锅炉在线化学清洗技术

锅炉在线化学清洗技术

锅炉是广泛使用的动力设备, 在其使用过程中, 由于受使用工作介质的质量、腐蚀等多种因素影响, 锅炉受热面结垢在所难免。锅炉结垢后的危害是严 重的, 轻则降低热效率增加燃料消耗, 造成能源浪 费 ,加剧污染 ,重则造成设备的损害事故 ,影响生产 的正常进行 ,经济损失巨大 。为了减少其危害, 国内 外广泛采用化学清洗法进行除垢 。常用的清洗方式 以离线清洗为主, 也叫停车清洗, 该方式技术成熟、 使用时间长 、范围广、除垢效果好 ,但其最大的问题 是锅炉必须停运 ,影响正常生产 , 需安装繁杂的临时 系统 ,消耗大量的药剂和除盐水 ,增加了清洗费用, 也增加了设备不安全隐患, 此外 ,废液需处理后才可 排放, 否则可造成环境污染 。

为了解决锅炉离线清洗存在的问题, 锅炉在线 化学清洗技术得到了快速发展 , 已从研究阶段发展 到实际应用阶段 , 改变了系统清洗必须停运对生产 带来的影响 ,清洗的腐蚀问题将不再困扰人们, 理想 化的清洗模式开始成为现实。锅炉在线化学清洗又 叫不停车清洗、带负荷清洗 ,就是运用具有强力除垢 的清洗剂, 在设备运行或不停产的状态下, 有效地清 除设备管道内的各类结垢物(如水垢 、油垢、氧化铁 、 混合垢等 )。锅炉的在线清洗 , 不影响锅炉的运行 ,较之停机清洗更为经济,尤其在核电站、海军舰艇和 火力发电厂的应用 , 更能发挥在线清洗技术的作 用 。在火力发电厂已有循环水系统和冲灰系统的在 线清洗技术的应用。在火力发电行业在线清洗技术 已用于基建锅炉和运行锅炉的清洗中 。

1 在线化学清洗技术的特点

1)由于在线清洗使用的清洗剂为高分子缩合 物 ,不改变系统水的本身 pH,清洗时靠络合溶解除 垢 ,加之辅以缓蚀剂, 与常规的无机酸或有机酸清洗 剂比较 ,清洗过程中腐蚀性很低 , 对设备的损害非常 小 ,安全有保障; 2)因所用清洗剂的特性所决定 ,在除垢的同时 兼有缓蚀和钝化功能, 如 EDTA清洗的同时也实现 了钝化 。清洗剂把垢溶解 , 没有污垢脱落堵塞管道 现象, 对常规清洗较难去除的水垢可较好的去除 ,实 现清洗过程的高除垢率; 3)该清洗方式不需要庞大的临时系统, 把清洗 剂直接加入正在运行的系统即可 ,设备仍可以正常 运行,由于不增加设备 ,在线清洗成本大大低于传统 的酸洗成本 ,具有较好的经济性 ; 4)在线清洗清洗剂为环保型药剂 , 对人、动物、 植物无害, 无须处理 ,可以直接排放 ,符合环保要求, 同时节省了清洗废液的处理费用。

2 清洗原理

锅炉在线清洗通过清洗剂的溶解作用及静电斥 力或分子间力, 将污垢从基体上分离并悬浮于溶液 中 ,螯合物类清洗剂可与污垢发生化学或电化学反 应形成络合物使污垢溶解 , 这些垢类溶解物经锅炉 的连续排污和定期排污将其排出炉系统 ,从而达到 除垢的目的 ;同时根据垢的特性也可以使用表面活 性剂,以清除油性污垢 ;由于在线清洗时锅炉处在运 行状态 ,流动工作介质的冲击作用加速污垢的溶解 和剥离 。清洗过程中化学和物理的联合作用实现了 污垢的去除 。

3 清洗剂的选择

在线清洗用药剂符合安全 、高效 、低廉的要求 ; 目前常用的在线清洗剂主要有单一组分 、复合络合 剂和商品清洗剂几种 。

3.1 商品清洗剂

代表性的商品清洗剂有 “运行净 ”、“自动消垢 净 ”等, 为高分子缩合物, 具有溶垢、缓蚀 、钝化三大 功能。在使用温度 <350℃时不挥发,不会被蒸汽带 出锅炉 ,清洗时产生的蒸汽即使用于蒸饭、洗澡也不 会和清洗前有什么区别。当温度 >350℃时, 药剂会 自行分解失效, 凡炉水温度 ≥350℃的锅炉, 不宜使 用 。 “自动消垢净 ”腐蚀速度:20 号钢、A3 碳钢、低 合金钢均≤0.003g/(m 2 · h);普通碳酸盐水垢除垢 率 ≥96%,特殊硅酸盐水垢除垢率 ≥93%, 特殊硫酸 盐水垢除垢率≥95%, 金属氧化物除垢率 ≥99%。

3.2 复合络合剂

代表性的复合络合剂以乙二胺四乙酸 (EDTA) 和氨基三乙酸 (NTA)为主复配缓蚀剂 、促进剂而组 成 。复合络合剂与铁 、铜、钙、镁 、锌、铝等形成稳定 的络合物,易于通过排污除去 。它处理炉水时在钢 表面形成的钝化膜致密 ,防腐性能良好 ,膜质优于磷 酸盐工况。文献 [ 1] 研制的带负荷清洗剂有界面活 性剂、渗透剂 、剥离剂 、分散剂、表面致钝剂组成 。

3.3 单一组分

它以乙二胺四乙酸 (EDTA)为代表, 利用 EDTA 优异的络合性能达到除垢的目的 。它也是离线清洗 时的清洗剂之一 。 EDTA清洗弥补了酸洗的强侵蚀性, 循环系统安 装拆除工作量大等缺点 , 是目前应用较多的在线清 洗药剂 。 EDTA对多种金属离子具有很强的络合作用 , EDTA的钠盐或铵盐易溶于水, 对常见的钙镁垢 ,铜 铁垢等都有良好的去除效果。在实际使用中, 常以其二钠盐应用于低压锅炉的清洗, 当压力较低, 温度 低于 140℃时, EDTA钠盐与铵盐都处于稳定状态。 以 EDTA的二钠盐为例, 当其与二价金属离子作用 时产生氢氧化钠 ,使溶液 pH升高 ,产生了三钠盐,并 可与三价金属离子起络合反应, 与此同时, 溶液的 pH升高到 8以上 ,对锅炉金属具有钝化作用。

4 清洗实施

实施锅炉在线化学清洗比常规停车清洗简单, 易于实施,但也要注意一些问题 , 以保证清洗效果达标 。在实施锅炉在线化学清洗时 ,要停止炉水的磷 酸盐处理。

4.1 加药量

为保证锅炉在线化学清洗的效果 , 确定合适的 加药量是十分必要的 。使用的药剂不同和锅炉容量 的不同 ,加药量不同。以“运行净”为例,可根据锅炉 水体积 、蒸发量等参数进行计算 , 如 420t/h锅炉 ,加 药量为 2 067kg, 每天加入 1 008kg, 分三班加入, 每 班一次性加入 336kg, 两天加完;复合络合剂浓度 0.8 ～ 2.5mg/L;EDTA初配质量分数 10%。

4.2 加入点

根据使用锅炉在线化学清洗剂的种类选择合适 的加药点。 “运行净 ”可加入锅炉补给水中即可;复 合络合剂的加药位置在高压给水管的直管段上;单 一组分药剂利用炉水加药系统即可。

4.3 清洗参数监控

商品清洗剂运行净使用温度 <350℃时不挥发, 当温度 >350℃时, 药剂会自行分解失效, 凡炉水温 度 ≥350℃的锅炉 ,不宜使用 ;复合络合剂浓度 0.8 ～ 2.5mg/L,炉水 pH9.0 ～ 10.0, 给水加氨和联胺, pH 控制在 8.5 ～ 9.3;单一组分以 EDTA为例, 初配质量 分数 10%,排放时质量分数 ≤1.5%, pH5.5 ～ 5.7, 结束时 pH8.0,温度 130 ～ 150℃。

4.4 清洗时间

商品清洗剂以运行净为例 ,在锅炉满负荷的情 况下, 清洗时间 30天, 锅炉正常运行时 ,每天的排污 量为其蒸发量的 15%,清洗结束后,锅炉正常运行至 少 7天 ,防止停炉降温过程中炉水内污垢沉积;复合 络合剂和单一组分药剂根据锅炉结垢量的大小约需 一至三个月的时间进行除垢。

4.5 锅炉参数要求

商品清洗剂以运行净为例 ,锅炉满负荷运行 ,每 天的排污量为其蒸发量的 15%;使用复合络合剂清 洗时, 锅炉正常运行 ,加强水质监测 ,加大排污量 ;单 一组分药剂清洗时 , 锅炉正常运行或在额定出力 10%负荷下, 锅炉连续排污打开 , 定期排污控制在 3 ～ 4h一次。

5 清洗效果评价

在线化学清洗效果评价与常规清洗的效果评价 不同, 其腐蚀速度、除垢率及钝化等指标均具有特殊 性 。

5.1 腐蚀速度

实际清洗过程的腐蚀速度不像常规清洗比较容 易得到 ,但可以通过悬挂腐蚀指示片的方法得到 ,但 要在清洗前后停运设备装入腐蚀指示片 ;最好的方 法是使用电化学的方法进行腐蚀情况测试 ,以得出 实际的腐蚀速度结果。以线性极化法为佳, 它能够 快速测出腐蚀率,且可以测出很低的腐蚀率 ,即可以 测出无法用肉眼观察 、又不能用失重法检测的结构 件的腐蚀。

5.2 除垢率

除垢率是评价清洗效果的重要指标, 可以采用 清洗前后割管进行测试的方法 ,但影响设备的运行 ; 最好采用计算法得出此项指标 , 通过测试锅炉排污 水中的结垢类离子含量 ,折算出垢的去除总量, 进而 得到实际清洗过程的除垢率。

5.3 钝化膜

只要有清洗后的试样 ,钝化膜质量完全可用常规清洗对其评价的方法进行评价 ;也可以使用腐蚀 数据和清洗完成后水汽品质进行间接评价 。