火力發(fā)電廠化學(xué)清洗技術(shù)現(xiàn)狀和展望

1、第20卷第6期清洗世界Clea ning Wo rldVol.20 No.6化學(xué)清洗作為一種常見(jiàn)有效的清洗方法,是火力發(fā)電廠化學(xué)監(jiān)督和管理工作一個(gè)重要內(nèi)容,火力發(fā)電廠的熱力設(shè)備,在啟用和運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中需要進(jìn)行化學(xué)清洗處理,以維持設(shè)備的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。本文討論了目前火力發(fā)電廠的化學(xué)清洗技術(shù)研究進(jìn)展,包括常用酸洗工藝、酸洗緩蝕劑、清洗廢水處理等。是一項(xiàng)高效清洗技術(shù),其原理是將酸性物質(zhì)與受熱面管內(nèi)壁的沉積物進(jìn)行化學(xué)反應(yīng),在清洗液中通過(guò)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(zhì)中,然后隨清洗液而除去,并對(duì)清洗后的清潔金屬面進(jìn)行保護(hù)性鈍化處理,防止二次腐

2、蝕發(fā)生。1.2鍋爐化學(xué)清洗的相關(guān)規(guī)定原國(guó)家電力公司DL/T794-2001火力發(fā)電廠鍋爐化學(xué)清洗導(dǎo)則中的有關(guān)規(guī)定,鍋爐系統(tǒng)在投運(yùn)之前,鍋爐受熱面必須進(jìn)行化學(xué)清洗,以除去設(shè)備在生產(chǎn)、運(yùn)輸、存放、安裝過(guò)程中所產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物、焊渣、泥沙等污染物,保證機(jī)組啟動(dòng)后水汽品質(zhì)盡快合格。在鍋爐運(yùn)行中,隨著爐水的不斷蒸發(fā),水質(zhì)會(huì)變得較差,在爐管內(nèi)壁會(huì)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(zhì)量,而火力發(fā)電廠化學(xué)清洗技術(shù)現(xiàn)狀和展望張大全(上海電力學(xué)院環(huán)境工程系,上海200090摘要介紹了目前國(guó)內(nèi)火力發(fā)電廠化學(xué)清洗技術(shù)狀況,并指出了火力發(fā)電廠化學(xué)清洗技術(shù)的存在的問(wèn)題和發(fā)展方向。關(guān)鍵詞火力發(fā)

3、電廠化學(xué)清洗技術(shù)發(fā)展方向中圖分類號(hào)TK269.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼B1火力發(fā)電廠化學(xué)清洗技術(shù)概況1.1化學(xué)清洗工藝及清洗方式火力發(fā)電廠化學(xué)清洗的范圍包括電廠的熱力設(shè)備如鍋爐、凝汽器和水處理反滲透系統(tǒng)等,化學(xué)清洗工藝一般為:水洗堿煮漂洗酸洗水洗鈍化等,常用的酸種從鹽酸、檸檬酸、EDTA 等發(fā)展到混合酸清洗。清洗方式也從傳統(tǒng)的“液相”清洗發(fā)展到“兩相流”的清洗?！皻庖簝上嗔鳌被瘜W(xué)清洗工藝收稿日期:2004-05-10作者簡(jiǎn)介:張大全(1968-,男,河南潢川人,副教授,博士,主要從事水處理技術(shù)和防腐蝕化學(xué)品的研究和開(kāi)發(fā)。The status and future of chemical cleaning

4、in heat power plantZHANG Daquan(Environmental Engineering Department of Shanghai Power College,Shanghai 200090Abstract The status of the chemical cleaning in heat power plants in china was reviewed. Theproblems existed and developing trends of chemical cleaning in heat power plant were commented.Key

5、words heat power plant; chemical cleaning; developing trend清洗世界第6期25且會(huì)造成爆管的事故,危及機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。為了確保鍋爐機(jī)組運(yùn)行中有較高的安全性、經(jīng)濟(jì)性、良好的水汽品質(zhì),減少結(jié)垢和腐蝕,一方面運(yùn)行中要保證補(bǔ)給水的品質(zhì),另一方面也要根據(jù)情況適時(shí)地進(jìn)行化學(xué)清洗。1.3鹽酸酸洗法鹽酸酸洗工藝,價(jià)格低廉,對(duì)硅酸鹽以外的其他水垢和鐵垢有較高的溶解能力,操作簡(jiǎn)便安全,仍然是目前使用最廣泛的清洗工藝。河北某發(fā)電廠針對(duì)660MW 機(jī)組的自然循環(huán)汽包鍋爐,采用熱鹽酸靜態(tài)浸泡清洗工藝,流程包括3.45MPa壓力下堿煮和熱鹽酸靜態(tài)浸泡、氮?dú)忭攭?/p>

6、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(duì)氧化鐵垢有很強(qiáng)的溶解能力,對(duì)基體金屬的腐蝕性小、危險(xiǎn)性小、使用方便,目前在火力發(fā)電廠鍋爐清洗中應(yīng)用相當(dāng)廣泛,檸檬酸清洗時(shí)常用氨水或三乙醇胺將溶液pH值調(diào)整到3.54.0。大連化學(xué)工業(yè)公司熱電廠一臺(tái)220t/h循環(huán)流化床鍋爐,采用檸檬酸清洗工藝取得了較好的效果2。鍋爐及爐前系統(tǒng)的化學(xué)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(shù)大容量機(jī)組的出現(xiàn)及奧氏體鋼及特種鋼材在鍋爐上的應(yīng)用,普通酸洗對(duì)設(shè)備產(chǎn)生的危害越來(lái)越大,酸洗廢液排放嚴(yán)重污染環(huán)境,因此需要改進(jìn)洗爐方法。1.5EDTA清洗法協(xié)調(diào)乙二胺四乙酸(EDTA洗爐

7、是利用EDTA 的絡(luò)合原理,從弱酸性開(kāi)始,依靠絡(luò)合體系自身的物理化學(xué)變化,隨鐵垢的不斷溶解,pH 自動(dòng)上升,實(shí)現(xiàn)除垢和鈍化一步完成,清洗液對(duì)特種鋼材無(wú)危害,清洗過(guò)程也不會(huì)出現(xiàn)大量沉渣堵塞管道。EDTA 清洗工藝具有工藝簡(jiǎn)便,清洗工期短,對(duì)人身和設(shè)備安全可靠,清洗效果好等諸多優(yōu)點(diǎn)。揚(yáng)州第二發(fā)電廠采用EDTA銨鹽法清洗鍋爐,最后以充氧方式在氧化環(huán)境下加以鈍化的工藝,對(duì)600MW發(fā)電機(jī)組的2000t/h的汽包鍋爐進(jìn)行清洗。清洗結(jié)束后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行檢查,汽包金屬表面潔凈,無(wú)殘留氧化垢物,無(wú)二次浮銹,無(wú)鍍銅現(xiàn)象,且形成均勻致密的鋼灰色鈍化膜。割管檢查爐管內(nèi)壁、監(jiān)視管、臨時(shí)管路情況相同。汽包和水冷壁回路的金屬

8、指示片腐蝕速度均不大于0.49g/(m 2h。被清洗金屬表面無(wú)粗晶析出的過(guò)洗現(xiàn)象,熱力系統(tǒng)的設(shè)備、部件無(wú)損害。在以后的機(jī)組沖管和啟動(dòng)階段中,鍋爐水汽品質(zhì)都較快達(dá)到了合格水平3。EDTA 清洗法以其臨時(shí)系統(tǒng)和清洗工藝簡(jiǎn)單、清洗時(shí)間短、安全可靠、清洗效果好等優(yōu)點(diǎn),在電力工業(yè)中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。但EDTA 價(jià)格昂貴,清洗成本高,所以人們對(duì)EDTA 清洗廢液進(jìn)行回收利用研究,以降低EDTA 的清洗成本。目前開(kāi)發(fā)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(diào)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(fù)利用,據(jù)稱EDTA 的回收

9、率可達(dá)75%以上4。1.6凝汽器的清洗凝汽器是火力發(fā)電廠的重要附屬設(shè)備,它的結(jié)垢和腐蝕具有較大的危害。一是嚴(yán)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(shí),將導(dǎo)致冷卻水漏入凝結(jié)水中,使凝結(jié)水遭受污染,將引起鍋爐結(jié)垢、腐蝕,還將使過(guò)熱器和汽輪機(jī)積結(jié)鹽垢。對(duì)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(xiàn)在也有采用EDTA 絡(luò)合的清洗方式。從傳統(tǒng)的停機(jī)清洗方式,研究開(kāi)發(fā)不停機(jī)的清洗工藝,不影響電力生產(chǎn)的正常運(yùn)行5。HEDTA(羥基乙二胺三乙酸是EDTA 的一種改進(jìn)型產(chǎn)品,具有水溶性好,螯合能力強(qiáng)等特點(diǎn)。HEDTA 和有機(jī)酸外加緩蝕劑、粘泥剝離劑、浸潤(rùn)劑等清洗助劑復(fù)配而成的全有機(jī)化

10、學(xué)清洗劑,經(jīng)試驗(yàn)和工業(yè)應(yīng)用表明,該配方能在不停車的第20卷清洗世界 26情況下,對(duì)換熱器內(nèi)的污垢起到很好的去除作用,而且對(duì)設(shè)備的腐蝕很小,安全可靠6。1.7反滲透膜的清洗反滲透膜除鹽是一種較為先進(jìn)的水處理技術(shù),也是比較成熟的技術(shù),隨著電力系統(tǒng)高參數(shù)大容量機(jī)組的不斷發(fā)展,反滲透-離子交換除鹽聯(lián)合處理的水處理工藝流程的應(yīng)用十分廣泛。運(yùn)行中的反滲透膜必然受到污染,使系統(tǒng)的出水降低,壓降升高,脫鹽串降低。膜生產(chǎn)廠家一般規(guī)定是出現(xiàn)下列情況時(shí),需要清洗膜:(1產(chǎn)水量下降10%15%;(2RO 各段間壓差比運(yùn)行初期增加15%;(3脫鹽率下降10%15%;(4產(chǎn)水電導(dǎo)率升高。反滲透膜的污染因各地水源水質(zhì)不同,

11、預(yù)處理工藝和效果不同而復(fù)雜化,膜的清洗成為應(yīng)用中的一個(gè)難題。各發(fā)電廠家必須結(jié)合自己的水處理工藝特點(diǎn),根據(jù)不同時(shí)期的水質(zhì)變化、污染物特征進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物試驗(yàn),尋找有效清洗配方,探索改進(jìn)工藝程序,規(guī)范操作監(jiān)督標(biāo)準(zhǔn),形成了一套完整的膜清洗技術(shù),保證較好的清洗效果。山東淄博嘉周熱電有限公司,對(duì)反滲透膜清洗采用復(fù)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(yùn)行周期7。2.1多用酸洗緩蝕劑近幾年,我國(guó)緩蝕劑的研究開(kāi)發(fā)得到較快的發(fā)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(yè)上得到應(yīng)用。隨著化學(xué)清洗技術(shù)的發(fā)展,也對(duì)化學(xué)清洗緩蝕劑提出了更高的要求。隨著混合酸清洗技術(shù)的

12、發(fā)展,需要開(kāi)發(fā)在多種清洗介質(zhì)中同樣具有很好性能的多用酸洗緩蝕劑。Lan-826就是我國(guó)開(kāi)發(fā)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(yàn)研究所研究開(kāi)發(fā)的HDH-1多用酸洗緩蝕劑已應(yīng)用于湘潭新電廠300MW 亞臨界汽包爐的清洗工作中,HDH-1對(duì)鹽酸、檸檬酸中的碳鋼緩蝕性能優(yōu)良,且對(duì)紫銅在鹽酸中的緩蝕效果良好8。2.2TPR I -6陰極型清洗緩蝕劑目前E D T A 清洗技術(shù)在火力發(fā)電廠應(yīng)用較為廣泛,促進(jìn)了E D T A 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(fù)合配方。西安熱工院開(kāi)發(fā)的T P R I -6型ED

13、TA 清洗緩蝕劑,并在襄樊電廠的兩臺(tái)300MW 的基建爐的清洗中得到了應(yīng)用9。TPRI-6陰極型緩蝕劑,其主要成分為咪唑啉,結(jié)構(gòu)式為:2化學(xué)清洗緩蝕劑的研究及應(yīng)用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(zhì)。苯并三唑等銅緩蝕劑在酸性介質(zhì)中緩蝕性能不理想,為適應(yīng)對(duì)銅質(zhì)凝汽器的酸洗要求,上海電力學(xué)院對(duì)酸性介質(zhì)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(jié)合起來(lái),合成了一個(gè)新的酸性銅緩蝕劑SBTA 10,結(jié)構(gòu)式為:在酸洗過(guò)程中還必須注意一個(gè)十分重要的腐蝕問(wèn)題就是由Fe 3+、Cu 2

14、+引起的腐蝕,當(dāng)酸洗液的Fe 3+、Cu 2+含量過(guò)高時(shí),已作為陰極去極化劑引起基體金屬的腐蝕:陽(yáng)極反應(yīng):Fe Fe 2+2e 陰極反應(yīng):Fe 3+e Fe 2+Cu 2+eCu +在一定的Fe 3+、Cu 2+離子濃度范圍內(nèi),腐蝕速度N C H 2N C H 2R 12NNSC H 2S NNNN N N C H 2S第6期清洗世界27與Fe 3+、Cu 2+離子濃度呈線性關(guān)系,并且還有引起點(diǎn)蝕的危險(xiǎn),常規(guī)的酸洗緩蝕劑能抑制金屬的析氫腐蝕,但是對(duì)Fe 3+、Cu 2+引起的腐蝕沒(méi)有抑制作用,對(duì)此一般采用添加還原劑的辦法來(lái)解決。硫脲是酸洗中常用的銅離子掩蔽劑,也可還原三價(jià)鐵離子。使用還原劑不僅

15、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(xié)同作用。亞硫酸鈉、亞磷酸、聯(lián)氨等都具有較好的還原性,但加入清洗體系后不僅不能達(dá)到預(yù)期效果,反而對(duì)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(xué)清洗工藝中,鈍化處理是一個(gè)不可缺少的工序,最早采用亞硝酸鹽的鈍化劑,為減少環(huán)境污染和降低毒性,又開(kāi)發(fā)出磷酸-磷酸五鈉體系、聯(lián)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(fā)展到復(fù)合鈍化膜,達(dá)到了更好的鈍化效果。結(jié)合機(jī)組十八胺停用保護(hù)的時(shí)間,最近又開(kāi)發(fā)了酸洗的十八胺鈍化工藝,京能電廠的一臺(tái)200MW 機(jī)組在大修同時(shí)進(jìn)行酸洗,然后采用十八胺作為鈍化劑鈍化

16、,取得了較好的效果11。洗、漂洗和鈍化等幾個(gè)工藝環(huán)節(jié)。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(shè)備材質(zhì)等。清洗劑有無(wú)機(jī)酸、有機(jī)酸,還有絡(luò)合劑、緩蝕劑及鈍化劑等。在酸洗過(guò)程中除要考慮采用對(duì)人和環(huán)境危害小的藥劑外,還要防止系統(tǒng)泄漏現(xiàn)象。系統(tǒng)的泄漏會(huì)對(duì)環(huán)境造成不利影響,如腐蝕損壞地坪;大量的泄漏,還會(huì)影響酸洗質(zhì)量,而且極有可能發(fā)生傷人事故。所以一定要保證酸洗系統(tǒng)的嚴(yán)密性。酸洗前對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行打壓試驗(yàn)是確保酸洗安全進(jìn)行的一項(xiàng)不可缺少的重要工作。此外,酸洗系統(tǒng)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(zhì),對(duì)環(huán)境影響較大,對(duì)酸洗廢液必

17、須經(jīng)過(guò)適當(dāng)處理才能排放。鍋爐化學(xué)清洗廢液不但化學(xué)成分復(fù)雜,而且含量變化范圍大。化學(xué)清洗廢液中含有清洗劑、緩蝕劑、鈍化劑及絡(luò)合劑的殘留物,此外還有大量溶解物質(zhì)如Fe、Cu、Ca、Mg 等離子,同時(shí)還有一定的顏色、氣味和泡沫。表1列舉了某電廠鹽酸清洗和檸檬酸清洗的排水水質(zhì)情況,調(diào)查結(jié)果表明,化學(xué)清洗廢液中主要是pH 值、COD 和金屬離子等超標(biāo)12。選擇廢水處理方法時(shí),既要考慮處理效果,又要考慮處理費(fèi)用。例如,對(duì)于有水力沖灰系統(tǒng)的工廠,可以考慮結(jié)合灰水系統(tǒng)處理化學(xué)清洗廢液,充分發(fā)揮粉煤灰的去污作用,降低處理費(fèi)用。隨著大型機(jī)組的建設(shè)和運(yùn)行,鍋爐清洗越來(lái)越多地采用有機(jī)酸清洗,因此應(yīng)對(duì)有機(jī)酸洗廢液的處理

18、做重點(diǎn)研究。檸檬酸清洗3化學(xué)清洗過(guò)程中的環(huán)境保護(hù)3.1清洗前對(duì)設(shè)備的要求熱力設(shè)備的化學(xué)清洗就是用某些化學(xué)藥劑的水溶液以溶解、剝離等方式去除水汽系統(tǒng)的各種沉積物,保護(hù)鍋爐受熱面的潔凈度,并使金屬表面形成良好的防腐保護(hù)膜。熱力設(shè)備的化學(xué)清洗,一般包括堿洗、酸表1化學(xué)清洗廢水水質(zhì) *為現(xiàn)有二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。檸檬酸清洗排水<5<1002000050000100010000010000排放標(biāo)準(zhǔn)*692502001.0第20卷清洗世界 28廢液的COD指標(biāo)高,需要進(jìn)行處理才能排放。圖1為有機(jī)酸清洗廢水處理示意圖12 。圖1有機(jī)酸清洗廢液處理系統(tǒng)2對(duì)汽輪機(jī)油系統(tǒng)的化學(xué)清洗工作需要加強(qiáng)。汽輪機(jī)油系統(tǒng)存

19、在龐大復(fù)雜的油管路,生成的銹蝕產(chǎn)物雜質(zhì)、油垢,目前尚無(wú)比較好的清除方法。3隨著火力發(fā)電機(jī)組超高臨界、大容量的發(fā)展,除傳統(tǒng)的Cr-Mo鋼和Cr-MoV鋼外,一些長(zhǎng)壽命耐熱鋼如鐵素體鋼在電站鍋爐中得到了應(yīng)用,對(duì)含這些材料的設(shè)備化學(xué)清洗需要積累經(jīng)驗(yàn),并及時(shí)進(jìn)行總結(jié)。4在目前電力供應(yīng)緊張形勢(shì)下,強(qiáng)調(diào)研究開(kāi)發(fā)凝汽器不停機(jī)的清洗工藝。隨著不銹鋼凝汽器、鈦制凝汽器的應(yīng)用和推廣,需要研制相應(yīng)的清洗技術(shù)和清洗緩蝕劑。4火力發(fā)電廠化學(xué)清洗的展望1研究開(kāi)發(fā)性能良好,毒性小的化學(xué)清洗工藝和相應(yīng)的緩蝕劑、鈍化劑,對(duì)化學(xué)清洗廢液進(jìn)行處理、回收利用,達(dá)到變害為寶的目的。參考文獻(xiàn)李立新,何彩燕,馬東偉,等.660MW機(jī)組鍋爐

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