火力發(fā)電廠化學清洗技術現(xiàn)狀和展望

1、第20卷第6期清洗世界Clea ning Wo rldVol.20 No.6化學清洗作為一種常見有效的清洗方法,是火力發(fā)電廠化學監(jiān)督和管理工作一個重要內容,火力發(fā)電廠的熱力設備,在啟用和運轉過程中需要進行化學清洗處理,以維持設備的安全經濟運行。本文討論了目前火力發(fā)電廠的化學清洗技術研究進展,包括常用酸洗工藝、酸洗緩蝕劑、清洗廢水處理等。是一項高效清洗技術,其原理是將酸性物質與受熱面管內壁的沉積物進行化學反應,在清洗液中通過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中,然后隨清洗液而除去,并對清洗后的清潔金屬面進行保護性鈍化處理,防止二次腐

2、蝕發(fā)生。1.2鍋爐化學清洗的相關規(guī)定原國家電力公司DL/T794-2001火力發(fā)電廠鍋爐化學清洗導則中的有關規(guī)定,鍋爐系統(tǒng)在投運之前,鍋爐受熱面必須進行化學清洗,以除去設備在生產、運輸、存放、安裝過程中所產生的腐蝕產物、焊渣、泥沙等污染物,保證機組啟動后水汽品質盡快合格。在鍋爐運行中,隨著爐水的不斷蒸發(fā),水質會變得較差,在爐管內壁會形成各種污垢,包括鈣鎂垢、鐵垢、硅垢等,不僅影響鍋爐的熱效率和水汽質量,而火力發(fā)電廠化學清洗技術現(xiàn)狀和展望張大全(上海電力學院環(huán)境工程系,上海200090摘要介紹了目前國內火力發(fā)電廠化學清洗技術狀況,并指出了火力發(fā)電廠化學清洗技術的存在的問題和發(fā)展方向。關鍵詞火力發(fā)

3、電廠化學清洗技術發(fā)展方向中圖分類號TK269.2文獻標識碼B1火力發(fā)電廠化學清洗技術概況1.1化學清洗工藝及清洗方式火力發(fā)電廠化學清洗的范圍包括電廠的熱力設備如鍋爐、凝汽器和水處理反滲透系統(tǒng)等,化學清洗工藝一般為: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清洗工藝收稿日期:2004-05-10作者簡介:張大全(1968-,男,河南潢川人,副教授,博士,主要從事水處理技術和防腐蝕化學品的研究和開發(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且會造成爆管的事故,危及機組的安全經濟運行。為了確保鍋爐機組運行中有較高的安全性、經濟性、良好的水汽品質,減少結垢和腐蝕,一方面運行中要保證補給水的品質,另一方面也要根據情況適時地進行化學清洗。1.3鹽酸酸洗法鹽酸酸洗工藝,價格低廉,對硅酸鹽以外的其他水垢和鐵垢有較高的溶解能力,操作簡便安全,仍然是目前使用最廣泛的清洗工藝。河北某發(fā)電廠針對660MW 機組的自然循環(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、氮氣頂壓

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,對氧化鐵垢有很強的溶解能力,對基體金屬的腐蝕性小、危險性小、使用方便,目前在火力發(fā)電廠鍋爐清洗中應用相當廣泛,檸檬酸清洗時常用氨水或三乙醇胺將溶液pH值調整到3.54.0。大連化學工業(yè)公司熱電廠一臺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,但隨著高參數大容量機組的出現(xiàn)及奧氏體鋼及特種鋼材在鍋爐上的應用,普通酸洗對設備產生的危害越來越大,酸洗廢液排放嚴重污染環(huán)境,因此需要改進洗爐方法。1.5EDTA清洗法協(xié)調乙二胺四乙酸(EDTA洗爐

7、是利用EDTA 的絡合原理,從弱酸性開始,依靠絡合體系自身的物理化學變化,隨鐵垢的不斷溶解,pH 自動上升,實現(xiàn)除垢和鈍化一步完成,清洗液對特種鋼材無危害,清洗過程也不會出現(xiàn)大量沉渣堵塞管道。EDTA 清洗工藝具有工藝簡便,清洗工期短,對人身和設備安全可靠,清洗效果好等諸多優(yōu)點。揚州第二發(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600MW發(fā)電機組的2000t/h的汽包鍋爐進行清洗。清洗結束后對系統(tǒng)進行檢查,汽包金屬表面潔凈,無殘留氧化垢物,無二次浮銹,無鍍銅現(xiàn)象,且形成均勻致密的鋼灰色鈍化膜。割管檢查爐管內壁、監(jiān)視管、臨時管路情況相同。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。被清洗金屬表面無粗晶析出的過洗現(xiàn)象,熱力系統(tǒng)的設備、部件無損害。在以后的機組沖管和啟動階段中,鍋爐水汽品質都較快達到了合格水平3。EDTA 清洗法以其臨時系統(tǒng)和清洗工藝簡單、清洗時間短、安全可靠、清洗效果好等優(yōu)點,在電力工業(yè)中得到了越來越廣泛的應用。但EDTA 價格昂貴,清洗成本高,所以人們對EDTA 清洗廢液進行回收利用研究,以降低EDTA 的清洗成本。目前開發(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,直接重復利用,據稱EDTA 的回收

9、率可達75%以上4。1.6凝汽器的清洗凝汽器是火力發(fā)電廠的重要附屬設備,它的結垢和腐蝕具有較大的危害。一是嚴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,將導致冷卻水漏入凝結水中,使凝結水遭受污染,將引起鍋爐結垢、腐蝕,還將使過熱器和汽輪機積結鹽垢。對于凝汽器的清洗,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 絡合的清洗方式。從傳統(tǒng)的停機清洗方式,研究開發(fā)不停機的清洗工藝,不影響電力生產的正常運行5。HEDTA(羥基乙二胺三乙酸是EDTA 的一種改進型產品,具有水溶性好,螯合能力強等特點。HEDTA 和有機酸外加緩蝕劑、粘泥剝離劑、浸潤劑等清洗助劑復配而成的全有機化

10、學清洗劑,經試驗和工業(yè)應用表明,該配方能在不停車的第20卷清洗世界 26情況下,對換熱器內的污垢起到很好的去除作用,而且對設備的腐蝕很小,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的水處理技術,也是比較成熟的技術,隨著電力系統(tǒng)高參數大容量機組的不斷發(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用十分廣泛。運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。膜生產廠家一般規(guī)定是出現(xiàn)下列情況時,需要清洗膜:(1產水量下降10%15%;(2RO 各段間壓差比運行初期增加15%;(3脫鹽率下降10%15%;(4產水電導率升高。反滲透膜的污染因各地水源水質不同,

11、預處理工藝和效果不同而復雜化,膜的清洗成為應用中的一個難題。各發(fā)電廠家必須結合自己的水處理工藝特點,根據不同時期的水質變化、污染物特征進行現(xiàn)場實物試驗,尋找有效清洗配方,探索改進工藝程序,規(guī)范操作監(jiān)督標準,形成了一套完整的膜清洗技術,保證較好的清洗效果。山東淄博嘉周熱電有限公司,對反滲透膜清洗采用復合清洗,并配合用甲醛或異噻唑啉酮等殺菌劑,殺菌處理效果好,確保了運行周期7。2.1多用酸洗緩蝕劑近幾年,我國緩蝕劑的研究開發(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)上得到應用。隨著化學清洗技術的發(fā)展,也對化學清洗緩蝕劑提出了更高的要求。隨著混合酸清洗技術的

12、發(fā)展,需要開發(fā)在多種清洗介質中同樣具有很好性能的多用酸洗緩蝕劑。Lan-826就是我國開發(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。湖南省電力試驗研究所研究開發(fā)的HDH-1多用酸洗緩蝕劑已應用于湘潭新電廠300MW 亞臨界汽包爐的清洗工作中,HDH-1對鹽酸、檸檬酸中的碳鋼緩蝕性能優(yōu)良,且對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 清洗技術在火力發(fā)電廠應用較為廣泛,促進了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-巰基苯并噻唑的復合配方。西安熱工院開發(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300MW 的基建爐的清洗中得到了應用9。TPRI-6陰極型緩蝕劑,其主要成分為咪唑啉,結構式為:2化學清洗緩蝕劑的研究及應用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。苯并三唑等銅緩蝕劑在酸性介質中緩蝕性能不理想,為適應對銅質凝汽器的酸洗要求,上海電力學院對酸性介質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合起來,合成了一個新的酸性銅緩蝕劑SBTA 10,結構式為:在酸洗過程中還必須注意一個十分重要的腐蝕問題就是由Fe 3+、Cu 2

14、+引起的腐蝕,當酸洗液的Fe 3+、Cu 2+含量過高時,已作為陰極去極化劑引起基體金屬的腐蝕:陽極反應:Fe Fe 2+2e 陰極反應:Fe 3+e Fe 2+Cu 2+eCu +在一定的Fe 3+、Cu 2+離子濃度范圍內,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+離子濃度呈線性關系,并且還有引起點蝕的危險,常規(guī)的酸洗緩蝕劑能抑制金屬的析氫腐蝕,但是對Fe 3+、Cu 2+引起的腐蝕沒有抑制作用,對此一般采用添加還原劑的辦法來解決。硫脲是酸洗中常用的銅離子掩蔽劑,也可還原三價鐵離子。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到預期效果,反而對金屬基體造成危害。目前研究使用的還原劑為氯化亞錫、抗壞血酸等。2.4鈍化處理劑在化學清洗工藝中,鈍化處理是一個不可缺少的工序,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)展到復合鈍化膜,達到了更好的鈍化效果。結合機組十八胺停用保護的時間,最近又開發(fā)了酸洗的十八胺鈍化工藝,京能電廠的一臺200MW 機組在大修同時進行酸洗,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備材質等。清洗劑有無機酸、有機酸,還有絡合劑、緩蝕劑及鈍化劑等。在酸洗過程中除要考慮采用對人和環(huán)境危害小的藥劑外,還要防止系統(tǒng)泄漏現(xiàn)象。系統(tǒng)的泄漏會對環(huán)境造成不利影響,如腐蝕損壞地坪;大量的泄漏,還會影響酸洗質量,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)的嚴密性。酸洗前對系統(tǒng)進行打壓試驗是確保酸洗安全進行的一項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,對環(huán)境影響較大,對酸洗廢液必

17、須經過適當處理才能排放。鍋爐化學清洗廢液不但化學成分復雜,而且含量變化范圍大。化學清洗廢液中含有清洗劑、緩蝕劑、鈍化劑及絡合劑的殘留物,此外還有大量溶解物質如Fe、Cu、Ca、Mg 等離子,同時還有一定的顏色、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情況,調查結果表明,化學清洗廢液中主要是pH 值、COD 和金屬離子等超標12。選擇廢水處理方法時,既要考慮處理效果,又要考慮處理費用。例如,對于有水力沖灰系統(tǒng)的工廠,可以考慮結合灰水系統(tǒng)處理化學清洗廢液,充分發(fā)揮粉煤灰的去污作用,降低處理費用。隨著大型機組的建設和運行,鍋爐清洗越來越多地采用有機酸清洗,因此應對有機酸洗廢液的處理

18、做重點研究。檸檬酸清洗3化學清洗過程中的環(huán)境保護3.1清洗前對設備的要求熱力設備的化學清洗就是用某些化學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,保護鍋爐受熱面的潔凈度,并使金屬表面形成良好的防腐保護膜。熱力設備的化學清洗,一般包括堿洗、酸表1化學清洗廢水水質 *為現(xiàn)有二級排放標準。檸檬酸清洗排水<5<1002000050000100010000010000排放標準*692502001.0第20卷清洗世界 28廢液的COD指標高,需要進行處理才能排放。圖1為有機酸清洗廢水處理示意圖12 。圖1有機酸清洗廢液處理系統(tǒng)2對汽輪機油系統(tǒng)的化學清洗工作需要加強。汽輪機油系統(tǒng)存

19、在龐大復雜的油管路,生成的銹蝕產物雜質、油垢,目前尚無比較好的清除方法。3隨著火力發(fā)電機組超高臨界、大容量的發(fā)展,除傳統(tǒng)的Cr-Mo鋼和Cr-MoV鋼外,一些長壽命耐熱鋼如鐵素體鋼在電站鍋爐中得到了應用,對含這些材料的設備化學清洗需要積累經驗,并及時進行總結。4在目前電力供應緊張形勢下,強調研究開發(fā)凝汽器不停機的清洗工藝。隨著不銹鋼凝汽器、鈦制凝汽器的應用和推廣,需要研制相應的清洗技術和清洗緩蝕劑。4火力發(fā)電廠化學清洗的展望1研究開發(fā)性能良好,毒性小的化學清洗工藝和相應的緩蝕劑、鈍化劑,對化學清洗廢液進行處理、回收利用,達到變害為寶的目的。參考文獻李立新,何彩燕,馬東偉,等.660MW機組鍋爐

20、的化學清洗J.全面腐蝕控制,1999,15(2:38.王志峰,王巖.一臺熱電廠循環(huán)流化床鍋爐的化學清洗J.鍋爐房管理,2000,46(4:47.魯廷標.2000t/h汽包鍋爐的EDTA化學清洗J.華東電力,2000,(7:42.吳文龍,陳明靜.EDTA洗爐廢液堿法回收利用工藝的研究A.第六屆全國電廠化學學術研討會論文集C.蘇州:2000.214.楊汝周,吳文龍,陳明靜,等.電廠凝汽器不停機清洗工藝的研究A.第六屆全國電廠化學學術研討會論文集C.蘇州:2000.229.歐陽志.熱電廠凝汽器化學清洗配方的試驗研究及工業(yè)應用J.工業(yè)水處理,2003,23(1:36.葉光華,左積楨,楊家平,等.反滲透膜污染分析及其清洗研究J.熱電技術,2001,(1:48.張玉福,馮斌,許文.多用酸洗緩蝕劑HDH-1的研究A.第六屆全國電廠化學學術研討會論文集C.蘇州:2000.203.陳潔.國產緩蝕劑的性能及緩蝕效果的評價A.第六屆全國電廠化學學術研討會論文集C.蘇州:2000.199.ZhangDaquan,GaoLixin,ZhouGuoding.Inhibitionofcopper