化學(xué)清洗技術(shù)在韶鋼煤氣鍋爐的應(yīng)用

劉耀輝

（寶鋼集團(tuán)廣東韶關(guān)鋼鐵有限公司，廣東 韶關(guān) 512123）

化學(xué)清洗技術(shù)在韶鋼煤氣鍋爐的應(yīng)用

劉耀輝

（寶鋼集團(tuán)廣東韶關(guān)鋼鐵有限公司，廣東 韶關(guān) 512123）

鍋爐化學(xué)清洗是指通過加入化學(xué)藥劑的水溶液與鍋爐汽水系統(tǒng)中的腐蝕物、沉積物、水垢等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使鍋爐受熱面內(nèi)表面清潔，并在金屬表面形成一層鈍化膜的方法。鍋爐定期進(jìn)行化學(xué)清洗后，可一定程度的提高鍋爐熱效率、改善機(jī)組水汽品質(zhì)，有效防止受熱面發(fā)生爆管和水循環(huán)事故，保證鍋爐安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行。

鍋爐；垢量；清洗；機(jī)理；效果

1 概述

韶鋼共有 5臺(tái)煤氣鍋爐發(fā)電機(jī)組，其中 4#鍋爐為2005年 11月投產(chǎn)，3#鍋爐為 2009年 9月投產(chǎn)，3#、4#鍋爐是運(yùn)行年限最長的兩臺(tái)煤氣鍋爐。

2016年 4月 22日 20：06分 3#鍋爐水冷壁出現(xiàn)爆管停爐事故，其外觀形貌如圖1所示，圖中箭頭所指為爆管水冷壁管子表面一個(gè)因爆破形成的孔洞。同年6月，由廣東省特種設(shè)備檢測(cè)研究院對(duì) 4#鍋爐進(jìn)行內(nèi)檢，在前墻水冷壁爐右數(shù)第 8根，自爐膛底部往上 2.4～ 3m處進(jìn)行割管檢查內(nèi)壁結(jié)垢情況時(shí)，測(cè)得向火側(cè)垢量為920g/m2、背火側(cè)垢量為 860g/m2。2016年 8月，經(jīng)委托廣東省特種設(shè)備檢測(cè)研究院對(duì)3#鍋爐水冷壁管出現(xiàn)的爆破現(xiàn)象進(jìn)行失效原因分析，經(jīng)檢驗(yàn)垢量與 4#鍋爐類似。

圖1

2 清洗必要性分析

根據(jù)檢修統(tǒng)計(jì)，4#鍋爐上次化學(xué)清洗時(shí)間為 2005年 10月，3#鍋爐上次清洗時(shí)間為 2009年 8月，清洗間隔年限已超過 8年以上。綜上所述，3#、4#鍋爐水冷壁垢量和清洗間隔時(shí)間均已超過《火力發(fā)電廠鍋爐化學(xué)清洗導(dǎo)則》的規(guī)定值，必須進(jìn)行化學(xué)清洗，以提高鍋爐受熱面的有效換熱效率，保證鍋爐良好的水循環(huán)和汽水系統(tǒng)的清潔。鍋爐化學(xué)清洗必須由可靠的專業(yè)隊(duì)伍進(jìn)行。

3 鍋爐清洗技術(shù)方案（以 3#鍋爐為例）

3.1 清洗方案確定

水冷壁割管檢測(cè)（拉伸、電鏡掃描、金相分析），未發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重氫脆現(xiàn)象。經(jīng)過溶垢試驗(yàn)及垢樣檢測(cè)分析，水垢主要成分為氧化鐵垢，還有少量鈣、鎂垢及難溶氧化鐵層中的銅含量（這里銅含量高）。根據(jù)上述檢查結(jié)果，清洗隊(duì)伍最終采用鹽酸酸洗除垢加氨洗除銅清洗工藝進(jìn)行清洗，順序?yàn)樗嵯础毕础?/p>

3.2 化學(xué)清洗機(jī)理

3.2.1 鹽酸清洗機(jī)理

鍋爐水冷壁結(jié)垢以氧化鐵垢最為常見，氧化鐵垢的形成，主要與鍋爐水中含鐵量的大小和爐管上局部熱負(fù)荷的控制有關(guān)。鐵的化合物的形態(tài)主要是帶正電的膠態(tài)氧化鐵。當(dāng)水管上局部地區(qū)的熱負(fù)荷過高時(shí)，該部位的金屬表面因電子集中而帶負(fù)電。結(jié)果帶正電的氧化鐵微粒向帶負(fù)電的金屬表面聚集，便形成了氧化鐵垢。

鹽酸去除沉積物的機(jī)理有以下幾點(diǎn)。

（1）溶解作用。鹽酸能與緊靠金屬基體的 FeO與外表的 Fe3O4、Fe2O3等氧化物反應(yīng)生成溶于水的鹽。其反應(yīng)式如下：

鹽酸還能溶解碳酸鹽水垢，其反應(yīng)式如下

（2）剝離作用。鹽酸和一部分氧化物作用時(shí)，尤其是和 FeO反應(yīng)時(shí)，破壞了附著物和金屬的連接，致使附著物剝離下來。

（3）氣掀作用。鹽酸不僅能與碳酸鹽垢反應(yīng)產(chǎn)生CO2氣體，而且還能與夾雜在沉積物中的鐵微粒發(fā)生反應(yīng)放出氫氣，反應(yīng)如下：

這些氣體在逸出過程中，對(duì)附著物具有較大的掀動(dòng)力，使沉積物從管壁上脫落下來。

由上述可知，鹽酸清洗時(shí)，所發(fā)生的反應(yīng)不完全是附著物溶解的過程，還有使附著物從金屬表面脫落下來的作用。

3.2.2 氨洗除銅機(jī)理

氨洗過程中，銅離子在氨水中能生成穩(wěn)定的銅氨絡(luò)離子，過硫酸氨能促進(jìn)銅的溶解。其反應(yīng)如下：

3.3 化學(xué)清洗范圍

本次鍋爐清洗范圍：省煤器、汽包、水冷壁管、集中下降管（含分散降水管）、上下聯(lián)箱及連接管道（圖2）。

圖2

3.4 清洗前汽包和過熱器保護(hù)

清洗前汽包內(nèi)部裝置需拆除，下降管加裝節(jié)流孔板。過熱器注聯(lián)氨和氨水保護(hù)。在清洗箱配含聯(lián)氨200mg/L、用氨水調(diào) PH>9.5的除鹽水注入過熱器。

3.5 鍋爐鹽酸清洗工藝

鍋爐鹽酸清洗工藝如下：水沖洗→鹽酸清洗→清洗后除鹽水沖洗→氨洗除銅→ EDTA二鈉漂洗鈍化。

3.5.1 水沖洗

清洗系統(tǒng)沖洗合格后，利用清洗臨時(shí)系統(tǒng)，開啟循環(huán)泵進(jìn)行上水，依次切換循環(huán)回路，檢查循環(huán)是否正常，沖洗至排水澄清。

3.5.2 汽包內(nèi)清理、掛試片

把汽包底部的沉積物人工擦洗清除干凈。在汽包內(nèi)用帶絕緣皮的電纜線掛3片標(biāo)準(zhǔn)腐蝕試片，關(guān)閉汽包人孔門，確保嚴(yán)密。

3.5.3 清洗加溫、循環(huán)試驗(yàn)

利用清洗臨時(shí)系統(tǒng)進(jìn)行鍋爐上水，開循環(huán)泵，開啟清洗箱混合加熱裝置通入蒸汽加熱，溫升正常。

3.5.4 加入緩蝕劑

緩蝕劑濃度為：0.3%～ 0.5%IS-129。循環(huán) 40分鐘左右，確定各回路緩蝕劑濃度基本均勻。

3.5.5 酸洗

緩蝕劑循環(huán)均勻后，立即加入工業(yè)鹽酸。鹽酸與水稀釋混合，通過濃酸加藥泵加入到清洗循環(huán)箱內(nèi)，濃酸加酸速度控制在清洗循環(huán)泵出口酸濃度不超過 8%。酸加完后加 0.5%的氟化氫銨，在加藥箱中溶解后打入循環(huán)系統(tǒng)。

加酸到酸洗液中鹽酸濃度為 6%～ 7%,并用蒸汽加溫至 50℃ ±5℃ ,循環(huán) 1～ 2h。按要求切換循環(huán)回路。

酸洗分析項(xiàng)目為： ① 鹽酸濃度；② Fe3+和 Fe2+；③ 溫度。

終點(diǎn)判斷：鍋爐出口（回酸口）：酸濃度趨于穩(wěn)定，間隔二次酸濃度變化小于 0.2%；Fe3+濃度上升到最高峰，并趨于下降；取出監(jiān)視管，檢查清洗狀況基本清洗干凈。在酸洗過程中，如果 Fe3+>300mg/L時(shí)，應(yīng)加入還原劑Vc-Na降低 Fe3+濃度。

3.5.6 酸洗后水沖洗

酸洗結(jié)束后，開排水閥和補(bǔ)水閥，可先用工業(yè)水沖洗，再用除鹽水沖洗，直至出口 ΣFe＜ 50mg/L，pH≥ 4.0～ 4.5。

3.5.7 氨洗

酸洗后水沖洗合格后，迅速加氨水 ,氨水濃度1.3% ～ 1.5%， 再 加 過 硫 酸 銨0.75%,清洗溫度：25～ 30℃，清洗流速：0.2～ 1 m/s，清洗時(shí)間：1～ 2 h。

3.5.8 漂洗、鈍化

氨洗結(jié)束，水沖洗至 pH在 7.0左右。

加緩蝕劑：0.05%～ 0.1%；循環(huán) 40min，開蒸汽加溫到 70℃左右。加 EDTA二鈉： 0.3%～ 0.4%；聯(lián)氨1000mg/L；用工業(yè)氨水調(diào) pH值 :9.0～ 10；加溫到 80～ 90℃；按回路進(jìn)行漂洗、鈍化。時(shí)間 : 4～ 5h（視監(jiān)視管檢查結(jié)果而定）。

3.5.9 廢液處理

鹽酸清洗后，廢酸液排入中和池，并且同時(shí)加入氫氧化鈉和石灰中和 pH值 6～ 9，經(jīng)中和池排水泵排到鋼廠污水處理系統(tǒng)。

表1 3#鍋爐清洗檢驗(yàn)報(bào)告

4 鍋爐清洗后效果

4.1 鍋爐清洗報(bào)告（表1）

4.2 清洗效果照片對(duì)比（圖3）

圖3

5 結(jié)語

清洗作業(yè)先安排 4#鍋爐進(jìn)行，4#鍋爐清洗完后隨即根據(jù)生產(chǎn)檢修計(jì)劃安排3#鍋爐清洗。因此在借鑒了 4#鍋爐成功的清洗經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，3#鍋爐在以下幾個(gè)方面進(jìn)行了優(yōu)化和完善，并取得了上佳效果。

（1）加熱蒸汽管道全部包保溫，最大限度減少散熱損失。

（2）清洗前，進(jìn)行了整個(gè)系統(tǒng)的清洗模擬試驗(yàn)，確保蒸汽壓力、蒸汽流量和溫度達(dá)到清洗要求。

（3）鑒于上次清洗完成以后，汽包留有大量的淤泥，本次清洗增大了下降管蓋板的孔徑，清洗完成后，汽包基本里基本無淤泥積存。

（4）經(jīng)計(jì)算，3#鍋爐清洗后鍋爐熱效率提高了0.59%，達(dá)到節(jié)省燃料、提高熱效率的目的。

綜上所述，本次清洗一共兩臺(tái)鍋爐（3#、4#鍋爐），兩臺(tái)爐除垢率均達(dá)到 95%以上，其它各項(xiàng)指標(biāo)均在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)清洗除垢效果優(yōu)良水平，對(duì)同行業(yè)鍋爐具有借鑒和指導(dǎo)意義。

[1]火力發(fā)電廠鍋爐化學(xué)清洗導(dǎo)則 [M]. 國家能源局，2012.

[2]初立杰 . 電廠化學(xué) [J]. 北京：中國電力出版社，2006.

[3]火力發(fā)電廠機(jī)組大修化學(xué)檢查導(dǎo)則 [M].中國電力出版社，2009.

[4]李培元 . 火力發(fā)電廠水處理及水質(zhì)控制 [M].北京：中國電力出版社，1999.

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