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干熄焦锅炉超厚水垢的清洗技术

2019-10-29 10:34:48浏览:16 来源:清洗联盟   

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干熄焦锅炉超厚水垢的清洗技术

1、概况

2012年4月某钢铁集团公司干熄焦锅炉投入运行,至2012年9月仅仅运行5个月,就出现多次爆管事件,并且爆管间隔时间越来越短,爆管数量越来越多,造成锅炉无*****常生产,给公司效益带来重大损失。该钢铁集团公司组织专家对爆管原因进行分析认为:经割管检查,管内水垢厚度达4~5mm,在这样短时间内形成大量水垢的主要原因是锅炉投运前没有经过化学清洗,且锅炉采用工业用水,水质不达标,因此在锅炉水冷壁内壁短时间内集聚大量水垢,由于水垢的传热系数低导致水冷壁管过热爆管。于是决定对锅炉进行彻底化学清洗,消除爆管隐患。

2、锅炉特征及热力系统简介

干熄焦锅炉为高温、高压单汽包集中下降管自然循环锅炉。设计参数:锅炉蒸发量87.5t/h;过热蒸汽温度540℃;过热蒸汽压力9.8MPa;给水温度104℃。给水经省煤器连接管进入汽包,由3根Φ377mm×25mm集中下降管分送至水冷壁下联箱和蒸发器下联箱,经水冷壁和蒸发器加热后上升到上联箱,再由升汽管进入汽包。汽包材料为19MnR,水冷壁管、蒸发器和省煤器材料为20号碳钢。

3、爆管原因分析

该钢铁集团公司对锅炉爆管原因进行了分析。由于锅炉运行仅5个月,对爆管水冷壁进行了检查,发现管壁内侧有4mm左右厚的水垢。根据传热学原理及传热计算Q=kAΔtm,传热量Q与传热系数K及传热温差Δtm成正比例。而传热系数K=1/R,与传热体的热阻R有关;热阻R=δ/λ,热阻与传热体的厚度δ成正比,与传热体的导热系数λ成反比。锅炉水冷壁管束内部形成水垢后总的传热系数K0=1/(δ1/λ1+δ2/λ2),其中δ1、λ1、δ2、λ2分别为水冷壁、水垢的厚度和导热系数。锅炉在额定负荷运行时,锅炉水冷壁管必须保持吸收达到额定负荷的热量Q不变,由于传热面积不变,总传热系数K0与传热温差Δtm成反比。根据铁的导热系数是45W/(m·K),氧化铁、硅酸盐和硫酸盐等水垢的传热系数约为0.23W/(m·K),而该公司水垢厚度达到5mm,根据总传热系数计算公式得总的传热系数约为原传热系数的1/5,因此锅炉水冷壁内、外温差要大幅升高至原来的5倍,从而导致水冷壁管超温爆管。

4、垢样分析和管样小试

4.1垢样分析

对锅炉水冷壁管的垢样分析结果如表1所示。垢外观灰白色,检测时间为2012年9月。

4.2样管小试

由于该锅炉没有严格按照锅炉监察规程进行生产运行,导致水冷壁内壁短期内形成大量水垢。既要清除水垢又要保证锅炉设备的安全,需要进行周密详细的试验,采用合理的药剂,公司制定了多套药剂和清洗工艺的试验方案进行小试。由于垢样中含有25.62%的SO2-4和8.17%的SiO2,这两种垢都不易于进行酸洗,因此多套小试方案中仅有两套配方的除垢率达到70%以上。根据公司清洗经验以及小试与现场清洗的工况差异,公司经过优化后调整了有效药剂比例和锅炉关键步骤的清洗时间及其他措施,制定了一套不同于常规的锅炉清洗工艺和方法。

5、锅炉清洗工艺

根据DL/T794—2012《火力发电厂锅炉化学清洗导则》的规定和小试实验结果,结合专家们的意见,确定对该锅炉采用碳酸钠和磷酸三钠为主的碱煮,提升碱煮次数和碱煮温度、时间,清洗主剂采用混酸循环清洗,混酸清洗时间适当延长,根据现场挂片和监视管的除垢情况确定混酸清洗时间。工艺步骤为:水冲洗、碱煮、碱煮后水冲洗、再碱煮、碱煮后水冲洗、混酸洗、水冲洗、中性药剂清洗、清洗后水冲洗、漂洗和钝化。清洗范围为:省煤器、水冷壁、蒸发器、下降管和汽包等。

5.1化学清洗现场情况

1)水冲洗。用大量的热水对锅炉水冷系统水冲洗,提高流速,使部分结构疏松的垢脱落冲洗干净,减轻酸洗压力,直至排水清澈为止。

2)过热器充保护液。水箱配保护液:缓慢加联氨50kg,通过专线将保护液送入过热器,当放空见水后停泵,关闭去过热器阀门。

3)第一次碱煮。系统闭路循环,用蒸汽对系统内除盐水加热,除盐水温度40℃以上时开始加碱煮药剂,加药主要药剂为氢氧化钠、碳酸钠、磷酸三钠、活性剂和添加剂等,按照实验室确定比例和使用量添加。最终,将温度升高并稳定在140~160℃、压力0.4~0.6MPa。第一次碱煮期间应每3h排污一次,并根据排污量补加药剂,控制碱煮药剂浓度。第一次碱煮时间控制在12h,碱煮完后水冲洗。

4)第二次碱煮。蒸汽加热升温至40℃以上加药,加药完毕后开泵循环,蒸汽升温,回水箱温度达到85℃以上停泵,交给甲方升温、升压。最终水温160~180℃,压力0.8~0.9MPa。第二次碱煮期间应每3h排污一次,并根据排污量补加药剂,控制碱煮药剂浓度。第二次碱煮时间控制在6h,碱煮完后水冲洗。

5)补充保护液。混酸清洗前,对系统不参加清洗部分再次充装保护液。

6)混酸清洗。保护液充装完毕后,重上除盐水闭路循环,用加热蒸汽升温至40℃以上,开始加活性剂,置入腐蚀挂片,加混酸及其他清洗药剂,主要有缓蚀剂、活性剂、混酸和添加剂,添加重量及药剂比例严格按照试验方案执行。工艺要求:温度55~70℃,时间5h。每0.5h做一次铁离子浓度和混酸浓度分析。清洗时间按照总回路1h,其余单回路各1h控制。清洗过程中严密对铁离子浓度进行监测,根据铁离子浓度变化加联氨,加微量氟化氨。

7)混酸清洗后水冲洗。混酸清洗完后,立即用除盐水对系统进行冲洗。当总铁含量<300mg/L、pH=5、水质清澈时,水冲洗结束。

8)中性药剂清洗。为确保清洗效果,保护锅炉管道不过洗,增加一道清洗程序,对混酸清洗后部分残留的水垢进一步清洗,即采用中性药剂清洗,主要清洗剂有活性剂、中性药剂、缓蚀剂和添加剂。工艺要求:温度60~75℃,时间控制在8h以内。中性药剂清洗完后,立即进行水冲洗,控制方法及检测效果同混酸清洗。

9)漂洗。水冲洗完后,立即开始系统闭路循环。用加热蒸汽升温,升温至40℃以上,开始加漂洗药剂:缓蚀剂和柠檬酸。工艺要求:温度40~50℃,时间4h。每0.5h做一次铁离子浓度和pH分析。铁离子浓度基本稳定后,进行水置换。总铁浓度<49mg/L时,漂洗结束。

10)钝化。漂洗完后,开始钝化。用加热蒸汽对系统升温,40℃开始加钝化药剂:氨水和双氧水。工艺要求:温度50~60℃,pH9.5~10,时间4h。每0.5h做一次pH分析,严格控制pH值。

5.2清洗工艺应用效果

公司采用该锅炉清洗工艺,根据某钢铁集团1号锅炉结构及汽水系统图编制施工方案,清洗流程如图4,在2012年9月23日开始对该锅炉进行清洗。经过6天不间断清洗,将锅炉水冷壁管内水垢基本清洗干净,达到预期效果。清洗完后对锅炉本体可见部位全部进行检查,并对关键部位割管检查,检查结果如下。

1)清洗后检查汽包内表面清洗干净,无镀铜,钝化膜形成。

2)割管检查,除垢率目测在80%以上,钝化膜成,无镀铜,无二次锈。

3)腐蚀挂片表面无点蚀,对清洗前、后的重量进行测定,计算出腐蚀速率<2.12g/(m2·h),腐蚀总量<15.91g/m2。

4)锅炉水垢基本融化,没有形成残渣。

6、结论及建议

锅炉结垢原因很多且很复杂,因此要做的试验和了解的一手技术资料很多,工作量很大。针对此次干熄焦锅炉的爆管情况和化学清洗情况以及该厂的水质管理情况,得出了以下几个方面的结论并提出建议。

1)从此次清洗后的各项指标检查情况以及通过近5年来的运行,未发生爆管事情,说明此次清洗整体是非常成功的。

2)由于锅炉运行本身的特性,锅炉不同部位结垢情况不一致,尤其像这种结垢比较严重的情况,整炉的结垢不均匀程度更大。因此,清洗时个别部位存在除垢率只有80%左右的情况。对于余垢建议在线清洗去除。

3)根据此次清洗时碱煮和盐酸清洗、中性药剂清洗各个环节的作用及效果,该方案可以进行适当优化,以便对清洗其他不同锅炉水垢有较大借鉴作用。

4)从电厂化学监督管理制度角度出发,该电厂应该加强运行水质管理,加强机组的化学监督管理;要定期进行割管检查,及时了解受热部件的垢量及垢样成分;对管内壁的腐蚀情况要做好腐蚀发展趋势分析,尽可能地减缓腐蚀发展速率,及时提出可行的处理措施。

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