锅炉化学清洗工艺的改进和应用

于志勇，夏 涛，许金刚，王光辉，方振鳌

（国网浙江省电力公司电力科学研究院，杭州 310014）

某发电厂机组装机容量为135MW，采用上海锅炉有限公司制造的SG-420/13.7-M758型420 t/h超高压自然循环汽包炉。机组投产运行已有9年，锅炉平均结垢量检测结果为488.1 g/m2，达到《火力发电厂锅炉化学清洗导则》（DL/T 794-2012）规定的清洗要求[1]。经管样成分分析，氧化铜含量达到15%，初步决定采用盐酸进行化学清洗，然后进行氨洗除铜。

1 酸洗模拟试验

刮取水冷壁向火侧内表面垢物，用等离子发射光谱法进行金属原子的测定，结果以氧化物形式报出，如表1所示。

垢量按照《火力发电厂锅炉化学清洗导则》中的方法测定，平均结垢量检测结果为488.1 g/m2。

表1 水冷壁管向火侧表面垢物结果 %

在使用盐酸进行小型试验前，发现管样有微小裂纹，并了解到机组曾经发生过水冷壁爆管。如果采用盐酸作为清洗剂，可能使氯离子积存于微小裂纹中，不易冲洗彻底，造成锅炉的腐蚀加剧。清洗负责人紧急联系业主讨论，针对水冷壁管材有微小裂纹的实际情况，决定更换清洗介质[2]，使用有机复合酸（羟基乙酸+甲酸）进行化学清洗。经过多次羟基乙酸+甲酸清洗小试，发现酸洗后进行氨洗除铜步骤时，会发生镀铜现象，且除垢率仅为85%～95%，达不到大于95%的优良标准。分析其原因是由于垢中氧化铜含量过高，在酸洗过程中析出的铜离子和管壁上残留的氧化垢物粘附在一起，造成镀铜现象，并使得酸洗过程中除垢不彻底。

针对这种情况，酸洗小试改进了清洗工艺，决定采用氨洗除铜→酸洗→氨洗除铜→漂洗→钝化的工艺，以改善清洗效果。小试过程中发现第二次氨洗除铜工艺溶液中的铜离子含量很低，并未达到除铜的目的，原因是第一步的氨洗除铜工艺已经除去大部分的铜，酸洗过程中含量较低的铜离子不会发生镀铜现象，也不会影响酸洗除垢的效果。最终依据酸洗小试结果，确定化学清洗流程为：氨洗除铜→氨洗后水冲洗→复合酸清洗→酸洗后水冲洗→漂洗→钝化。

2 清洗方案的制定

2.1 化学清洗范围

本次化学清洗涉及的设备有：省煤器、汽包、集中下降管、水冷壁、水冷壁下部联箱等。

2.2 循环流程

第一回路：清洗箱→清洗泵→临时管→省煤器→汽包→两侧水冷壁→下联箱→临时管→清洗箱。

第二回路：清洗箱→清洗泵→临时管→一组水冷壁→汽包→另一组水冷壁→下联箱→清洗箱。

2.3 清洗工艺

本次清洗采用的清洗介质为有机复合酸（羟基乙酸+甲酸），在80～90℃的清洗温度下能取得良好的清洗效果，摆脱了锅炉点火等诸多条件的制约；同时该复合酸对氧化铁的溶解效果极佳，解决了化学清洗期间氧化铁剥落的问题，从而避免了清洗残渣在系统内的附着。

完整的化学清洗实施流程如下：

酸洗临时系统安装→清洗系统水冲洗及试压→过热器充水保护→清洗循环建立及升温→氨洗→氨洗后水冲洗→复合酸清洗→酸洗后水冲洗→漂洗钝化→排放→清洗质量检查验收→系统恢复（临时系统拆除）。

3 化学清洗工艺流程与步骤

3.1 酸洗前水冲洗

使用清洗泵作为动力进行临时系统的水冲洗和水压试验，在1.2 MPa压力下临时系统循环冲洗1 h，直至出水澄清透明。

酸洗前水冲洗流程为：清洗箱→清洗泵→临时管→省煤器→汽包→两侧水冷壁→下联箱→临时管→排放口。

在水冲洗过程中，改变清洗泵的再循环流量，调整清洗泵的电流，改变水冲洗流量，尽可能带出存积在弯管处的氧化铁皮、铁锈、焊渣、泥沙等杂物，同时巡回检查临时管道和化学清洗接口的严密性，检查系统是否存在漏点。

3.2 过热器注水及锅炉氨洗

采用汽包满水方式向过热器注保养液，然后建立氨洗循环回路，投入辅汽加热，开始升温试验。升温过程中再次对清洗系统进行全面检查，确认没有外漏及内漏现象。拆除汽包安全阀作为排氢管路。最后加入氨洗药品进行氨洗。

氨洗药品采用1.5%氨水+0.5%过硫酸铵+0.2%缓蚀剂；温度为30℃，清洗时间为2 h。

3.3 复合酸清洗

水冲洗至排放水澄清透明、无杂物、pH值<9后，水冲洗结束。建立酸洗循环回路，投入辅汽加热，配制酸洗药品。

复合酸清洗循环方式如下：

第一回路清洗：循环清洗时间1.5 h，流量150 t/h。

第二回路清洗：循环清洗时间3 h，流量300 t/h。

第二回路反洗：倒换水冷壁A组、B组流向，循环清洗3 h，流量300 t/h。

酸洗药品为2%甲酸+4%羟基乙酸+0.5%缓蚀剂+0.3%还原剂；清洗温度为80～90℃，时间为12 h。

清洗11 h后，清洗液中总铁、酸浓度分析数据趋于平衡，总铁离子为4937 mg/L，残余酸浓度为4.05%。拆除水冷壁监视管检查，确认管内面清洁无垢，酸洗过程结束。装好监视管继续循环清洗1 h后，可以进行酸洗后水冲洗。

3.4 酸洗后水冲洗

由于酸洗后的金属基体表面活跃，直接排放酸液后活跃的金属基体会迅速生成二次锈蚀，因此采用顶排酸液方式进行水冲洗[3]。此期间打开省煤器再循环阀冲洗5 min，从省煤器上药阀经汽包向两侧水冷壁进水顶排省煤器内的残留酸液，大流量冲洗0.5 h。然后改由水冷壁一侧进、一侧出。各个回路反复切换进行冲洗。

表2 腐蚀速率和腐蚀总量

至冲洗排水澄清透明，铁离子连续3次检测小于50 mg/L，此时pH值为4.1，完全符合清洗导则要求，酸洗后水冲洗结束。

3.5 漂洗

水冲洗合格后，建立循环回路，升温，加入漂洗药剂进行漂洗。按第一回路和第二回路控制流量约为200 t/h进行循环，升温至60℃左右时依次添加漂洗缓蚀剂和EDTA（乙二胺四乙酸），循环1 h后结束漂洗。

EDTA漂洗期间的检测和控制参数如下：清洗液EDTA，浓度为0.5%；缓蚀剂浓度0.1%；漂洗温度70～80℃；漂洗范围为省煤器、汽包、集中下降管、水冷壁、水冷壁下部联箱等锅炉本体部分；监测项目有铁离子含量、pH值、EDTA浓度；控制标准为铁离子含量小于300 mg/L，pH值达到平衡。

3.6 钝化

漂洗结束后，加氨水调节pH值至9.5～10.0，然后控制温度在70～80℃进行循环，钝化结束后排尽钝化液至精处理废水池。

钝化控制指标：温度为70～80℃；钝化范围为省煤器、汽包、集中下降管、水冷壁、水冷壁下部联箱等锅炉本体部分；钝化介质为EDTA；pH值控制在9.5～10.0；钝化时间为5 h。

4 化学清洗效果

清洗流程全部结束后，测定平均腐蚀速率为1.14 g/（m2·h），低于《火力发电厂锅炉化学清洗导则》所规定的小于 8 g/（m2·h）的要求。 监视管及汽包在化学清洗后经检查：内壁无残留氧化物，内表面光滑，无点蚀及粗晶析出等过洗现象，无镀铜现象。钝化结束后监视管内壁呈灰黑色膜，膜均匀细密，钝化效果优良。

腐蚀速率及腐蚀总量如表2所示。

酸洗后测得残余垢量为14.6 g/m2，计算除垢率为：（488.1-14.6）/488.1=97%。

5 结论与建议

（1）酸洗后顶排酸液时尽量采用大流量水冲洗。本次清洗使用了300 t/h的清洗泵，锅炉本体排水全铁离子含量降至50 mg/L以下所用时间为2.5 h。建议在条件允许的情况下采用凝结水泵进行大流量水冲洗，能显著缩短冲洗时间，减少二次锈蚀的生成。

（2）先酸洗、再进行氨洗除铜的清洗工艺，在铜含量过高的情况下会导致酸洗中除垢不彻底，并且在酸洗后的氨洗除铜中易导致镀铜现象的发生。先进行氨洗除铜工艺、冲洗彻底后再进行酸洗的工艺能有效除铜，并保证除垢完全。通过测定腐蚀指示片得出本次化学清洗的平均腐蚀速率为1.14 g/（m2·h），平均总腐蚀量为 13.34 g/m2，除垢率为97%，指示片和汽包内壁上钝化膜形成良好，无点蚀和过洗现象，无镀铜现象，清洗效果优良。

[1]DL/T 794-2012火力发电厂锅炉化学清洗导则[S].北京：中国电力出版社，2012.

[2]窦照英.羟基乙酸在电站锅炉化学清洗中的应用[J].化学清洗，1999，15（1）∶12-14.

[3]孙小军，桑俊珍，何彩燕，等.直流锅炉柠檬酸洗后水冲洗和漂洗工艺的改进[J].清洗世界，2010，26（5）∶5-9.