淺談320MW機(jī)組鍋爐過(guò)熱器的化學(xué)清洗

徐州華潤(rùn)電力有限公司 李后森 陳學(xué)安

淺談320MW機(jī)組鍋爐過(guò)熱器的化學(xué)清洗

徐州華潤(rùn)電力有限公司 李后森 陳學(xué)安

本文介紹了采用復(fù)合檸檬酸清洗去除300MW汽包鍋爐過(guò)熱器氧化皮的工藝過(guò)程。針對(duì)華潤(rùn)徐州電廠#2爐垢量大的前屏過(guò)熱器、后屏過(guò)熱器、高溫過(guò)熱器清洗約52小時(shí)，除垢率可達(dá)到95%以上，清洗腐蝕速率可以控制在1g/m2.h以內(nèi)，清洗后金屬表面不會(huì)產(chǎn)生晶間腐蝕。

鍋爐；氧化皮；過(guò)熱器；復(fù)合檸檬酸；化學(xué)清洗

1 概述

徐州華潤(rùn)電力有限公司#2鍋爐為東方鍋爐廠生產(chǎn)的亞臨界壓力一次中間再熱自然循環(huán)汽包爐，鍋爐型號(hào)：DG1025/18.2—Ⅱ4，鍋爐采用擺動(dòng)式燃燒器，四角布置、切向燃燒，正壓直吹式制粉系統(tǒng)，單爐膛、Π型露天布置，全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)。#2機(jī)組于1996年投產(chǎn)，鍋爐至今運(yùn)行了近20年，鍋爐過(guò)熱器經(jīng)常因氧化皮堵塞引起超溫事故，嚴(yán)重影響鍋爐的安全運(yùn)行。為提高鍋爐過(guò)熱器受熱面內(nèi)表面清潔、防止受熱面因氧化皮引發(fā)非停事故，同時(shí)提高鍋爐熱效率、改善機(jī)組水汽品質(zhì)，決定對(duì)#2鍋爐過(guò)熱器系統(tǒng)中的全大屏過(guò)熱器、后屏過(guò)熱器、高溫過(guò)熱器采用復(fù)合檸檬酸進(jìn)行化學(xué)清洗。

2 小型試驗(yàn)

2.1 垢量測(cè)定

化學(xué)清洗前，選用#2爐后屏過(guò)熱器、高溫過(guò)熱器管樣進(jìn)行垢量測(cè)定，垢量的測(cè)定按照《火力發(fā)電廠鍋爐化學(xué)清洗導(dǎo)則》（DL/T794-2012）規(guī)范性附錄A中的方法進(jìn)行，測(cè)定結(jié)果表明屏式過(guò)熱器入口管（材質(zhì)12Cr1MoV）管樣平均垢量為592.81 g/m2；高溫過(guò)熱器材質(zhì)12Cr1MoV管樣平均垢量為848.8g/m2，達(dá)到了《火力發(fā)電廠鍋爐化學(xué)清洗導(dǎo)則》（DL/T794-2012）關(guān)于“當(dāng)過(guò)熱器、再熱器垢量超過(guò)400 g/m2，或者發(fā)生氧化皮脫落造成爆管事故時(shí)，可進(jìn)行酸洗”的要求。

2.2 溶垢試驗(yàn)

針對(duì)過(guò)熱器氧化皮特點(diǎn)，結(jié)合近年來(lái)國(guó)內(nèi)清洗公司過(guò)熱器成功清洗經(jīng)驗(yàn)，決定此次過(guò)熱器清洗采用復(fù)合檸檬酸，同時(shí)選用與清洗劑相適應(yīng)的緩蝕劑和清洗溫度。溶垢試驗(yàn)清洗工藝以清洗方案為依據(jù)，試驗(yàn)方法按照《火力發(fā)電廠鍋爐化學(xué)清洗導(dǎo)則》（DL/T794-2012）規(guī)范性附錄A中的方法進(jìn)行，選取后屏過(guò)熱器和高溫過(guò)熱器垢環(huán)各2個(gè)，并放置2片12Cr1MoV材質(zhì)的腐蝕指示片，配制不同配比的復(fù)合酸清洗液500ml，將垢環(huán)和試片同步放入清洗液中，控制清洗流速約為0.2～0.3m/s，清洗溫度90±5℃，清洗24h觀察除垢效果（目視），清洗60h后結(jié)束清洗再次觀察清洗效果，判斷清洗介質(zhì)是否能夠?qū)⑦^(guò)熱器氧化皮全部除盡，并測(cè)定出各種不同復(fù)合酸清洗介質(zhì)的腐蝕速率和腐蝕總量。溶垢試驗(yàn)最終選定采用4～8%復(fù)合檸檬酸+0.4～0.5%緩蝕劑N-106+0.4%助溶劑N-101A+0.3%助劑N-101B組成的復(fù)合檸檬酸配方，能夠?qū)㈠仩t氧化皮徹底清除。

2.3 金相分析試驗(yàn)

將試驗(yàn)中的垢環(huán)按照《火電廠金相檢驗(yàn)與評(píng)定技術(shù)導(dǎo)則》（DL/T 884—2004）進(jìn)行金相分析，對(duì)環(huán)形管樣橫截面制樣，采用4%硝酸酒精溶液浸蝕，在OLYMPUS-GX71金相顯微鏡下進(jìn)行微觀組織及內(nèi)壁狀況微觀分析，金相試驗(yàn)分析結(jié)果表明：本次所取管樣微觀組織正常，管樣內(nèi)壁均未見(jiàn)明顯晶間腐蝕裂紋，分析結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 金相分析結(jié)果

圖1 管樣微觀組織形貌

圖2 管樣內(nèi)壁微觀形貌

3 清洗過(guò)程

本次過(guò)熱器清洗范圍僅包括全大屏過(guò)熱器、后屏過(guò)熱器、高溫過(guò)熱器。

3.1 過(guò)熱器參數(shù)

全大屏過(guò)熱器共4片，管徑均為φ51×6，每一片分成4小屏，每個(gè)小屏12根繞，每片大屏從外數(shù)第1～11根管下部均采用SA-213T91和12Cr1MoWVTiB（鋼102）管子，其余均為12Cr1MoV。

從全大屏由兩根左右側(cè)布置的φ406.4×40連接管進(jìn)入后屏，后屏過(guò)熱器共19片，每片13根U型管。除最外圈外，其余均為φ54×8.5（12CrMOWVTiB）、φ54×8.5（12Cr1MoV），外圈管（又稱護(hù)屏管）為φ60×8.5（SA-213TP347H）、φ60×8（12Cr2MoWVTiB）。

過(guò)熱蒸汽流經(jīng)后屏由兩根左右側(cè)布置的φ406.4×40（50）連接管左右交叉進(jìn)入高溫過(guò)熱器，高溫過(guò)熱器共有76片，每片有6根φ51×8或φ51×9管子并繞成雙U型，管子材料出口段為φ51×8（12Cr2MoWVTiB），其余均為φ51×8或φ51×9（12Cr1MoV）。

3.2 清洗流程設(shè)計(jì)

根據(jù)此次鍋爐清洗對(duì)象流程特點(diǎn)，結(jié)合過(guò)熱器管“Π型”布置特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出的清洗流程（圖3）如下：

清洗箱→清洗泵→臨時(shí)管→一級(jí)減溫器（全大屏入口管）→全大屏→后屏→高溫過(guò)熱器→主蒸汽管道→臨時(shí)管→清洗泵→清洗箱

為便于清洗工藝控制，該流程在設(shè)計(jì)時(shí)，在清洗泵出口設(shè)置有一套導(dǎo)向閥組，清洗時(shí)可以正向清洗，也可以方向清洗，方向流程如下：

清洗箱→清洗泵→臨時(shí)管→主蒸汽管道）→高溫過(guò)熱器→后屏→全大屏→一級(jí)減溫器（全大屏入口管→臨時(shí)管→清洗泵→清洗箱

為克服清洗過(guò)程中，過(guò)熱器管“U”型彎和“W”型彎產(chǎn)生氣塞和氧化物堆積，本次化學(xué)清洗選用兩臺(tái)600t/h清洗泵和一臺(tái)2300t/h沖洗水泵。清洗時(shí)，清洗泵一臺(tái)運(yùn)行、一臺(tái)備用；沖洗時(shí)使用沖洗水泵，為提高沖洗流速，可選擇在啟動(dòng)沖洗泵的同時(shí)，啟動(dòng)一臺(tái)酸洗泵同時(shí)沖洗，酸洗和沖洗流速計(jì)算見(jiàn)表3。

3.3 清洗工藝設(shè)計(jì)

根據(jù)小型試驗(yàn)，選用復(fù)合檸檬酸清洗工藝，該工藝是在檸檬酸清洗工藝的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)改進(jìn)，并配以為過(guò)熱器專用清洗用的助溶劑N-101A和助劑N-101B，該清洗工藝的優(yōu)點(diǎn)在于：

3.3.1 該清洗工藝溶垢能力強(qiáng)，尤其對(duì)于鐵的氧化物和腐蝕產(chǎn)物，溶解能力更佳。

3.3.2 清洗劑溶垢以溶解為主，減小了腐蝕產(chǎn)物的剝離作用，避免了因氧化物脫落造成的過(guò)熱器管堵塞。

3.3.3 該清洗工藝是在弱酸條件下進(jìn)行，pH值3.0～4.0，對(duì)金屬基體的腐蝕較小。

3.4 清洗過(guò)程

化學(xué)清洗是一種清洗劑對(duì)金屬腐蝕產(chǎn)物的化學(xué)溶解和機(jī)械剝離的過(guò)程，為避免剝離的腐蝕產(chǎn)物對(duì)過(guò)熱器管產(chǎn)生堵塞，復(fù)合檸檬酸清洗工藝將會(huì)抑制剝離作用，主要以化學(xué)溶解為主。濃度、溫度、流速、時(shí)間是化學(xué)反應(yīng)的四個(gè)基本要素，控制好這四個(gè)因素，也就保證化學(xué)清洗的成功。

3.4.1 濃度控制

化學(xué)清洗前，依據(jù)鍋爐說(shuō)明書，計(jì)算出清洗各部位的大概水溶積，清洗時(shí)先按照此水溶積大概計(jì)算出配制“4～8%復(fù)合檸檬酸+0.4～0.5%緩蝕劑N-106+0.4%助溶劑N-101A+0.3%助劑N-101B”所需各類藥劑的大概數(shù)量，按清洗工藝配方的比例加入各類藥劑，清洗液配制完成后，再用容量法準(zhǔn)確測(cè)定清洗液中的酸度，根據(jù)測(cè)量結(jié)果適當(dāng)調(diào)整藥劑加入量。

表2 過(guò)熱器主要參數(shù)

圖3 過(guò)熱器清洗系統(tǒng)圖

表3 化學(xué)清洗流速計(jì)算

3.4.2 流速控制

根據(jù)鍋爐過(guò)熱器參數(shù)，相應(yīng)調(diào)整清洗泵組的流量，按照表3中的流量控制清洗流速0.2～0.5m/s，清洗后的水沖洗，啟動(dòng)沖洗水泵和清洗泵，以最大流量（約3000m3/h）進(jìn)行水沖洗，保證沖洗流速超過(guò)1.5 m/s。

3.4.3 溫度控制

清洗藥液配制完成后，并用鍋爐輔汽進(jìn)行升溫加熱，控制清洗溫度85～95℃。

3.4.4 時(shí)間控制

化學(xué)清洗前，在高溫過(guò)熱器垢量最大的管子上安裝監(jiān)視管，清洗開(kāi)始后，每小時(shí)化驗(yàn)一次清洗液中的酸度和鐵離子含量，觀察清洗液中酸度下降的趨勢(shì)和鐵離子上升趨勢(shì)。在清洗開(kāi)始階段，清洗液的酸度降低較快，而清洗液中鐵離子濃度迅速升高，當(dāng)化驗(yàn)清洗液中鐵離子含量接近10000mg/L時(shí)，清洗液中鐵離子含量接近飽和，清洗液溶垢能力下降，此時(shí)應(yīng)更換清洗液，重新配置新鮮清洗液開(kāi)始清洗。如此反復(fù)四次，當(dāng)清洗液中酸度和鐵離子含量基本不變化時(shí)，說(shuō)明過(guò)熱器管基本洗凈，此時(shí)再拆下過(guò)熱器上的在線監(jiān)視管檢查，綜合判斷清洗終點(diǎn)。

3.4.5 沖洗及鈍化

清洗結(jié)束后，先用清洗泵進(jìn)行頂排濃酸液，再用沖洗水泵進(jìn)行大流量沖洗，沖洗后期用熱成像儀對(duì)三級(jí)過(guò)熱器管排進(jìn)行檢查，確認(rèn)所有過(guò)熱器管子全部暢通后進(jìn)行漂洗鈍化。

4 清洗結(jié)果

本次過(guò)熱器實(shí)際清洗時(shí)間約53小時(shí)，清洗后對(duì)后屏過(guò)熱器和高溫過(guò)熱器進(jìn)行割管檢查，確認(rèn)被清洗的金屬表面清潔，管樣表面無(wú)殘留氧化物和焊渣，無(wú)明顯金屬粗晶析出的過(guò)洗現(xiàn)象，金屬表面形成完整的鈍化膜；化學(xué)清洗后G102管材腐蝕速率為0.684g/m2?h， 12Cr1MoV管材腐蝕速率為0.710g/m2?h，G102管材腐蝕總量為36.26 g/m2，12Cr1MoV管材腐蝕總量為37.68 g/m2，清洗后對(duì)割取的管樣進(jìn)行殘余垢量的測(cè)定，屏過(guò)管子的除垢率為98.14%；高過(guò)管子的除垢率為98.46%，平均除垢率為98.30%?；瘜W(xué)清洗清除鐵垢（以Fe3O4計(jì)）約5704.5公斤，化學(xué)清洗質(zhì)量達(dá)到《火力發(fā)電廠鍋爐化學(xué)清洗導(dǎo)則》（DL/T794—2012）標(biāo)準(zhǔn)的要求，清洗完全實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)。

5 結(jié)論

5.1 以復(fù)合檸檬酸為主清洗介質(zhì)，能夠有效清除過(guò)熱器表面形成的致密氧化皮垢層，清洗除垢效果好，除垢率95%以上。

5.2 復(fù)合檸檬酸清洗腐蝕速率小，清洗腐蝕速率可以控制在1g/m2.h以內(nèi)，清洗后經(jīng)檢驗(yàn)，被清洗的金屬未發(fā)現(xiàn)晶間腐蝕。

5.3 清洗后節(jié)能效果明顯。清洗結(jié)束鍋爐再次啟動(dòng)后，煙道內(nèi)過(guò)熱器煙氣側(cè)煙溫、空氣預(yù)熱器側(cè)煙溫均接近設(shè)計(jì)值，其中煙氣最終出口的空預(yù)器入口煙溫較清洗前降低了14～15℃，相當(dāng)于可降煤耗2.8～3.0g/kw.h。

[1]中華人民共和國(guó)國(guó)家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會(huì)．DL/794-2012《火力發(fā)電廠鍋爐化學(xué)清洗導(dǎo)則》中國(guó)電力出版社，2012．03

[2]西安協(xié)力動(dòng)力科技有限公司．《徐州華潤(rùn)電力有限公司#2鍋爐過(guò)熱器化學(xué)清洗技術(shù)方案》2016．01

[3]中華人民共和國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)．DL/T 884—2004《火電廠金相檢驗(yàn)與評(píng)定技術(shù)導(dǎo)則》中國(guó)電力出版社，2004．06

[4]東方鍋爐廠．徐州彭城電廠一期2×300MW鍋爐DG1025／18．2—Ⅱ4鍋爐說(shuō)明書，1995．06

[5]陳潔．《鍋爐水處理技術(shù)問(wèn)答》化學(xué)工業(yè)出版社，2003

[6]西安協(xié)力動(dòng)力科技有限公司．《徐州華潤(rùn)電力有限公司#2鍋爐過(guò)熱器化學(xué)清洗總結(jié)報(bào)告》2016．03