超臨界新機(jī)組高加汽側(cè)系統(tǒng)的化學(xué)清洗

馮禮奎，于志勇

（浙江省電力試驗(yàn)研究院，杭州 310014）

超臨界新機(jī)組高加汽側(cè)系統(tǒng)的化學(xué)清洗

馮禮奎，于志勇

（浙江省電力試驗(yàn)研究院，杭州 310014）

高加汽側(cè)系統(tǒng)化學(xué)清洗對提高新建機(jī)組給水品質(zhì)和降低鍋爐結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)有重要作用。以樂清電廠1號機(jī)組為例，介紹了高加汽側(cè)清洗方式和控制要點(diǎn)。根據(jù)高加汽側(cè)系統(tǒng)特點(diǎn)和設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，高加汽側(cè)系統(tǒng)宜采取堿洗+水沖洗方式清洗。清洗過程控制關(guān)鍵點(diǎn)是防止固態(tài)雜物和清洗液在汽側(cè)系統(tǒng)沉積和殘留。水質(zhì)跟蹤監(jiān)測及對比結(jié)果表明，汽側(cè)系統(tǒng)清洗對提高新機(jī)組高加疏水水質(zhì)效果明顯，高加汽側(cè)系統(tǒng)采取堿洗工藝清洗安全、可行、有效。

超臨界機(jī)組；高壓加熱器；汽側(cè)系統(tǒng)；化學(xué)清洗

1 清洗的必要性

爐前系統(tǒng)清潔度不夠是眾多新投產(chǎn)超（超）臨界機(jī)組鍋爐結(jié)垢和汽輪機(jī)葉片積鹽速率偏高的重要原因。高壓加熱器（簡稱高加）汽側(cè)系統(tǒng)作為爐前熱力系統(tǒng)的重要組成部分，系統(tǒng)中留存的腐蝕產(chǎn)物、泥砂等雜物對結(jié)垢積鹽的“貢獻(xiàn)”不可小視，受系統(tǒng)特點(diǎn)和運(yùn)行方式限制，汽側(cè)系統(tǒng)與水側(cè)相比雜物更容易進(jìn)入鍋爐，使鍋爐面臨結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)：

（1）高加汽側(cè)系統(tǒng)在投運(yùn)前不能進(jìn)行人工清理或冷、熱態(tài)水沖洗，系統(tǒng)內(nèi)雜物只能在機(jī)組熱態(tài)運(yùn)行過程中被疏水逐漸攜帶進(jìn)入水系統(tǒng)。

（2）正常情況下高加疏水回收到除氧器，疏水不經(jīng)精處理系統(tǒng)處理直接進(jìn)入鍋爐。雖然也可以經(jīng)事故疏水管臨時(shí)回收到凝汽器再經(jīng)精處理系統(tǒng)處理或直接外排，但處理水量受到凝汽器相關(guān)參數(shù)限制。

（3）高加汽側(cè)投入通常是在機(jī)組達(dá)到一定負(fù)荷之后，對于超臨界鍋爐一般已經(jīng)轉(zhuǎn)直流狀態(tài)運(yùn)行，鍋爐排污關(guān)閉，熱負(fù)荷較高，疏水所攜雜質(zhì)進(jìn)入鍋爐后無法排出，而在鍋爐內(nèi)沉積的可能性很高。隨著機(jī)組負(fù)荷升高，疏水?dāng)y帶雜質(zhì)能力增強(qiáng)，鍋爐結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)大增。

新機(jī)組都采取化學(xué)清洗方式提高爐前熱力系統(tǒng)清潔度，通常爐前系統(tǒng)清洗重點(diǎn)在水側(cè)系統(tǒng)，高加汽側(cè)系統(tǒng)因?yàn)橄到y(tǒng)復(fù)雜、清洗困難，或被認(rèn)為影響有限等原因不被列入清洗范圍，而是通過制造、安裝過程中的管理來保證清潔度。對于超臨界或更高參數(shù)機(jī)組，特別是設(shè)置雙列高加系統(tǒng)的大容量機(jī)組，僅通過制造和安裝階段的保護(hù)措施來保證清潔度顯然不夠，從嚴(yán)格控制給水品質(zhì)、降低鍋爐結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)目的出發(fā)，對高加汽側(cè)系統(tǒng)進(jìn)行化學(xué)清洗是非常必要的。

2 清洗工藝

以樂清發(fā)電廠1號機(jī)組為例，高加為單列、3臺串聯(lián)，臥式布置，采用U型換熱管，換熱管材質(zhì)為不銹鋼，3臺高加設(shè)計(jì)最大汽側(cè)流量之和為300 t/h。高加汽側(cè)清洗最大的困難是高加汽側(cè)系統(tǒng)設(shè)備結(jié)構(gòu)和管系復(fù)雜，清洗方案應(yīng)充分考慮設(shè)備結(jié)構(gòu)和管道布置特點(diǎn)，在保證設(shè)備安全的前提下確定合理的清洗工藝，設(shè)計(jì)合適的清洗系統(tǒng)，以達(dá)到最佳清洗效果。

2.1 清洗工藝選擇

首次投用前熱力系統(tǒng)中的雜物以泥砂、焊渣、金屬氧化物和少量油脂為主。綜合分析系統(tǒng)雜質(zhì)類型、清洗安全性和操作可行性，確定高加汽側(cè)系統(tǒng)采用堿洗+水沖洗工藝，不考慮酸洗工藝。

通過水沖洗將固態(tài)雜物帶出，通過堿洗去除油脂、部分硅化合物以及疏松鐵銹。不進(jìn)行酸洗主要是考慮到高加汽側(cè)酸洗有較大風(fēng)險(xiǎn)，首先高加汽側(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，與外界接口較多，且有多段U型管，難以確保酸洗期間相關(guān)設(shè)備完全隔離和死角不殘留酸液；其次疏水管與加熱器汽側(cè)通流面積比疏水管要大得多，若要保證汽側(cè)酸液流速，勢必造成疏水管內(nèi)流速過高，疏水管腐蝕速率難以控制；另外汽側(cè)系統(tǒng)中表面積最大的換熱管為不銹鋼材質(zhì)，基本無銹蝕。衡量酸洗的風(fēng)險(xiǎn)與效益，最終選擇不進(jìn)行酸洗，只進(jìn)行堿洗。

2.2 清洗系統(tǒng)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)清洗系統(tǒng)時(shí)將爐前水系統(tǒng)與高加汽側(cè)整體考慮，根據(jù)高加汽側(cè)及疏水管設(shè)計(jì)和布置，用臨時(shí)管道將除氧器入口與1號高加事故疏水管連通，高加汽側(cè)串入爐前清洗系統(tǒng)，如圖1所示。

爐前清洗完整的堿洗循環(huán)回路為：除氧器水箱→汽泵前置泵→高加水側(cè)→省煤器入口→臨時(shí)管→凝泵出口管→低加水側(cè)→臨時(shí)管→高加汽側(cè)→除氧器水箱。

圖1 高加水、汽側(cè)堿洗流程圖

高加汽側(cè)堿洗液走向?yàn)椋?號低加水側(cè)→1號高加危急疏水管→1號高加汽側(cè)→疏水管→2號高加汽側(cè)→疏水管→3號高加汽側(cè)→疏水管→除氧器水箱。

清洗前將各加熱器抽汽管上隔離閥和逆止閥完全關(guān)閉，防止清洗液或熱蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)，抽去疏水管上各調(diào)節(jié)閥閥芯以便提高清洗流量。

3 清洗工藝控制

3.1 堿洗前水沖洗

由于加熱器汽側(cè)無法進(jìn)行人工清理，汽側(cè)系統(tǒng)水沖洗時(shí)要特別考慮加熱器內(nèi)部構(gòu)造對沖洗效果的影響，避免雜物在容器內(nèi)沉積。圖2為高加內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，高加正常疏水從疏冷段引出，疏水引出口位置高出容器底部一段距離，事故疏水管口則在容器底部。要使容器內(nèi)固態(tài)雜物能被沖洗水帶出，沖洗過程中必須從正常疏水管進(jìn)水，從事故疏水管排水。

圖2 高加內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

為保證除氧器水箱和高加汽側(cè)承壓安全，沖洗動力選擇壓力較低的凝結(jié)水輸送泵。沖洗過程中不斷變動流量加強(qiáng)水流擾動以提高沖洗效果，最大沖洗流量約500 t/h。

高加汽側(cè)按如下方式進(jìn)行沖洗：拆除3號高加至除氧器疏水管上逆止閥閥芯，除氧器水箱沖洗干凈后由凝結(jié)水輸送泵向除氧器上水至水箱滿水，繼續(xù)進(jìn)水使沖洗水通過3號高加正常疏水管進(jìn)入到3號高加。3臺高加采取逐個沖洗方式，3號高加進(jìn)水后從事故疏水管排放，反復(fù)進(jìn)水、排水，直到排水澄清透明、無顆粒雜物后關(guān)閉事故疏水排放，沖洗水從2號高加正常疏水管進(jìn)入到2號高加，同樣方法將2號高加汽側(cè)沖洗干凈后再沖洗1號高加。最終串沖走向?yàn)椋耗敱谩跗魉洹?號高加疏水管→3號高加→2號高加疏水管→2號高加→1號高加疏水管→1號高加→1號高加事故疏水管→凝汽器熱井→排放。

3.2 堿洗過程控制

堿洗采用復(fù)合磷酸鹽，高加汽側(cè)與爐前水側(cè)系統(tǒng)串聯(lián)堿洗，堿洗過程中從提高堿液溫度和循環(huán)流速兩方面提高清洗效果，維持堿洗溫度90～95℃，循環(huán)流量600 t/h（大于最大疏水流量），較高的溫度和流速有助于管壁疏松附著物剝離。堿洗期間控制高加汽側(cè)在滿水狀態(tài)，對堿液濃度、pH值、硅含量變化進(jìn)行監(jiān)測。

3.3 堿洗后水沖洗

堿洗后水沖洗是高加汽側(cè)清洗過程中非常關(guān)鍵的一步，堿洗過程中產(chǎn)生的沉積物和殘留堿液必須在此過程中得以清除，否則不僅達(dá)不到清除雜物目的，殘留堿液還會成為新的污染物，影響機(jī)組啟動后的疏水水質(zhì)。

堿洗結(jié)束后先排盡汽側(cè)系統(tǒng)堿液。采用除鹽水進(jìn)行沖洗，沖洗方式同堿洗前水沖洗一樣，并特別注意控制加熱器汽側(cè)滿水位。在水側(cè)系統(tǒng)和除氧器沖洗合格后沖洗高加汽側(cè)。沖洗合格標(biāo)準(zhǔn)為排水各項(xiàng)檢測指標(biāo)與進(jìn)水接近，pH值7.0左右，鈉離子小于10μg/L，鐵離子小于10μg/L。

3.4 清洗后的保養(yǎng)

考慮高加汽側(cè)備用時(shí)間較長、當(dāng)?shù)匮睾夂颦h(huán)境特點(diǎn)和設(shè)備安裝調(diào)試進(jìn)度等因素，高加汽側(cè)、水側(cè)在清洗后均采用氨+聯(lián)胺保養(yǎng)液進(jìn)行濕法保護(hù)。將各高加汽側(cè)注滿保養(yǎng)液后隔離汽側(cè)相連所有閥門，保持系統(tǒng)密封，保養(yǎng)期間定期監(jiān)測pH值及聯(lián)胺濃度，保養(yǎng)期間禁止相關(guān)設(shè)備的操作以保持系統(tǒng)密封性。

4 清洗效果

為判斷高加汽側(cè)清洗是否有效，對高加投運(yùn)后的疏水水質(zhì)進(jìn)行了跟蹤監(jiān)測，并與同類型但未進(jìn)行高加汽側(cè)清洗的蘭溪發(fā)電廠2號機(jī)組進(jìn)行對比，疏水水質(zhì)及變化趨勢分別見表1、表2。

表1 樂清電廠1號機(jī)組高加疏水水質(zhì)變化

表2 蘭溪電廠2號機(jī)組高加疏水水質(zhì)變化

從疏水水質(zhì)改善速度來看，樂清1號機(jī)組高加疏水水質(zhì)改善速度明顯較快，汽側(cè)連續(xù)運(yùn)行48 h后疏水中鐵、二氧化硅等監(jiān)督指標(biāo)達(dá)到基建階段合格標(biāo)準(zhǔn)，而蘭溪2號機(jī)組高加汽側(cè)在運(yùn)行96 h后疏水仍不能完全合格。比較高加投入初期的疏水水質(zhì)，樂清1號機(jī)組高加疏水鐵和二氧化硅指標(biāo)要好于蘭溪2號機(jī)組，但前者鈉離子含量在投運(yùn)初期一度上升到72μg/L，說明汽測系統(tǒng)堿洗后的水沖洗不夠徹底，系統(tǒng)中有堿液殘留。總體上比較，在高加氣側(cè)系統(tǒng)首次投運(yùn)后疏水水質(zhì)和水質(zhì)改善速度方面，樂清1號機(jī)組表現(xiàn)明顯好于蘭溪電廠2號機(jī)組。

5 總結(jié)與建議

樂清電廠1號機(jī)組高加汽側(cè)系統(tǒng)清洗的實(shí)施過程以及高加投運(yùn)后的水質(zhì)情況表明，高加汽側(cè)系統(tǒng)采用堿洗清洗工藝是安全、可行的，對改善新機(jī)組投運(yùn)后的高加疏水水質(zhì)有明顯效果，而且臨時(shí)系統(tǒng)簡單、清洗成本低，新機(jī)組通過這種簡單有效的清洗方式，可以實(shí)現(xiàn)以少量的投入達(dá)到提升水汽品質(zhì)、降低熱力系統(tǒng)結(jié)垢和積鹽風(fēng)險(xiǎn)的目的。

高加汽側(cè)系統(tǒng)由于管道布置復(fù)雜，設(shè)備結(jié)構(gòu)特殊，必須要在充分了解設(shè)備結(jié)構(gòu)及管系特點(diǎn)的基礎(chǔ)上確定合理的清洗工藝、操作方式和控制標(biāo)準(zhǔn)，并特別注意以下幾點(diǎn)：

（1）在不能保證酸液有效循環(huán)、排放沖洗徹底和相連設(shè)備安全隔離的前提下不宜進(jìn)行酸洗。

（2）充分考慮高加汽側(cè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，制定的清洗方案要能夠保證固態(tài)雜物不在加熱器內(nèi)部沉積。

（3）清洗過程最后一步水沖洗必須徹底，防止沉積物和清洗液在系統(tǒng)內(nèi)殘留成為新的污染源。

（4）重視基建期間汽側(cè)系統(tǒng)備用保養(yǎng)，避免系統(tǒng)長時(shí)間暴露在空氣中發(fā)生二次銹蝕。

[1]方慶安，葉春松.豐城電廠4號機(jī)組爐前系統(tǒng)化學(xué)清洗[J].熱力發(fā)電，2002（2）∶64-66.

[2]傅敏.高壓加熱器的結(jié)構(gòu)及運(yùn)行[J].電站輔機(jī)，1995（4）∶16-20.

（本文編輯：陸 瑩）

Chemical Cleaning of HP Heater Steam-side System for New Supercritical Units

Feng Li-kui，Yu Zhi-yong
（Zhejiang Electric Power Test and Research Institute，Hangzhou 310014，China）

Chemical cleaning of HP heater steam-side system plays an important role in enhancing the quality of feed water of new units and reducing the risk of boiler scale deposit.This paper introduces the method of steam-side cleaning for HP heater and control keypoints combined with the case of Unit 1 of Yueqing Power Plant.Alkali cleaning and water washing method is suitable for it based on the characteristics of the HP heater steam-side system and equipment structure.The key point for cleaning control is to prevent the solid matter deposit and cleaning agent residue.It indicates that steam-side system cleaning is effective in improving the quality of HP heater drainage of new units and the alkali cleaning is safe,feasible and effective based on the resultofwater quality monitoring and comparison.

supercritical units；HP heater；steam-side system；chemical cleaning

TM621.8

B

1007-1881（2010）09-0050-04

2010-01-25

馮禮奎(1977-)，男，湖北廣水人，工程師，從事發(fā)電廠化學(xué)與環(huán)保專業(yè)試驗(yàn)研究工作。