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工业锅炉硫酸盐硅酸盐复合垢的化学清洗

2019-10-22 10:54:13浏览:14 来源:清洗联盟   

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工业锅炉硫酸盐硅酸盐复合垢的化学清洗

锅炉运行一段时间后,随着杂质进入给水系统或是热力设备本身的腐蚀,在锅炉受热面内壁会形成水垢,影响炉管传热,并加速其腐蚀和损坏,造成巨大的经济损失。锅炉的化学清洗是使受热面内表面清洁、防止受热面因腐蚀结垢引起事故的必要措施,同时也是提高锅炉热效率、改善机组水汽品质的有效措施之一。因此,当锅炉运行一定年限或是结垢达到一定量后,必须进行化学清洗。硫酸盐硅酸盐复合垢质硬、致密、难以溶解,在中低压工业锅炉中普遍存在,故本清洗案例仍有典型性。


1、机组概况

安徽巢湖某公司供热机组锅炉额定蒸发量140t/h,汽包压力3.0MPa,由于补给水水质长期不合格,且凝汽器泄漏严重,造成锅炉水冷壁严重结垢,单位面积垢量达3700g/m2,垢质坚硬,灰白色,成分分析结果。从水垢成分分析结果看出,该水冷壁垢主要由CaSO4、CaSiO3等组成,由于此锅炉结构简单,考虑清洗费用及废液处理等因素,决定采用碱煮加盐酸清洗的传统工艺。

2、洗垢原理

因该水垢主要成分为CaSO4、CaSiO3等,垢层厚而致密,在盐酸溶液中难以溶解,酸洗前需要利用NaOH和Na2CO3混合溶液进行碱煮,以达到松脱、溶胀、转化水垢和除硅的目的。对于硫酸钙垢,主要是碳酸钠起作用;对于硅酸盐垢,主要是氢氧化钠起作用。主要反应如下:CaSiO3+2NaOHNa2SiO3+Ca(OH)2,

(1)CaS04+2NaOHCa(OH)2+Na2S04,

(2)CaSiO3+Na2CO3Na2SiO3+CaCO3,

(3)CaSO4+Na2CO3CaCO3+Na2SO4,

(4)经过上述反应后,硅酸盐垢转化为可溶性硅酸盐,难溶于酸液的硫酸盐垢转化为易溶于HCl的碳酸盐垢。然后,利用盐酸的溶解和机械剥离作用除去附着在炉管表面的水垢,主要反应如下:Fe2O3+6HCl2FeCl3+3H2O,

(5)FeO+2HClFeCl2+H2O,

(6)CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2。

(7)最后,残留的碳酸钙垢可利用磷酸钠和氢氧化钠溶液煮炉除去,在锅炉水沸腾和碱性较强的条件下,发生以下反应:10Ca2++6PO43-+2OH-3Ca3(PO4)2·Ca(OH)2。

(8)生成的碱式磷酸钙是一种松软的水渣,易随锅炉排污排除,且不会粘附在锅内形成二次水垢。磷酸钠和氢氧化钠溶液同时可以起到钝化的效果。

3、清洗系统

3.1清洗范围

本次清洗的范围主要包括水冷壁及其上下集箱、下降管、汽包等。

3.2清洗方式

采用闭式循环清洗和静态浸泡相结合的方式。

3.3清洗回路

根据锅炉结构简单、水容积较小、清洗泵容量等计算,采用单一清洗回路即可满足要求。清洗流程:临时清洗箱—清洗泵—东(南)墙水冷壁下集箱—东(南)墙水冷壁—汽包—西(北)墙水冷壁—西(北)墙水冷壁下集箱—临时清洗箱。临时酸洗系统安装时,要求通过阀门切换。流程可实现正反两个方向的循环,以避免遗留死角,增加酸液的机械剥离作用效果。

4、清洗过程

碱煮是此次化学清洗的关键步骤,硅酸盐硫酸盐复合垢松垢转型是否彻底对除垢率影响很大。酸洗温度越高,转化反应越容易进行。因该锅炉炉管结垢严重,在实际升温升压时将锅炉压力维持在0.1MPa的水平,同时加入了EDTMP,利用其对Ca2+的螯合作用,使CaCO3垢层中形成较多的空洞,减小垢层间的相互作用力。碱煮时间持续了60h。在此期间,对碱煮溶液进行了多次排污和补充碱液。碱煮后,对系统进行变流量、正反方向循环冲洗,彻底将沉积在底部的残渣除净。

酸洗时,建立系统水循环后,先添加缓蚀剂,继续循环至溶液均匀,缓慢向临时清洗箱中注入工业盐酸,分析进出口酸液质量分数达到8%后停止加酸,利用混合加热器将温度升至60℃左右。采用静态浸泡和正反双向变流量循环清洗相结合的方式进行清洗。因考虑成本、安全及废液处理因素,未向酸液中添加氟化物,而是在保证金属基体腐蚀速率合格前提下,尽量提高酸液浓度和温度来改善酸洗效果。酸洗结束后,立即用除盐水顶排废酸,同时进行冲洗,尽可能提高冲洗流速,缩短冲洗时间,以防酸洗后的金属表面重新生锈。酸洗后再次进行碱煮,从而进一步除去炉管内壁残留的硬垢,同时兼做钝化。钝化完成后,排尽碱液,进水冲洗至出水pH<10.5。系统恢复后即可转入运行。

5、清洗效果

化学清洗完成后,割取水冷壁管进行酸洗效果检查发现:炉管内壁表面基本洗净,无点蚀、无二次锈,并形成灰色钝化膜。经计算,除垢率达到91.2%,腐蚀指示片金属腐蚀速率为2.75g/(m2·h)。酸洗结束后15天,锅炉投入运行。点火后,不到24h,水汽品质即达到合格范围。

6、结论

如今,水处理技术日趋完善,硫酸盐硅酸盐复合垢在大型发电机组中已不多见,但在中低压工业锅炉中还普遍存在。由于硫酸盐硅酸盐复合垢的难溶性,其化学清洗是一个难点。有利用EDTA或新型复合清洗剂达到很高除垢率的,但成本高昂。上述清洗实例显示,利用传统清洗工艺,只要工艺参数控制得当,同样可以取得满意的清洗效果。

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