不利于早期故障诊断，而且不能用于在线监测。随着智能电网的出现，对断路器、开关、组合电器（GIS）的介质SF6品种及相关分解产物在线、实时监测，以判断和控制故障风险；据研究其监测系统的费用与被测设备相当。第45页，共54页，2022年，5月20日，17点43分，星期四对于变压器油的在线检测方面，在线色谱技术已规模使用，能够测试油中大部分故障气体，但对于糠醛和其它故障气体等还难以监测。发展趋势是：在介质的分解产物检测方面，研究生产光学

26、原理检测装置。（据了解国内已有公司利用激光量子阱技术实现了对CO、O2、H2O、HF，SO2等的测试，测试下限在ppb级）这个技术可以实现在线非接触检测，研究寻找故障特征气体和量的研究工作一直在进行。第46页，共54页，2022年，5月20日，17点43分，星期四在地网腐蚀和防腐方面利用电化学技术已获得一定的效果，但对其的腐蚀状况的监测方面一直没有太大的进展，传统的腐蚀理论和检测方法，不能解决问题。需要研究新的方法，用新的思路来解决。在变压器油的在线监测方面，研究利用新的技术的路子一直没有停止，最近我院与清华合作利用增强激光拉曼光谱技术测试油中故障气体的尝试取得了一点进展。但路途依然遥远。第47页，共54页，2022年，5月20日，17点43分，星期四河南院化学专业正在研究的课题1 循环化学经过多年的持续的研究和创新，已经形成了数量可观的核心技术，如正在进行的超临界机组给水弱氧化处理研究，汽包炉磷酸盐炉水腐蚀性酸根阴离子在线测定方法和装置的研究等课题，以及多项专利。但该方向会作为我们化学专业的战略重点，会一直关注最新技术动向，在某些领域引领技术的发展方向；高参数机组过热器氧化皮形成的机理