鍋爐化學(xué)清洗中鈍化工藝選擇

呂茹

(山東百年電力發(fā)展股份有限公司，山東龍口265700)

0 引言

山東百年電力公司3～6號鍋爐均為武漢鍋爐廠生產(chǎn)的汽包鍋爐，投運于上世紀90年代，3號、4號鍋爐型號為WGZ-670/140-2型，6號鍋爐為WGZ-670/13.7-6型，爐水采用低磷酸鹽處理工藝。由于鍋爐結(jié)垢量和清洗年限均已達到清洗要求，于2007—2009年分別進行了化學(xué)清洗，其中6號，3號鍋爐采用的是聯(lián)氨鈍化工藝，而4號鍋爐采用過氧化氫工藝。這兩種不同的鈍化工藝給鍋爐啟動后的爐水水質(zhì)帶來截然不同的影響，6號和3號鍋爐啟動后水質(zhì)較長時間沒有恢復(fù)，6號鍋爐隨后還出現(xiàn)了嚴重的磷酸鹽隱藏現(xiàn)象，而4號鍋爐啟動后水質(zhì)很快轉(zhuǎn)入正常狀態(tài)。

1 鍋爐運用聯(lián)氨鈍化工藝實例

1.1 6號鍋爐

2007年，6號鍋爐化學(xué)清洗，采用聯(lián)氨工藝進行鈍化。清洗結(jié)束后驗收，除垢率92.53%，金屬腐蝕速率3.30 g/(m2·h)，因測試方法所限沒有對鈍化膜的質(zhì)量進行檢驗。鍋爐啟動后，爐水呈渾濁狀，pH值最低5.98，鐵含量最大21 250 ug/L。經(jīng)大量排污換水、添加磷酸三鈉和氫氧化鈉，爐水水質(zhì)在鍋爐點火46 h之后轉(zhuǎn)入正常。此后，爐水磷酸鹽含量持續(xù)偏低(0.4 mg/L以下，有時甚至檢測不到)，出現(xiàn)了較嚴重的磷酸鹽隱藏現(xiàn)象，在機組升降負荷時，磷酸鹽含量最大相差約10幾倍。在隨后的幾個月內(nèi)，通過進行多次模擬小試及現(xiàn)場調(diào)整試驗，將爐水處理方式調(diào)整為低氫氧化鈉處理，在運行中使鋼鐵逐步產(chǎn)生永久性鈍化膜，從而減緩鍋爐腐蝕，爐水磷酸鹽隱藏現(xiàn)象逐步得以消除。

1.2 3號鍋爐

2008年，3號鍋爐化學(xué)清洗，清洗工藝與6號鍋爐相同，也是采用聯(lián)氨進行鈍化。驗收時用酸性硫酸銅點滴試驗檢驗鈍化膜耐蝕性，各點變色時間均小于10 s。開機后黑渾樣水持續(xù)了2天，經(jīng)大量排污換水之后，爐水肉眼看起來澄清，過濾后有細微顆粒狀黑渣，給水、凝結(jié)水、蒸汽的SiO2含量超標。之后，利用機組調(diào)峰停運的機會進行了整爐換水，重新點火后采取了對鍋爐啟動過程中進行低濃度堿煮洗方案，向爐內(nèi)加入磷酸三鈉和氫氧化鈉的混合液，控制磷酸根含量為8～10 mg/L，pH值10～11，煮洗48 h，期間每隔4 h底部排污1次。之后，爐水水質(zhì)逐步得到改善，給水、凝結(jié)水、蒸汽的各項指標均在合格范圍內(nèi)。鍋爐轉(zhuǎn)入正常運行階段后，吸取6號鍋爐經(jīng)驗，對爐水采用了低氫氧化鈉處理方式，沒有發(fā)生磷酸鹽隱藏現(xiàn)象。

1.3 推論

在鍋爐化學(xué)清洗中，鈍化階段是非常重要的一個環(huán)節(jié)。無論采用無機酸還是有機酸進行鍋爐化學(xué)清洗，在除去各種垢類和腐蝕產(chǎn)物的同時，也使金屬表面轉(zhuǎn)化為活化狀態(tài)，極易產(chǎn)生腐蝕。6號、3號鍋爐化學(xué)清洗后出現(xiàn)的爐水含鐵量持續(xù)超標以及磷酸鹽隱藏等異?，F(xiàn)象，說明鍋爐化學(xué)清洗鈍化階段沒有在金屬內(nèi)表面形成有效、完整的鈍化膜，致使裸露部分的金屬出現(xiàn)腐蝕所致。由此可見，在鍋爐化學(xué)清洗工作中，鈍化階段是非常重要的一個環(huán)節(jié)，如果鈍化工藝選擇不當，將影響整個清洗的效果，甚至導(dǎo)致清洗工作的失敗。

鈍化質(zhì)量不好給后續(xù)化學(xué)監(jiān)督工作帶來許多問題。鍋爐清洗工作中鈍化質(zhì)量不好將直接影響啟動后的水汽品質(zhì)，如爐水鐵含量偏高、磷酸鹽隱藏等異?，F(xiàn)象均可能發(fā)生，從而導(dǎo)致鍋爐熱力系統(tǒng)的腐蝕、結(jié)垢與積鹽，為此，化學(xué)監(jiān)督工作者就要付出很多的心血對爐水水質(zhì)進行調(diào)整、恢復(fù)。

2 鍋爐運用過氧化氫鈍化工藝實例

連續(xù)兩臺鍋爐的化學(xué)清洗工作均不成功給我們敲響了警鐘。2009年4月，在4號鍋爐即將清洗之前，作為清洗工作的業(yè)主單位，主動進行大量小試，并參與了鍋爐整個清洗方案的制定，對每個工藝尤其是鈍化工藝進行了實驗、篩選，最終和乙方達成一致，在4號鍋爐化學(xué)清洗中選用過氧化氫鈍化工藝。5月10日、11日，4號鍋爐化學(xué)清洗工作順利完成，過氧化氫鈍化工藝的可靠性得到了充分的驗證。

2.1 鈍化工藝小型試驗

對于汽包鍋爐來說，常見的鈍化方法有聯(lián)氨法、亞硝酸鈉法、過氧化氫法和丙酮肟法等。丙酮肟成本太高，亞硝酸鈉不符合環(huán)保要求，因此我們選用聯(lián)氨法和過氧化氫法進行比較性小試。

2.1.1 試驗方法

將用氨基磺酸清洗干凈并用檸檬酸漂洗過的4號鍋爐水冷壁管樣分別放入500 mL盛有一定濃度的聯(lián)氨和過氧化氫溶液的燒杯內(nèi)，燒杯放入恒溫水浴堝中，根據(jù)表1要求調(diào)整溶液溫度、pH值，采用浸泡模擬試驗法，分別對聯(lián)氨和過氧化氫兩種鈍化方法進行試驗。在試驗過程中，每30 min測試溶液pH值、聯(lián)氨含量，一旦低于工藝要求立即進行調(diào)整、補加(因試驗時測試過氧化氫含量的藥品不全，試驗過程中沒有對過氧化氫含量進行檢測，也沒有對其進行補加)。鈍化結(jié)束后，將試驗管樣取出暴露于大氣中，觀察管樣。

表1 聯(lián)氨和過氧化氫鈍化工藝控制條件

2.1.2 試驗結(jié)果

小型試驗結(jié)果見表2。

表2 聯(lián)氨和過氧化氫鈍化工藝試驗結(jié)果

2.1.3 試驗結(jié)果分析

從試驗結(jié)果可看出，兩種鈍化工藝形成的鈍化膜，過氧化氫明顯優(yōu)于聯(lián)氨。

根據(jù)上述試驗結(jié)果，加之工期時間要求，確定在4號鍋爐化學(xué)清洗中使用過氧化氫鈍化工藝。

2.2 4號鍋爐清洗鈍化工藝實例

2.2.1 鈍化過程

5月11日，在對4號鍋爐進行氨基磺酸清洗、檸檬酸漂洗之后，加氨水調(diào)節(jié)pH值至9.5～10，然后加入過氧化氫至0.5%，溫度維持在53～57℃，對鍋爐開始進行鈍化。鈍化過程中每30 min化驗pH、溫度、H2O2含量，不滿足工藝要求時立即進行調(diào)整、補加。6 h后，排空鈍化液，立即打開汽包人孔門并拆除臨時系統(tǒng)進行通風(fēng)干燥。

由于過氧化氫容易分解，我們建議在清洗泵入口處采用耐腐蝕插桶泵加入，使過氧化氫直達被鈍化金屬的表面。清洗公司因故沒有采納我們的建議，實際操作時，過氧化氫由人工自清洗箱頂部加入，實際加入量約為0.6%。

2.2.2清洗效果檢查

(1)汽包內(nèi)部狀況如圖1所示。自旋風(fēng)分離器百葉窗以上部位呈不均勻銹色，其余部位呈銀灰色，無殘余垢。汽包底部有少量黑色沉積物，進行了人工清理。

圖1 化學(xué)清洗后汽包內(nèi)狀況

(2)水冷壁內(nèi)部如圖2所示。內(nèi)壁呈灰色，鈍化膜完整，無二次銹蝕，無過洗現(xiàn)象。對水冷壁管進行了殘余垢量分析，清洗除垢率為96.57%，鈍化膜酸性CuSO4點滴試驗，變色時間為13～22 s，鈍化膜耐蝕性檢驗為優(yōu)良。

圖2 化學(xué)清洗后的水冷壁管

(3)下聯(lián)箱內(nèi)壁呈灰色，個別部位有浮銹，底部有少量黑色沉積。

(4)金屬平均腐蝕速率為3.18 g/(m2·h)。

上述檢查結(jié)果符合DL/T794-2001《火電廠鍋爐化學(xué)清洗導(dǎo)則》要求，對本次鍋爐化學(xué)清洗質(zhì)量評定為優(yōu)良。

2.2.3 鍋爐化學(xué)清洗后的啟動

5月18日，4號鍋爐點火，初始給水、爐水渾濁，過濾后有細小黑灰色顆粒，其pH值7.79，鐵含量為1 800 ug/L。向爐內(nèi)連續(xù)加氫氧化鈉，同時開大連排，加強定排，6 h后爐水澄清，pH值為9.30，鐵含量為139 ug/L，至滿負荷8 h，爐水、給水、凝結(jié)水、蒸汽等各水質(zhì)均已合格。之后，爐水處理轉(zhuǎn)為正常運行階段的低磷酸鹽處理。自開始統(tǒng)計汽水品質(zhì)合格率開始至6月20日1個月的時間內(nèi)，爐水鐵含量平均值為112.8 ug/L(共測試16次，剔除1次因細小黑渣影響出現(xiàn)的峰值)，之后爐水鐵含量一直在10～30 ug/L之間，未出現(xiàn)磷酸鹽隱藏現(xiàn)象，其他水質(zhì)均在期望值范圍內(nèi)。

3 兩種鈍化工藝比較

1)從鈍化膜質(zhì)量來看，過氧化氫鈍化工藝優(yōu)于聯(lián)氨。

2)從鍋爐化學(xué)清洗后水質(zhì)恢復(fù)情況來看，過氧化氫鈍化工藝明顯優(yōu)于聯(lián)氨鈍化。

3)從鈍化階段用時來看，聯(lián)氨鈍化工藝用時48 h，過氧化氫鈍化僅用時6 h，對于清洗工期緊張的鍋爐顯然過氧化氫工藝是較佳選擇。

4)聯(lián)氨鈍化溫度較高，90～95℃，過氧化氫鈍化溫度較低，53～57℃。從鍋爐安全的角度考慮，汽包內(nèi)溫度應(yīng)小于50℃才允許打開汽包人孔門，若清洗結(jié)束急于打開汽包檢查清洗結(jié)果，過氧化氫顯然是較好選擇。

5)聯(lián)氨毒性較強，而過氧化氫是環(huán)境友好型化學(xué)藥劑。

4 結(jié)論

在鍋爐化學(xué)清洗工作中，鈍化工藝是非常重要的一個環(huán)節(jié)，應(yīng)引起業(yè)主和清洗單位的高度重視。

過氧化氫法是一種溫度較低且鈍化效果較好的鈍化工藝，無環(huán)境污染，成本低，時間較短，是一種值得推廣的鈍化劑。

[1]竇照英.電力工業(yè)清洗技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2004.