化學清洗技術在韶鋼煤氣鍋爐的應用

劉耀輝

（寶鋼集團廣東韶關鋼鐵有限公司，廣東 韶關 512123）

化學清洗技術在韶鋼煤氣鍋爐的應用

劉耀輝

（寶鋼集團廣東韶關鋼鐵有限公司，廣東 韶關 512123）

鍋爐化學清洗是指通過加入化學藥劑的水溶液與鍋爐汽水系統中的腐蝕物、沉積物、水垢等發生化學反應，使鍋爐受熱面內表面清潔，并在金屬表面形成一層鈍化膜的方法。鍋爐定期進行化學清洗后，可一定程度的提高鍋爐熱效率、改善機組水汽品質，有效防止受熱面發生爆管和水循環事故，保證鍋爐安全、穩定、高效運行。

鍋爐；垢量；清洗；機理；效果

1 概述

韶鋼共有 5臺煤氣鍋爐發電機組，其中 4#鍋爐為2005年 11月投產，3#鍋爐為 2009年 9月投產，3#、4#鍋爐是運行年限最長的兩臺煤氣鍋爐。

2016年 4月 22日 20：06分 3#鍋爐水冷壁出現爆管停爐事故，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因爆破形成的孔洞。同年6月，由廣東省特種設備檢測研究院對 4#鍋爐進行內檢，在前墻水冷壁爐右數第 8根，自爐膛底部往上 2.4～ 3m處進行割管檢查內壁結垢情況時，測得向火側垢量為920g/m2、背火側垢量為 860g/m2。2016年 8月，經委托廣東省特種設備檢測研究院對3#鍋爐水冷壁管出現的爆破現象進行失效原因分析，經檢驗垢量與 4#鍋爐類似。

圖1

2 清洗必要性分析

根據檢修統計，4#鍋爐上次化學清洗時間為 2005年 10月，3#鍋爐上次清洗時間為 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間均已超過《火力發電廠鍋爐化學清洗導則》的規定值，必須進行化學清洗，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和汽水系統的清潔。鍋爐化學清洗必須由可靠的專業隊伍進行。

3 鍋爐清洗技術方案（以 3#鍋爐為例）

3.1 清洗方案確定

水冷壁割管檢測（拉伸、電鏡掃描、金相分析），未發現嚴重氫脆現象。經過溶垢試驗及垢樣檢測分析，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）。根據上述檢查結果，清洗隊伍最終采用鹽酸酸洗除垢加氨洗除銅清洗工藝進行清洗，順序為酸洗→氨洗。

3.2 化學清洗機理

3.2.1 鹽酸清洗機理

鍋爐水冷壁結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荷的控制有關。鐵的化合物的形態主要是帶正電的膠態氧化鐵。當水管上局部地區的熱負荷過高時，該部位的金屬表面因電子集中而帶負電。結果帶正電的氧化鐵微粒向帶負電的金屬表面聚集，便形成了氧化鐵垢。

鹽酸去除沉積物的機理有以下幾點。

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

鹽酸還能溶解碳酸鹽水垢，其反應式如下

（2）剝離作用。鹽酸和一部分氧化物作用時，尤其是和 FeO反應時，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產生CO2氣體，而且還能與夾雜在沉積物中的鐵微粒發生反應放出氫氣，反應如下：

這些氣體在逸出過程中，對附著物具有較大的掀動力，使沉積物從管壁上脫落下來。

由上述可知，鹽酸清洗時，所發生的反應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 氨洗除銅機理

氨洗過程中，銅離子在氨水中能生成穩定的銅氨絡離子，過硫酸氨能促進銅的溶解。其反應如下：

3.3 化學清洗范圍

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）、上下聯箱及連接管道（圖2）。

圖2

3.4 清洗前汽包和過熱器保護

清洗前汽包內部裝置需拆除，下降管加裝節流孔板。過熱器注聯氨和氨水保護。在清洗箱配含聯氨200mg/L、用氨水調 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

清洗系統沖洗合格后，利用清洗臨時系統，開啟循環泵進行上水，依次切換循環回路，檢查循環是否正常，沖洗至排水澄清。

3.5.2 汽包內清理、掛試片

把汽包底部的沉積物人工擦洗清除干凈。在汽包內用帶絕緣皮的電纜線掛3片標準腐蝕試片，關閉汽包人孔門，確保嚴密。

3.5.3 清洗加溫、循環試驗

利用清洗臨時系統進行鍋爐上水，開循環泵，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 40分鐘左右，確定各回路緩蝕劑濃度基本均勻。

3.5.5 酸洗

緩蝕劑循環均勻后，立即加入工業鹽酸。鹽酸與水稀釋混合，通過濃酸加藥泵加入到清洗循環箱內，濃酸加酸速度控制在清洗循環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系統。

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 1～ 2h。按要求切換循環回路。

酸洗分析項目為： ① 鹽酸濃度；② Fe3+和 Fe2+；③ 溫度。

終點判斷：鍋爐出口（回酸口）：酸濃度趨于穩定，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，應加入還原劑Vc-Na降低 Fe3+濃度。

3.5.6 酸洗后水沖洗

酸洗結束后，開排水閥和補水閥，可先用工業水沖洗，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，清洗時間：1～ 2 h。

3.5.8 漂洗、鈍化

氨洗結束，水沖洗至 pH在 7.0左右。

加緩蝕劑：0.05%～ 0.1%；循環 40min，開蒸汽加溫到 70℃左右。加 EDTA二鈉： 0.3%～ 0.4%；聯氨1000mg/L；用工業氨水調 pH值 :9.0～ 10；加溫到 80～ 90℃；按回路進行漂洗、鈍化。時間 : 4～ 5h（視監視管檢查結果而定）。

3.5.9 廢液處理

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

表1 3#鍋爐清洗檢驗報告

4 鍋爐清洗后效果

4.1 鍋爐清洗報告（表1）

4.2 清洗效果照片對比（圖3）

圖3

5 結語

清洗作業先安排 4#鍋爐進行，4#鍋爐清洗完后隨即根據生產檢修計劃安排3#鍋爐清洗。因此在借鑒了 4#鍋爐成功的清洗經驗基礎上，3#鍋爐在以下幾個方面進行了優化和完善，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，進行了整個系統的清洗模擬試驗，確保蒸汽壓力、蒸汽流量和溫度達到清洗要求。

（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）經計算，3#鍋爐清洗后鍋爐熱效率提高了0.59%，達到節省燃料、提高熱效率的目的。

綜上所述，本次清洗一共兩臺鍋爐（3#、4#鍋爐），兩臺爐除垢率均達到 95%以上，其它各項指標均在標準范圍內，實現清洗除垢效果優良水平，對同行業鍋爐具有借鑒和指導意義。

[1]火力發電廠鍋爐化學清洗導則 [M]. 國家能源局，2012.

[2]初立杰 . 電廠化學 [J]. 北京：中國電力出版社，2006.

[3]火力發電廠機組大修化學檢查導則 [M].中國電力出版社，2009.

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

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