9F級燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組余熱鍋爐的化學清洗研究

陳曉龍

（珠海深能洪灣電力有限公司，廣東珠海 519060）

鍋爐的化學清洗是鍋爐保養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，其中關(guān)鍵是要控制污垢下的腐蝕問題[1]，并以此來提高鍋爐的熱效率，確保機組安全運轉(zhuǎn)、高效運行，進而從整體上保護好鍋爐，提高其運行效率。

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

此鍋爐系統(tǒng)主要選擇室外布設(shè)模式，燃氣輪機所排除的高溫煙氣經(jīng)進口煙道流向鍋爐本體，并逐漸地水平性流經(jīng)不同受熱面模塊，最終低溫煙氣經(jīng)過出口通道自煙囪排除。沿著鍋爐寬度方向讓不同的受熱面模塊劃分成若干單元，各個受熱面都是由垂直布設(shè)的順列旋鰭片管、進出口集箱等構(gòu)成，三壓余熱鍋爐的水汽系統(tǒng)則有高、中、低之分。具體的流程如圖1所示。

圖1 水汽流程

2 化學清洗的重要意義

參照發(fā)電廠鍋爐化學清洗的相關(guān)規(guī)范與規(guī)定，鍋爐在運轉(zhuǎn)5～10 a 以后再根據(jù)實際情況來進行化學清洗，也可以在水冷壁結(jié)垢足夠多，超出300 g/m2時再視情況來安排化學清洗，對于持續(xù)多年的鍋爐必須做好化學清洗。對于一些設(shè)備的檢查，如對省煤器實施割管檢查，可以根據(jù)煤器的結(jié)垢量來決定是否采取化學清洗模式[2]。

3 化學清洗的范圍

參照三壓余熱鍋爐的結(jié)構(gòu)，需進行化學清洗的部件包括：高壓系統(tǒng)，指高壓省煤器、高壓汽包與高壓蒸發(fā)器；低壓系統(tǒng)則是指低壓省煤器、低壓汽包與低壓蒸發(fā)器；中壓系統(tǒng)則涵蓋中壓省煤器、汽包與蒸發(fā)器，以及其他的給水管道等。

4 化學清洗介質(zhì)的選擇

鍋爐有著不同的類型，各個型號的鍋爐因為材質(zhì)不一樣需選擇適合的清洗介質(zhì)。當發(fā)現(xiàn)鍋爐的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了酸液積存的風險，則嚴禁選擇鹽酸來充當清洗介質(zhì)，這是因為如果采用鹽酸清洗，其中的游離態(tài)氯離子則將對鍋爐內(nèi)的某些金屬材料帶來一定的腐蝕性，造成奧氏體不銹鋼材料出現(xiàn)晶間腐蝕，要嚴禁鹽酸用作此類材料的清洗介質(zhì)，此時可以選擇檸檬酸、乙二胺四乙酸等充當清洗介質(zhì)[3]。因為9F 級燃氣–蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組余熱鍋爐的受熱面材質(zhì)較為特殊，以普通高壓鍋爐使用的碳鋼和鐵素體鋼材為主，如20G 和T91等，很少使用等級較高的奧氏體不銹鋼材料，根據(jù)此類鍋爐的材質(zhì)條件，意味著對清洗介質(zhì)有著相對寬泛的要求，然而，因為涉及酸洗系統(tǒng)的一些閥門屬于內(nèi)含鉻的合金鋼材料，如果選擇鹽酸充當清洗介質(zhì)，則必須以隔絕、拆除的模式進行。

5 化學清洗系統(tǒng)的設(shè)計

三壓余熱鍋爐因為內(nèi)部水汽系統(tǒng)較為特別，各個受熱面的通流截面積有著一定差異性，從而導致單一的清洗系統(tǒng)無法保持合適的流動速度，成為余熱鍋爐化學清洗方案設(shè)計的一大挑戰(zhàn)和難題。9F 燃氣–蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組余熱鍋爐通流截面積數(shù)據(jù)統(tǒng)計如表1所示。

表1 余熱鍋爐水汽系統(tǒng)參數(shù)統(tǒng)計

從表1能看出，高壓蒸發(fā)器的通流截面達到了中壓省煤器的17.35倍，基于此，則無法通過系統(tǒng)串聯(lián)的方式來清洗各項設(shè)備，對此可以嘗試將不同類型的系統(tǒng)實施分別清洗。由于蒸發(fā)器管屏處于垂直分布模式，清洗液以氣泡的方式走向蒸發(fā)器管屏，則難免產(chǎn)生氣塞，對清洗效果帶來不良影響，對此可以調(diào)整設(shè)計模式，讓清洗液從下而上地自蒸發(fā)器底部進入，經(jīng)蒸發(fā)器走向汽包，再經(jīng)汽包大直徑下降管回歸至清洗箱。

5.1 高壓系統(tǒng)清洗流程

要想達到預期的流速，高壓系統(tǒng)清洗泵則要達到1 800 t/h，一般應(yīng)選擇2臺清洗泵，讓它們并聯(lián)運轉(zhuǎn)，而且要將清洗泵的出口化成兩路，分別流向高壓省煤器1的進口集箱和高壓省煤器2進口集箱，高壓省煤器1出口和高壓省煤器2斷開，直接將其連入高壓蒸發(fā)器進口集箱。借助閥門開度調(diào)節(jié)2路流量比達到1∶3，清洗液各自借助高壓省煤器1，2流向高壓蒸發(fā)器進口集箱，經(jīng)高壓蒸發(fā)器進入汽包，自高壓汽包大直徑降至管內(nèi)并返回清洗箱，打造出一個整體的大循環(huán)。高壓系統(tǒng)的清洗流程圖如圖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)清洗泵要注意型號的選配，其中出力達到1 000 t/h 為最佳，清洗介質(zhì)流動速度一般為0.27 m/s。清洗泵的出口通常要分成兩路，其中一路流向中壓蒸發(fā)器進口集箱，途經(jīng)中壓蒸發(fā)器流向中壓汽包，另一路則進入中壓省煤器，可以借助閥門開度調(diào)節(jié)兩路的流量比例達到6∶1。清洗液體經(jīng)中壓省煤器走向中壓汽包，和另一路匯合，再經(jīng)大直徑下降管折返至清洗箱，最終達成一個大循環(huán)。具體如圖3所示。

圖3 中壓系統(tǒng)清晰流程

5.3 低壓系統(tǒng)清洗流程

低壓系統(tǒng)清洗泵可以選擇出力達到1 000 t/h，清洗液可以逐次地流經(jīng)低壓省煤器1、低壓省煤器2、蒸發(fā)器，再流向低壓汽包，經(jīng)低壓汽包大直徑下降管折返至清洗箱，達成一個循環(huán)，清洗介質(zhì)的流速可以上升至0.21～0.30 m/s，按照此標準才能真正符合清洗的流速標準。

5.4 多系統(tǒng)相互配合

分系統(tǒng)清洗能確保達到理想的清洗效果，然而，其不足在于化學清洗的時長將被延長。這是由于各個系統(tǒng)的清洗都必須配設(shè)臨時的管道、酸洗、水沖洗，而且在酸洗以后還要經(jīng)歷水沖洗、漂洗等步驟，要分別按照三個系統(tǒng)來逐漸開展化學清洗，這樣通常難以達到檢修工期的相關(guān)要求。而且整個過程中系統(tǒng)切換、安裝等涉及到很多工作。要想控制酸洗工期，則需要創(chuàng)設(shè)一個組合清洗流程：選配兩臺清洗泵，將其并聯(lián)，而且要將出口劃分為兩路，一路進入高壓省煤器1進口集箱，另一路則要流向高壓省煤器2進口集箱。借助閥門開度來對應(yīng)調(diào)整進入省煤器1、2的流量比例為1∶3。清洗液則各自經(jīng)高壓省煤器1，2以后再流向高壓蒸發(fā)器進口集箱，經(jīng)高壓蒸發(fā)器流入高壓汽包，其大直徑下降管分成兩路，一路返回清洗箱，第二路則逐次地流向低壓省煤器1，2，低壓蒸發(fā)器等，最終將進入低壓汽包。其下降管兵分兩路，一路進入中壓蒸發(fā)器進口集箱，第二路則流向中壓省煤器，借助閥門開度調(diào)節(jié)流向中壓蒸發(fā)器、省煤器的流量比例達到6∶1。

此組合清洗系統(tǒng)的優(yōu)勢體現(xiàn)在：可以一次性地實現(xiàn)三大系統(tǒng)的清洗，從而控制清洗的時長。不足之處則體現(xiàn)在：臨時系統(tǒng)復雜，這就使得整個清洗中流量調(diào)節(jié)有著更高的要求。余熱鍋爐對于清洗泵流量提出了全新的更高要求，當前的清洗泵無法實現(xiàn)這一標準。因為EDTA 化學清洗模式的兼容性強，對于流速沒有過高的要求，因為此鍋爐運行以后不會出現(xiàn)大范圍結(jié)垢現(xiàn)象，其污垢相對易于清除，清洗泵的流速最低可以達到0.2 m/s，就能基本達到理想的清洗效果，此時不妨選擇兩個清洗泵同步運轉(zhuǎn)模式。

多系統(tǒng)組合清洗方案中很容易出現(xiàn)不同壓力下的汽包標高不統(tǒng)一的問題，汽包水位可能不受控制，此問題則不妨憑借過熱器頂壓的方式加以處理，清洗過程中不妨讓三個系統(tǒng)過熱器來填滿保護液，借助相同的水源來對過熱器實施頂壓保護，這樣不僅可以控制清洗液滲入過熱器，發(fā)揮保護功能，也能有效地平衡不同系統(tǒng)汽包壓力。

6 化學清洗廢液的處理

化學清洗廢液內(nèi)一般含有多種物質(zhì)，例如，殘留的清潔劑、緩蝕劑與金屬鹽，其中大部分是鐵鹽，還含有一些微量的重金屬，其中廢液的酸堿值、化學需氧量與重金屬的含量等因素是最關(guān)鍵的干擾性因素，會直接影響排放指標。鹽酸清洗廢液的優(yōu)良處理方式為采取中和法，也就是通過調(diào)節(jié)溶液的pH 值的方式，也可以選擇混凝沉降、曝氣與添加氧化劑的方式。如果是復合有機酸則要選擇中和混凝沉降的方法，并焚燒處理。如果是EDTA 則需要先將其回收處理，然后嘗試中和、混凝沉降，末尾環(huán)節(jié)則可以采取焚燒的方式。如果是鈍化步驟的清洗工藝，則需要特殊處理鈍化液，若選擇亞硝酸鈉鈍化模式，一般適合選擇氯化銨處理法，也可以選擇尿素分解法。

酸洗廢液處理的關(guān)鍵與核心在于，對COD 的處理，通常應(yīng)選擇吸附法、微生物降解法、氧化劑法或曝氣法等，然而，其不足之處在于效率低下，需要耗費較長時間。最理想、正確的方法為爐內(nèi)焚燒，此方法的優(yōu)勢體現(xiàn)在高效、高環(huán)保而且容易操作，所產(chǎn)生的氣體達到了環(huán)保排放要求。不足之處為，鍋爐運行效率低下，如果前期未能達到預期的標準，則可能引發(fā)鍋爐內(nèi)壁受損、腐蝕等問題。

7 結(jié)語

參照余熱鍋爐的特點、結(jié)垢量等來選擇清洗方式以及清洗介質(zhì)等，最終研究顯示EDTA 充當清洗介質(zhì)在120～140℃的條件下最為合適，清洗泵流量在800 t/h最為合適，而且要鈍化一次完成，可以選擇組合清洗模式，以此來控制清洗工期，在處理廢液過程中可以先回收EDTA，再進行中和、混凝沉降的方式待其自然蒸發(fā)以后在爐內(nèi)焚燒。余熱鍋爐沒有焚燒系統(tǒng)，因此此段直接可以要求酸洗公司回收處理即可。