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火力發電廠化學清洗技術現狀和展望【清洗云】

2020-01-19

摘要:介紹了目前國內火力發電廠化學清洗技術狀況,并指出了火力發電廠化學清洗技術的存在的問題和發展方向。

關鍵詞:火力發電廠化學清洗

化學清洗作為一種常見有效的清洗方法,是火力發電廠化學監督和管理工作一個重要內容,火力發電廠的熱力設備,在啟用和運轉過程中需要進行化學清洗處理,以維持設備的安全經濟運行。本文討論了目前火力發電廠的化學清洗技術研究進展,包括常用酸洗工藝、酸洗緩蝕劑、清洗廢水處理等。

1、火力發電廠化學清洗技術概況

1.1化學清洗工藝及清洗方式

火力發電廠化學清洗的范圍包括電廠的熱力設備如鍋爐、凝汽器和水處理反滲透系統等,化學清洗工藝一般為:水洗一堿煮→漂洗→酸洗一水洗一鈍化等,常用的酸種從鹽酸、檸檬酸、EDTA等發展到混合酸清洗。清洗方式也從傳統的“液相”清洗發展到“兩相流”的清洗。“氣液兩相流”化學清洗工藝 是一項高效清洗技術,其原理是將酸性物質與受熱面管內壁的沉積物進行化學反應,在清洗液中通過鼓泡的方式形成氣液兩相流,使清洗劑更有效地與污垢接觸,把水不溶性沉積物變成可溶性鹽類溶解在清洗介質中,然后隨清洗液而除去,并對清洗后的清潔金屬面進行保護性鈍化處理,防止二次腐蝕發生。

1.2鍋爐化學清洗的相關規定原國家電力公司DL/T794-2001《火力發電廠鍋爐化學清洗導則》中的有關規定,鍋爐系統在投運之前,鍋爐受熱面必須進行化學清洗,以除去設備在生產、運輸、存放、安裝過程中所產生的腐蝕產物、焊渣、泥沙等污染物,保證機組啟動后水汽品質盡快合格。在鍋爐運行中,隨著爐水的不斷蒸發,水質會變得較差,在爐管內壁會形成各種污垢,包括鈣鎂垢、鐵垢、硅垢等,不僅影響鍋爐的熱效率和水汽質量,而 且會造成爆管的事故,危及機組的安全經濟運行。為了確保鍋爐機組運行中有較高的安全性、經濟性、良好的水汽品質,減少結垢和腐蝕,一方面運行中要保證補給水的品質,另一方面也要根據情況適時地進行化學清洗。

1.3鹽酸酸洗法鹽酸酸洗工藝,價格低廉,對硅酸鹽以外的其他水垢和鐵垢有較高的溶解能力,操作簡便安全,仍然是目前使用最廣泛的清洗工藝。河北某發電廠針對660MT機組的自然循環汽包鍋爐,采用熱鹽酸靜態浸泡清洗工藝,流程包括3.45MPa壓力下堿煮和熱鹽酸靜態浸泡、氮氣頂壓排放、中和鈍化等,取得了較好的效果1。

1.4檸檬酸清洗法檸檬酸清洗工藝,對氧化鐵垢有很強的溶解能力,對基體金屬的腐蝕性小、危險性小、使用方便,目前在火力發電廠鍋爐清洗中應用相當廣泛,檸檬酸清洗時常用氨水或三乙醇胺將溶液出值調整到3.5~4.0。

中国福彩网大連化學工業公司熱電廠一臺220t/h循環流化床鍋爐,采用檸檬酸清洗工藝取得了較好的效果[]。鍋爐及爐前系統的化學清洗以往一直使用鹽酸、氫氟酸、檸檬酸清洗等方法,但隨著高參數大容量機組的出現及奧氏體鋼及特種鋼材在鍋爐上的應用,普通酸洗對設備產生的危害越來越大,酸洗廢液排放嚴重污染環境,因此需要改進洗爐方法。

1.5EDTA清洗法協調乙二胺四乙酸(EDTA)洗爐是利用EDTA的絡合原理,從弱酸性開始,依靠絡合體系自身的物理化學變化,隨鐵垢的不斷溶解,pH自動上升,實現除垢和鈍化一步完成,清洗液對特種鋼材無危害,清洗過程也不會出現大量沉渣堵塞管道。EDTA清洗工藝具有工藝簡便,清洗工期短,對人身和設備安全可靠,清洗效果好等諸多優點。揚州第二發電廠采用EDTA 銨鹽法清洗鍋爐,最后以充氧方式在氧化環境下加以鈍化的工藝,對600MT發電機組的2000t/h的汽包鍋爐進行清洗。清洗結束后對系統進行檢查,汽包金屬表面潔凈,無殘留氧化垢物,無二次浮銹,無鍍銅現象,且形成均勻致密的鋼灰色鈍化膜。割管檢查爐管內壁、監視管、臨時管路情況相同。汽包和水冷壁回路的金屬指示片腐蝕速度均不大于0.49g/(2·h)。

被清洗金屬表面無粗晶析出的過洗現象,熱力系統的設備、部件無損害。在以后的機組沖管和啟動階段中,鍋爐水汽品質都較快達到了合格水平回。

EDTA清洗法以其臨時系統和清洗工藝簡單、清洗時間短、安全可靠、清洗效果好等優點,在電力工業中得到了越來越廣泛的應用。但EDTA價格昂貴,清洗成本高,所以人們對EDTA清洗廢液進行回收利用研究,以降低EDTA的清洗成本。目前開發的EDTA洗爐廢液堿法回收利用工藝,就是向清洗廢液中,加入堿調整溶液到一定的pH值,使鐵離子生成氫氧化鐵從溶液中分離出去,EDTA以離子的形式保留,直接重復利用,據稱EDTA的回收率可達75%以上[]。

1.6凝汽器的清洗凝汽器是火力發電廠的重要附屬設備,它的結垢和腐蝕具有較大的危害。一是嚴重影響凝汽器銅管的使用壽命;二是凝汽器銅管腐蝕穿孔時,將導致冷卻水漏入凝結水中,使凝結水遭受污染,將引起鍋爐結垢、腐蝕,還將使過熱器和汽輪機積結鹽垢。對于凝汽器的清洗,在電廠中,可采用鹽酸或氨基磺酸的清洗方式,現在也有采用EDTA絡合的清洗方式。從傳統的停機清洗方式,研究開發不停機的清洗工藝,不影響電力生產的正常運行]。HEDTA(羥基乙二胺三乙酸)是EDTA的一種改進型產品,具有水溶性好,整合能力強等特點。HEDTA和有機酸外加緩蝕劑、粘泥剝離劑、浸潤劑等清洗助劑復配而成的全有機化學清洗劑,經試驗和工業應用表明,該配方能在不停車的 情況下,對換熱器內的污垢起到很好的去除作用,而且對設備的腐蝕很小,安全可靠。

1.7反滲透膜的清洗反滲透膜除鹽是一種較為先進的水處理技術,也是比較成熟的技術,隨著電力系統高參數大容量機組的不斷發展,反滲透-離子交換除鹽聯合處理的水處理工藝流程的應用十分廣泛。運行中的反滲透膜必然受到污染,使系統的出水降低,壓降升高,脫鹽串降低。膜生產廠家一般規定是出現下列情況時,需要清洗膜:

(1)產水量下降10%~15%;

(2)RO各段間壓差比運行初期增加15%。

(3)脫鹽率下降10%~15%;

(4)(4)產水電導率升高。

反滲透膜的污染因各地水源水質不同,預處理工藝和效果不同而復雜化,膜的清洗成為應用中的一個難題。各發電廠家必須結合自己的水處理工藝特點,根據不同時期的水質變化、污染物特征進行現場實物試驗,尋找有效清洗配方,探索改進工藝程序,規范操作監督標準,形成了一套完整的膜清洗技術,保證較好的清洗效果。山東淄博嘉周熱電有限公司,對反滲透膜清洗采用復合清洗,并配合用甲醛或異噻唑啉酮等殺菌劑,殺菌處理效果好,確保了運行周期。

2、化學清洗緩蝕劑的研究及應用

2.1多用酸洗緩蝕劑

近幾年,我國緩蝕劑的研究開發得到較快的發展,從緩蝕劑的品種上看,分別適合于鹽酸、檸檬酸清洗的緩蝕劑已成功地在工業上得到應用。隨著化學清洗技術的發展,也對化學清洗緩蝕劑提出了更高的要求。隨著混合酸清洗技術的發展,需要開發在多種清洗介質中同樣具有很好性能的多用酸洗緩蝕劑。

Lan-826就是我國開發的多用酸洗緩蝕劑,可用于硝酸、氨基磺酸、羥基乙酸、硝酸和氫氟酸中。湖南省電力試驗研究所研究開發的HDH-1多用酸洗緩蝕劑已應用于湘潭新電廠300MT亞臨界汽包爐的清 洗工作中,HDH-1對鹽酸、檸檬酸中的碳鋼緩蝕性能優良,且對紫銅在鹽酸中的緩蝕效果良好。

中国福彩网2.2TPRI-6陰極型清洗緩蝕劑

目前EDTA清洗技術在火力發電廠應用較為廣泛,促進了EDTA清洗緩蝕劑的研究工作,最初的EDTA清洗緩蝕劑常采用烏洛托品、硫脲、2-巰基苯并噻唑的復合配方。西安熱工院開發的TPRI-6型EDTA清洗緩蝕劑,并在襄樊電廠的兩臺300MT的基建爐的清洗中得到了應用]。TPRI-6陰極型緩蝕劑,其主要成分為咪唑啉,結構式為:CH2R

2.3酸性銅緩蝕劑

SBTA熱電廠凝汽器廣泛采用大型的熱交換器,換熱管普遍使用黃銅、白銅等材質。苯并三唑等銅緩蝕劑在酸性介質中緩蝕性能不理想,為適應對銅質凝汽器的酸洗要求,上海電力學院對酸性介質銅緩蝕劑的研究作了大量的工作,如苯并三唑衍生物、2-巰基苯并米唑、二巰基噻二唑等,將苯并三唑單元和二巰基噻二唑單元結合起來,合成了一個新的酸性銅緩蝕劑SBTA[1],結構式為:

在酸洗過程中還必須注意一個十分重要的腐蝕問題就是由Fe”、CuP·引起的腐蝕,當酸洗液的Fe”、Cp”

含量過高時,已作為陰極去極化劑引起基體金屬的腐蝕:

中国福彩网陽極反應:Fe→Fe*+2e陰極反應:Fe+e→Fe”

af+e-r在一定的Fe”、Cup·離子濃度范圍內,腐蝕速度 與Fe”、CP·離子濃度呈線性關系,并且還有引起點蝕的危險,常規的酸洗緩蝕劑能抑制金屬的析氫腐蝕,但是對Fe”、Cp·引起的腐蝕沒有抑制作用,對此一般采用添加還原劑的辦法來解決。硫服是酸洗中常用的銅離子掩蔽劑,也可還原三價鐵離子。使用還原劑不僅要考慮其還原作用,而且要考慮所加還原劑與緩蝕劑之間的協同作用。亞硫酸鈉、亞磷酸、聯氨等都具有較好的還原性,但加入清洗體系后不僅不能達到預期效果,反而對金屬基體造成危害。目前研究使用的還原劑為氯化亞錫、抗壞血酸等。

2.4鈍化處理劑在化學清洗工藝中,鈍化處理是一個不可缺少的工序,最早采用亞確酸鹽的鈍化劑,為減少環境污染和降低毒性,又開發出磷酸-磷酸五鈉體系、聯胺體系、雙氧水體系、丙酮體系等鈍化液,使鈍化膜從單一的鈍化膜發展到復合鈍化膜,達到了更好的鈍化效果。結合機組十八胺停用保護的時間,最近又開發了酸洗的十八胺鈍化工藝,京能電廠的一臺200MT機組在大修同時進行酸洗,然后采用十八胺作為鈍化劑鈍化,取得了較好的效果[]。

3、化學清洗過程中的環境保護

3.1清洗前對設備的要求

熱力設備的化學清洗就是用某些化學藥劑的水溶液以溶解、剝離等方式去除水汽系統的各種沉積物,保護鍋爐受熱面的潔凈度,并使金屬表面形成良好的防腐保護膜。熱力設備的化學清洗,一般包括堿洗、酸 洗、漂洗和鈍化等幾個工藝環節。清洗工藝和采用的藥劑組成取決于受熱面上沉積物的成分和設備材質等。清洗劑有無機酸、有機酸,還有絡合劑、緩蝕劑及鈍化劑等。在酸洗過程中除要考慮采用對人和環境危害小的藥劑外,還要防止系統泄漏現象。系統的泄漏會對環境造成不利影響,如腐蝕損壞地坪,大量的泄漏,還會影響酸洗質量,而且極有可能發生傷人事故。所以一定要保證酸洗系統的嚴密性。酸洗前對系統進行打壓試驗是確保酸洗安全進行的一項不可缺少的重要工作。此外,酸洗系統管路用料要具有足夠的厚度,而且焊縫一定要符合壓力焊接要求。

3.2廢水處理因清洗后排出的廢液中含有大量污染物質,對環境影響較大,對酸洗廢液必須經過適當處理才能排放。鍋爐化學清洗廢液不但化學成分復雜,而且含量變化范圍大。化學清洗廢液中含有清洗劑、緩蝕劑、鈍化劑及絡合劑的殘留物,此外還有大量溶解物質如Fe、Cu、Ca、Mg等離子,同時還有一定的顏色、氣味和泡沫。列舉了某電廠鹽酸清洗和檸檬酸清洗的排水水質情況,調查結果表明,化學清洗廢液中主要是pH值、COD和金屬離子等超標。

選擇廢水處理方法時,既要考慮處理效果,又要考慮處理費用。例如,對于有水力沖灰系統的工廠,可以考慮結合灰水系統處理化學清洗廢液,充分發揮粉煤灰的去污作用,降低處理費用。隨著大型機組的建設和運行,鍋爐清洗越來越多地采用有機酸清洗,因此應對有機酸洗廢液的處理做重點研究。檸檬酸清洗廢液的COD指標高,需要進行處理才能排放。為有機酸清洗廢水處理。

鍋爐清洗廢水中,含有高濃度的檸檬酸和丙酮肟等有機污染物。經試驗,采取原水作適當稀釋后,進行耗氧曝氣-活性碳生物膜法二級處理,COD,總去除率可達88%~90%;B0D,去除率為90%。經二級處理后的出水C0Dc,<100mg/L,BOD;<50a8/L可達到較好的處理效果。

EDTA清洗廢液中除有過量的EDTA絡合劑外,主要是Fe、Cu的整合物。對此廢液可采用回收法,將EDTA回收后循環使用。方法有:

1)直接酸化法在廢液中注入無機強酸,至p<3,則EDTA以結晶形式析出,回收后的廢液可排到中和池進行中和處理。

2)堿化-酸化法先向廢液中加入強堿Na0H,至pH≥11,使整合物解離,金屬沉淀,然后分離上部清液,并加入強無機酸,EDTA結品析出,回收后的廢酸堿排入中和池,使其相互中和。

直接酸化法適合于含Fe和Cu量少及EDTA量過剩較大的廢液,而堿化-酸化法則用于相反的情況。

4、火力發電廠化學清洗的展望

1)研究開發性能良好,毒性小的化學清洗工藝和相應的緩蝕劑、鈍化劑,對化學清洗廢液進行處理、回收利用,達到變害為寶的目的。

2)對汽輪機油系統的化學清洗工作需要加強。

汽輪機油系統存在龐大復雜的油管路,生成的銹蝕產物雜質、油垢,目前尚無比較好的清除方法。

3)隨著火力發電機組超高臨界、大容量的發展,除傳統的Cr-Mo鋼和Cr-MoV鋼外,一些長壽命耐熱鋼如鐵素體鋼在電站鍋爐中得到了應用,對含這些材料的設備化學清洗需要積累經驗,并及時進行總結。

中国福彩网4)在目前電力供應緊張形勢下,強調研究開發凝汽器不停機的清洗工藝。隨著不銹鋼凝汽器、鈦制凝汽器的應用和推廣,需要研制相應的清洗技術和清洗緩蝕劑。


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