9F級燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組余熱鍋爐化學(xué)清洗

王國蓉

(江蘇華電望亭發(fā)電廠，江蘇 蘇州 215155)

0 引言

燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組具有熱效率高、自動化程度高、啟停靈活以及環(huán)境友好等優(yōu)點，在我國發(fā)電機組中所占比例越來越高。鍋爐的化學(xué)清洗是避免垢下腐蝕、提高鍋爐熱效率、保證機組安全經(jīng)濟運行的重要措施。由于余熱鍋爐的結(jié)構(gòu)與燃煤機組有較大的區(qū)別，整個水汽系統(tǒng)遠比燃煤鍋爐復(fù)雜，加上對運行中余熱鍋爐化學(xué)清洗的經(jīng)驗較少，故有必要對運行中余熱鍋爐的化學(xué)清洗方案進行探究。

1 9F燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組余熱鍋爐系統(tǒng)概況

華電望亭發(fā)電廠9F燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組余熱鍋爐采用杭州鍋爐廠的NG-901FA-R型三壓、再熱、臥式、無補燃、自然循環(huán)余熱鍋爐，采用室外布置方式。燃氣輪機排出的高溫?zé)煔馔ㄟ^進口煙道進入鍋爐本體，依次水平?jīng)_刷各受熱面模塊，最后低溫?zé)煔饨?jīng)出口煙道由煙囪排出。沿鍋爐寬度方向各受熱面模塊均分成3個單元，每個受熱面均由垂直布置的順列螺旋鰭片管和進出口集箱組成。三壓余熱鍋爐的水汽系統(tǒng)分為高壓、中壓和低壓水汽系統(tǒng)，其主要流程如圖1所示。

圖1 水汽流程

2 化學(xué)清洗的必要性

根據(jù)DL/T 794—2012《火力發(fā)電廠鍋爐化學(xué)清洗導(dǎo)則》的規(guī)定，鍋爐運行5～10 a后應(yīng)酌情安排化學(xué)清洗，或水冷壁結(jié)垢量>300 g/m2時應(yīng)安排化學(xué)清洗[1]。望亭發(fā)電廠#3，#4機組自2005年9月投運至今，已連續(xù)運行12 a，可以考慮對鍋爐進行化學(xué)清洗。2017年3月的檢修中，進行了高壓省煤器的割管檢查，省煤器1和省煤器2的結(jié)垢量分別為37.4，136.2 g/m2，未達到進行化學(xué)清洗的強制要求。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，余熱鍋爐可以酌情考慮進行化學(xué)清洗。

3 化學(xué)清洗范圍

根據(jù)三壓余熱鍋爐的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，化學(xué)清洗的范圍為：(1)高壓系統(tǒng)，包括高壓省煤器、高壓汽包和高壓蒸發(fā)器；(2)低壓系統(tǒng)，包括低壓省煤器、低壓汽包和低壓蒸發(fā)器；(3)中壓系統(tǒng)，包括中壓省煤器、中壓汽包和中壓蒸發(fā)器；(4)部分給水管道。

4 化學(xué)清洗介質(zhì)的選擇

4.1 余熱鍋爐爐型及材質(zhì)對清洗介質(zhì)的要求

不同爐型及材質(zhì)必須選用不同的清洗介質(zhì)。如果鍋爐的結(jié)構(gòu)存在酸液積存風(fēng)險，必須避免使用鹽酸作為清洗介質(zhì)。氯離子會對奧氏體鋼及含鉻鋼材造成金相腐蝕，所以鹽酸不能用于含有這類材料的鍋爐，而只能用檸檬酸、乙二胺四乙酸(EDTA)以及復(fù)合有機酸等作清洗介質(zhì)。望亭發(fā)電廠的9F燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組余熱鍋爐受熱面主要材質(zhì)為SA210-A-1，屬于高壓鍋爐用的碳鋼，其主要成分中除了Fe元素，還含有約0.47%的Mn元素，各種常見的清洗介質(zhì)均適用，但由于部分閥門為含有鉻的合金鋼材料，在采用鹽酸作為清洗介質(zhì)時必須采取隔絕或拆除等措施。

表1 余熱鍋爐水汽系統(tǒng)參數(shù)

4.2 鍋爐結(jié)垢成分及結(jié)垢量對清洗介質(zhì)的要求

根據(jù)清洗介質(zhì)對不同結(jié)垢的溶解特性，需要對鍋爐受熱面的結(jié)垢進行成分分析，選擇最適合的清洗介質(zhì)。以碳酸鹽、鐵的氧化物為主的結(jié)垢，可以采用鹽酸、EDTA以及復(fù)合有機酸等清洗劑；對于二氧化硅含量超過5%的結(jié)垢，則要考慮在清洗劑中加入氟化物或采用氫氟酸清洗。

結(jié)垢量對清洗介質(zhì)的選擇也有一定影響。結(jié)垢量較大且結(jié)垢中碳酸鹽的含量較高時，如果采用反應(yīng)強烈的強酸作為清洗劑，則在清洗過程中會出現(xiàn)垢的剝落、沉積現(xiàn)象，可能造成清洗管道的堵塞，影響清洗效果。

望亭發(fā)電廠9F燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組余熱鍋爐受熱面的結(jié)垢中，鐵的氧化物占90%以上，而二氧化硅含量小于1%，所以鹽酸、EDTA以及復(fù)合有機酸等清洗劑都適用。

4.3 清洗條件對清洗介質(zhì)選擇的影響

為達到良好的清洗效果，不同的清洗介質(zhì)對溫度、流速等清洗條件有不同的要求。如低溫EDTA化學(xué)清洗，要求溫度在85～95 ℃，復(fù)合有機酸要求在85～95 ℃，而鹽酸則在常溫下進行即可。在流速上，復(fù)合有機酸要求在0.3～0.6 m/s，而鹽酸和EDTA則沒有明確要求。由于余熱鍋爐的高壓蒸發(fā)器通流截面積較大，要達到規(guī)定流速，就需要很大流量的清洗泵，普通清洗設(shè)備難以滿足，故清洗介質(zhì)首選鹽酸或EDTA。

4.4 清洗工期對清洗介質(zhì)選擇的影響

使用鹽酸、復(fù)合有機酸以及檸檬酸等清洗介質(zhì)進行化學(xué)清洗，需要水沖洗、酸洗、酸洗后水沖洗、漂洗、鈍化等步驟，工期較長，對需要考慮分系統(tǒng)清洗的余熱鍋爐來講，這是一個非常關(guān)鍵的影響因素。EDTA化學(xué)清洗具有清洗鈍化一步完成的優(yōu)點，在節(jié)約工期方面具有巨大的優(yōu)勢，因此，余熱鍋爐化學(xué)清洗的首選清洗介質(zhì)為EDTA。

4.5 清洗成本對清洗介質(zhì)選擇的影響

清洗成本是化學(xué)清洗方案設(shè)計時不可忽視的重要因素。影響清洗成本的主要因素有清洗劑價格、臨時系統(tǒng)安裝、清洗工期以及廢液處理等。就清洗劑價格而言，EDTA價格最高，復(fù)合有機酸次之，鹽酸最便宜。廢液處理方面，鹽酸最方便，EDTA和復(fù)合有機酸的廢液處理均需要較高的成本。

綜上所述，盡管EDTA在價格上不具優(yōu)勢，但結(jié)合工期、安全性等方面因素，望亭發(fā)電廠9F燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組余熱鍋爐化學(xué)清洗首選EDTA。

5 化學(xué)清洗系統(tǒng)設(shè)計

三壓余熱鍋爐由于其水汽系統(tǒng)的特殊性，不同受熱面的通流截面積差異很大，使得單一清洗系統(tǒng)中難以保證適當(dāng)?shù)牧魉伲@也是余熱鍋爐化學(xué)清洗方案設(shè)計的最大難點。望亭發(fā)電廠9F燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組余熱鍋爐通流截面積見表1(流量以0.2 m/s流速計)。

從表1可以看出，高壓蒸發(fā)器的通流截面積是中壓省煤器的17.35倍，將高、中、低壓系統(tǒng)串聯(lián)清洗顯然是不可行的。將清洗系統(tǒng)分高壓系統(tǒng)、中壓系統(tǒng)和低壓系統(tǒng)分別進行清洗是一個解決方法。

考慮到蒸發(fā)器管屏為垂直布置，清洗液由汽包進入蒸發(fā)器管屏可能產(chǎn)生氣塞，影響清洗效果，故設(shè)計中清洗液由下向上從蒸發(fā)器底部進入，經(jīng)過蒸發(fā)器進入汽包，再由汽包大直徑下降管返回清洗箱。

5.1 高壓系統(tǒng)清洗流程

為達到應(yīng)有的流速(以0.2 m/s計算)，高壓系統(tǒng)清洗泵出力必須達到1 800 t/h，可以考慮采用2臺800 t/h的清洗泵并聯(lián)運行。清洗泵出口分2路，一路進入高壓省煤器1進口集箱，另一路進入高壓省煤器2進口集箱。高壓省煤器1出口與高壓省煤器2斷開，直接接入高壓蒸發(fā)器進口集箱。通過閥門開度調(diào)節(jié)2路流量比為1∶3左右。清洗液分別通過高壓省煤器1，2后進入高壓蒸發(fā)器進口集箱，經(jīng)高壓蒸發(fā)器進入汽包，由高壓汽包大直徑下降管返回清洗箱，形成循環(huán)。高壓系統(tǒng)清洗流程如圖2所示。

圖2 高壓系統(tǒng)清洗流程

5.2 中壓系統(tǒng)清洗流程

中壓系統(tǒng)清洗泵選用出力為1 000 t/h時，清洗介質(zhì)流速可達到0.27 m/s左右。清洗泵出口分2路，一路進入中壓蒸發(fā)器進口集箱，經(jīng)中壓蒸發(fā)器進入中壓汽包，另一路進入中壓省煤器。利用閥門開度調(diào)節(jié)2路流量比為6∶1。清洗液通過中壓省煤器后進入中壓汽包，與另一路匯合后通過大直徑下降管返回清洗箱，形成循環(huán)。系統(tǒng)如圖3所示。

5.3 低壓系統(tǒng)清洗流程

低壓系統(tǒng)清洗泵選用出力為1 000 t/h，清洗液依次經(jīng)過低壓省煤器1、低壓省煤器2、低壓蒸發(fā)器后進入低壓汽包，由低壓汽包大直徑下降管返回清洗箱，形成循環(huán)。清洗介質(zhì)流速可達到0.21～0.30 m/s，基本達到清洗流速要求。系統(tǒng)流程如圖4所示。

圖4 低壓系統(tǒng)清洗流程

5.4 多系統(tǒng)組合清洗

分系統(tǒng)清洗可以保證良好的清洗效果，但缺點就是將化學(xué)清洗的工期大大拉長。因每個系統(tǒng)的清洗都需要安裝臨時管道、水沖洗、酸洗、酸洗后水沖洗、漂洗、鈍化以及系統(tǒng)恢復(fù)等步驟，分3個系統(tǒng)進行化學(xué)清洗往往無法滿足檢修工期的要求；同時，系統(tǒng)切換、臨時系統(tǒng)的安裝恢復(fù)工作量巨大。為壓縮酸洗工期，有必要設(shè)計一個組合清洗流程，流程設(shè)計如下。選用2臺800 t/h的清洗泵并聯(lián)，出口分2路，一路進入高壓省煤器1進口集箱，另一路進入高壓省煤器2進口集箱。通過閥門開度調(diào)節(jié)進入省煤器1，2的流量比為1∶3左右。清洗液分別通過高壓省煤器1，2后進入高壓蒸發(fā)器進口集箱，經(jīng)高壓蒸發(fā)器進入高壓汽包。高壓汽包大直徑下降管分2路，一路返回清洗箱，另一路依次進入低壓省煤器1、低壓省煤器2、低壓蒸發(fā)器，最后進入低壓汽包。低壓汽包下降管分2路，一路進入中壓蒸發(fā)器進口集箱，另一路進入中壓省煤器。利用閥門開度調(diào)節(jié)進入中壓蒸發(fā)器和中壓省煤器的流量比為 6∶1。清洗液通過中壓省煤器后與另一路匯合進入中壓蒸發(fā)器，再由中壓汽包大直徑下降管返回清洗箱，形成循環(huán)。多系統(tǒng)組合清洗流程如圖5所示。

該組合清洗系統(tǒng)的優(yōu)點在于可以一次完成3個系統(tǒng)的清洗，大大縮短清洗工期；主要缺點是臨時系統(tǒng)較復(fù)雜，清洗過程中流量調(diào)節(jié)要求較高。

余熱鍋爐對清洗泵流量的要求較高，現(xiàn)有的清洗泵難以達到。由于EDTA化學(xué)清洗對流速沒有明確的要求，加上該廠鍋爐的結(jié)垢量相對不高，且主要成分是較易清洗的鐵的氧化物，清洗泵最低流速達到0.2 m/s即基本可以滿足清洗效果，故可選用2臺800 t/h的清洗泵并聯(lián)運行。

圖5 多系統(tǒng)組合清洗流程

在多系統(tǒng)組合清洗方案中，存在高、中、低壓汽包標(biāo)高不一致，汽包水位難以控制的問題，該問題可以通過過熱器頂壓來處理。清洗時將3個系統(tǒng)過熱器充滿保護液，再用同一水源對過熱器進行頂壓保護，一方面可以避免清洗液進入過熱器，起保護作用，另一方面可以平衡各系統(tǒng)汽包壓力。

6 化學(xué)清洗廢液處理

化學(xué)清洗廢液中主要包含殘余清洗劑、緩蝕劑、金屬鹽(主要是鐵鹽)以及少量的重金屬等。影響排放的指標(biāo)主要是pH值、化學(xué)需氧量(COD)以及重金屬含量等。對于鹽酸清洗廢液，處理方法為中和(調(diào)節(jié)pH值)、混凝沉降(去除懸浮物)、曝氣并添加氧化劑(去除COD)等。對于復(fù)合有機酸，則可考慮中和、混凝沉降，然后焚燒。對于EDTA，可以先進行EDTA回收，再中和、混凝沉降，最后進行焚燒。對有鈍化步驟的清洗工藝，還要考慮對鈍化液的處理。如采用亞硝酸鈉鈍化，則可以采用氯化銨處理法、次氯酸鈉處理法或尿素分解法等。

酸洗廢液處理的重點及難點主要在COD的處理，一般可采用吸附法、微生物降解法、氧化劑法及曝氣法等，但處理效率都不高，時間較長。一個可行的辦法就是爐內(nèi)焚燒，該方法效率高，處理效果可達到排放要求，主要缺點是影響鍋爐效率，在前期處理不達標(biāo)的情況下還可能造成爐膛的腐蝕或結(jié)焦。

7 結(jié)論

根據(jù)望亭發(fā)電廠9F燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組余熱鍋爐結(jié)構(gòu)特點、結(jié)垢量和垢成分，結(jié)合工期、成本以及廢液處理等因素，建議清洗方案如下：采用EDTA為清洗介質(zhì)，溫度為120～140 ℃，清洗泵流量為800 t/h，清洗、鈍化一次完成；采用組合清洗方式，縮短清洗工期；廢液處理時先進行EDTA回收，然后進行中和、混凝沉降，自然蒸發(fā)后進行爐內(nèi)焚燒。

參考文獻：

[1]火力發(fā)電廠鍋爐化學(xué)清洗導(dǎo)則：DL/T 794—2012[S].