鍋爐化學(xué)清洗工藝的改進(jìn)和應(yīng)用

于志勇，夏 濤，許金剛，王光輝，方振鰲

（國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014）

某發(fā)電廠機(jī)組裝機(jī)容量為135MW，采用上海鍋爐有限公司制造的SG-420/13.7-M758型420 t/h超高壓自然循環(huán)汽包爐。機(jī)組投產(chǎn)運(yùn)行已有9年，鍋爐平均結(jié)垢量檢測結(jié)果為488.1 g/m2，達(dá)到《火力發(fā)電廠鍋爐化學(xué)清洗導(dǎo)則》（DL/T 794-2012）規(guī)定的清洗要求[1]。經(jīng)管樣成分分析，氧化銅含量達(dá)到15%，初步?jīng)Q定采用鹽酸進(jìn)行化學(xué)清洗，然后進(jìn)行氨洗除銅。

1 酸洗模擬試驗(yàn)

刮取水冷壁向火側(cè)內(nèi)表面垢物，用等離子發(fā)射光譜法進(jìn)行金屬原子的測定，結(jié)果以氧化物形式報(bào)出，如表1所示。

垢量按照《火力發(fā)電廠鍋爐化學(xué)清洗導(dǎo)則》中的方法測定，平均結(jié)垢量檢測結(jié)果為488.1 g/m2。

表1 水冷壁管向火側(cè)表面垢物結(jié)果 %

在使用鹽酸進(jìn)行小型試驗(yàn)前，發(fā)現(xiàn)管樣有微小裂紋，并了解到機(jī)組曾經(jīng)發(fā)生過水冷壁爆管。如果采用鹽酸作為清洗劑，可能使氯離子積存于微小裂紋中，不易沖洗徹底，造成鍋爐的腐蝕加劇。清洗負(fù)責(zé)人緊急聯(lián)系業(yè)主討論，針對水冷壁管材有微小裂紋的實(shí)際情況，決定更換清洗介質(zhì)[2]，使用有機(jī)復(fù)合酸（羥基乙酸+甲酸）進(jìn)行化學(xué)清洗。經(jīng)過多次羥基乙酸+甲酸清洗小試，發(fā)現(xiàn)酸洗后進(jìn)行氨洗除銅步驟時(shí)，會(huì)發(fā)生鍍銅現(xiàn)象，且除垢率僅為85%～95%，達(dá)不到大于95%的優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)。分析其原因是由于垢中氧化銅含量過高，在酸洗過程中析出的銅離子和管壁上殘留的氧化垢物粘附在一起，造成鍍銅現(xiàn)象，并使得酸洗過程中除垢不徹底。

針對這種情況，酸洗小試改進(jìn)了清洗工藝，決定采用氨洗除銅→酸洗→氨洗除銅→漂洗→鈍化的工藝，以改善清洗效果。小試過程中發(fā)現(xiàn)第二次氨洗除銅工藝溶液中的銅離子含量很低，并未達(dá)到除銅的目的，原因是第一步的氨洗除銅工藝已經(jīng)除去大部分的銅，酸洗過程中含量較低的銅離子不會(huì)發(fā)生鍍銅現(xiàn)象，也不會(huì)影響酸洗除垢的效果。最終依據(jù)酸洗小試結(jié)果，確定化學(xué)清洗流程為：氨洗除銅→氨洗后水沖洗→復(fù)合酸清洗→酸洗后水沖洗→漂洗→鈍化。

2 清洗方案的制定

2.1 化學(xué)清洗范圍

本次化學(xué)清洗涉及的設(shè)備有：省煤器、汽包、集中下降管、水冷壁、水冷壁下部聯(lián)箱等。

2.2 循環(huán)流程

第一回路：清洗箱→清洗泵→臨時(shí)管→省煤器→汽包→兩側(cè)水冷壁→下聯(lián)箱→臨時(shí)管→清洗箱。

第二回路：清洗箱→清洗泵→臨時(shí)管→一組水冷壁→汽包→另一組水冷壁→下聯(lián)箱→清洗箱。

2.3 清洗工藝

本次清洗采用的清洗介質(zhì)為有機(jī)復(fù)合酸（羥基乙酸+甲酸），在80～90℃的清洗溫度下能取得良好的清洗效果，擺脫了鍋爐點(diǎn)火等諸多條件的制約；同時(shí)該復(fù)合酸對氧化鐵的溶解效果極佳，解決了化學(xué)清洗期間氧化鐵剝落的問題，從而避免了清洗殘?jiān)谙到y(tǒng)內(nèi)的附著。

完整的化學(xué)清洗實(shí)施流程如下：

酸洗臨時(shí)系統(tǒng)安裝→清洗系統(tǒng)水沖洗及試壓→過熱器充水保護(hù)→清洗循環(huán)建立及升溫→氨洗→氨洗后水沖洗→復(fù)合酸清洗→酸洗后水沖洗→漂洗鈍化→排放→清洗質(zhì)量檢查驗(yàn)收→系統(tǒng)恢復(fù)（臨時(shí)系統(tǒng)拆除）。

3 化學(xué)清洗工藝流程與步驟

3.1 酸洗前水沖洗

使用清洗泵作為動(dòng)力進(jìn)行臨時(shí)系統(tǒng)的水沖洗和水壓試驗(yàn)，在1.2 MPa壓力下臨時(shí)系統(tǒng)循環(huán)沖洗1 h，直至出水澄清透明。

酸洗前水沖洗流程為：清洗箱→清洗泵→臨時(shí)管→省煤器→汽包→兩側(cè)水冷壁→下聯(lián)箱→臨時(shí)管→排放口。

在水沖洗過程中，改變清洗泵的再循環(huán)流量，調(diào)整清洗泵的電流，改變水沖洗流量，盡可能帶出存積在彎管處的氧化鐵皮、鐵銹、焊渣、泥沙等雜物，同時(shí)巡回檢查臨時(shí)管道和化學(xué)清洗接口的嚴(yán)密性，檢查系統(tǒng)是否存在漏點(diǎn)。

3.2 過熱器注水及鍋爐氨洗

采用汽包滿水方式向過熱器注保養(yǎng)液，然后建立氨洗循環(huán)回路，投入輔汽加熱，開始升溫試驗(yàn)。升溫過程中再次對清洗系統(tǒng)進(jìn)行全面檢查，確認(rèn)沒有外漏及內(nèi)漏現(xiàn)象。拆除汽包安全閥作為排氫管路。最后加入氨洗藥品進(jìn)行氨洗。

氨洗藥品采用1.5%氨水+0.5%過硫酸銨+0.2%緩蝕劑；溫度為30℃，清洗時(shí)間為2 h。

3.3 復(fù)合酸清洗

水沖洗至排放水澄清透明、無雜物、pH值<9后，水沖洗結(jié)束。建立酸洗循環(huán)回路，投入輔汽加熱，配制酸洗藥品。

復(fù)合酸清洗循環(huán)方式如下：

第一回路清洗：循環(huán)清洗時(shí)間1.5 h，流量150 t/h。

第二回路清洗：循環(huán)清洗時(shí)間3 h，流量300 t/h。

第二回路反洗：倒換水冷壁A組、B組流向，循環(huán)清洗3 h，流量300 t/h。

酸洗藥品為2%甲酸+4%羥基乙酸+0.5%緩蝕劑+0.3%還原劑；清洗溫度為80～90℃，時(shí)間為12 h。

清洗11 h后，清洗液中總鐵、酸濃度分析數(shù)據(jù)趨于平衡，總鐵離子為4937 mg/L，殘余酸濃度為4.05%。拆除水冷壁監(jiān)視管檢查，確認(rèn)管內(nèi)面清潔無垢，酸洗過程結(jié)束。裝好監(jiān)視管繼續(xù)循環(huán)清洗1 h后，可以進(jìn)行酸洗后水沖洗。

3.4 酸洗后水沖洗

由于酸洗后的金屬基體表面活躍，直接排放酸液后活躍的金屬基體會(huì)迅速生成二次銹蝕，因此采用頂排酸液方式進(jìn)行水沖洗[3]。此期間打開省煤器再循環(huán)閥沖洗5 min，從省煤器上藥閥經(jīng)汽包向兩側(cè)水冷壁進(jìn)水頂排省煤器內(nèi)的殘留酸液，大流量沖洗0.5 h。然后改由水冷壁一側(cè)進(jìn)、一側(cè)出。各個(gè)回路反復(fù)切換進(jìn)行沖洗。

表2 腐蝕速率和腐蝕總量

至沖洗排水澄清透明，鐵離子連續(xù)3次檢測小于50 mg/L，此時(shí)pH值為4.1，完全符合清洗導(dǎo)則要求，酸洗后水沖洗結(jié)束。

3.5 漂洗

水沖洗合格后，建立循環(huán)回路，升溫，加入漂洗藥劑進(jìn)行漂洗。按第一回路和第二回路控制流量約為200 t/h進(jìn)行循環(huán)，升溫至60℃左右時(shí)依次添加漂洗緩蝕劑和EDTA（乙二胺四乙酸），循環(huán)1 h后結(jié)束漂洗。

EDTA漂洗期間的檢測和控制參數(shù)如下：清洗液EDTA，濃度為0.5%；緩蝕劑濃度0.1%；漂洗溫度70～80℃；漂洗范圍為省煤器、汽包、集中下降管、水冷壁、水冷壁下部聯(lián)箱等鍋爐本體部分；監(jiān)測項(xiàng)目有鐵離子含量、pH值、EDTA濃度；控制標(biāo)準(zhǔn)為鐵離子含量小于300 mg/L，pH值達(dá)到平衡。

3.6 鈍化

漂洗結(jié)束后，加氨水調(diào)節(jié)pH值至9.5～10.0，然后控制溫度在70～80℃進(jìn)行循環(huán)，鈍化結(jié)束后排盡鈍化液至精處理廢水池。

鈍化控制指標(biāo)：溫度為70～80℃；鈍化范圍為省煤器、汽包、集中下降管、水冷壁、水冷壁下部聯(lián)箱等鍋爐本體部分；鈍化介質(zhì)為EDTA；pH值控制在9.5～10.0；鈍化時(shí)間為5 h。

4 化學(xué)清洗效果

清洗流程全部結(jié)束后，測定平均腐蝕速率為1.14 g/（m2·h），低于《火力發(fā)電廠鍋爐化學(xué)清洗導(dǎo)則》所規(guī)定的小于 8 g/（m2·h）的要求。 監(jiān)視管及汽包在化學(xué)清洗后經(jīng)檢查：內(nèi)壁無殘留氧化物，內(nèi)表面光滑，無點(diǎn)蝕及粗晶析出等過洗現(xiàn)象，無鍍銅現(xiàn)象。鈍化結(jié)束后監(jiān)視管內(nèi)壁呈灰黑色膜，膜均勻細(xì)密，鈍化效果優(yōu)良。

腐蝕速率及腐蝕總量如表2所示。

酸洗后測得殘余垢量為14.6 g/m2，計(jì)算除垢率為：（488.1-14.6）/488.1=97%。

5 結(jié)論與建議

（1）酸洗后頂排酸液時(shí)盡量采用大流量水沖洗。本次清洗使用了300 t/h的清洗泵，鍋爐本體排水全鐵離子含量降至50 mg/L以下所用時(shí)間為2.5 h。建議在條件允許的情況下采用凝結(jié)水泵進(jìn)行大流量水沖洗，能顯著縮短沖洗時(shí)間，減少二次銹蝕的生成。

（2）先酸洗、再進(jìn)行氨洗除銅的清洗工藝，在銅含量過高的情況下會(huì)導(dǎo)致酸洗中除垢不徹底，并且在酸洗后的氨洗除銅中易導(dǎo)致鍍銅現(xiàn)象的發(fā)生。先進(jìn)行氨洗除銅工藝、沖洗徹底后再進(jìn)行酸洗的工藝能有效除銅，并保證除垢完全。通過測定腐蝕指示片得出本次化學(xué)清洗的平均腐蝕速率為1.14 g/（m2·h），平均總腐蝕量為 13.34 g/m2，除垢率為97%，指示片和汽包內(nèi)壁上鈍化膜形成良好，無點(diǎn)蝕和過洗現(xiàn)象，無鍍銅現(xiàn)象，清洗效果優(yōu)良。

[1]DL/T 794-2012火力發(fā)電廠鍋爐化學(xué)清洗導(dǎo)則[S].北京：中國電力出版社，2012.

[2]竇照英.羥基乙酸在電站鍋爐化學(xué)清洗中的應(yīng)用[J].化學(xué)清洗，1999，15（1）∶12-14.

[3]孫小軍，桑俊珍，何彩燕，等.直流鍋爐檸檬酸洗后水沖洗和漂洗工藝的改進(jìn)[J].清洗世界，2010，26（5）∶5-9.