超超臨界機組鍋爐化學(xué)清洗對機組經(jīng)濟性影響分析

1化學(xué)清洗的必要性及系統(tǒng)布置

安慶電廠二期2×1000MM超超臨界機組鍋爐(EG2910/29.15-I3)為東方鍋爐廠(國內(nèi)首家)研制生產(chǎn)的高參數(shù)(29P15MРa/605℃/623℃)鍋爐,過熱器、再熱器使用了新型的奧氏體耐熱鋼super304H、DР34wH和HR3C,鍋爐水冷壁首先使用了全焊接式螺旋管圈(材質(zhì)為15CrMo)和垂直管圈膜式水冷壁(材質(zhì)為12Cr1MoV)。201w年底及2018年初,安慶電廠#4機組#3高加出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象,檢查發(fā)現(xiàn)高加內(nèi)部存在停爐氧腐蝕及流動加速腐蝕。為改善機組水汽品質(zhì),加強給水加氧后受熱面管道內(nèi)保護膜的生成效果,保證鍋爐受熱面內(nèi)表面清潔、防止受熱面腐蝕和結(jié)垢,同時提高鍋爐熱效率,從201w年開始,在機組檢修期間對鍋爐本體(省煤器、水冷壁、啟動系統(tǒng))進行化學(xué)清洗。根據(jù)爐型及汽水系統(tǒng)布置特點,現(xiàn)場化學(xué)清洗系統(tǒng)分為三路布置,具體如下:

1.1水沖洗回路及廢液排放回路

(1)臨時化學(xué)清洗箱二化學(xué)清洗泵二臨時進液母管二臨時排放管二五號工業(yè)廢水池:

(2)臨時化學(xué)清洗箱二化學(xué)清洗泵二臨時進液母管二主給水管路二省煤器管路二水冷壁入口聯(lián)箱二臨時排放管二五號工業(yè)廢水池:

(3)臨時化學(xué)清洗箱二化學(xué)清洗泵二臨時進液母管二主給水管路二省煤器二水冷壁二啟動分離器二臨時排放管二五號工業(yè)廢水池。

1.2化學(xué)清洗回路

臨時化學(xué)清洗箱二化學(xué)清洗泵二臨時進液母管二主給水管路二省煤器二水冷壁二啟動分離器二臨時化學(xué)清洗箱。

1.3排放采用回路

(1)省煤器二給水管路二臨時排放管二五號工業(yè)廢水池:

(2)水冷壁二水冷壁下集箱底部排污管二臨時排放管二五號工業(yè)廢水池:

(3)啟動分離器二儲水罐二臨時排放管二五號工業(yè)廢水池。

2化學(xué)清洗程序設(shè)置及關(guān)鍵參數(shù)控制

清洗液采用羥基乙酸和甲酸配比的復(fù)合有機酸,酸洗液中添加有機酸緩蝕劑和清洗助劑,采用檸檬酸進行漂洗,雙氧水鈍化。具體清洗工藝參數(shù)控制和程序設(shè)置如下:

2.1參數(shù)控制

(1)酸洗:復(fù)合有機酸加藥濃度為2%~4%的羥基乙酸和1%~2%的甲酸(清洗過程中確保清洗液中的剩余有機酸濃度>1P0%)。有機酸緩蝕劑一次性加藥濃度為0P3%~0P5%。清洗助劑一次性加藥濃度為0P1%~0P2%。清洗溫度控制在85~90℃,預(yù)計清洗時間為20~30h。

(2)漂洗:檸檬酸一次性加藥濃度為0P2%~0P5%,溫度控制在50~w0℃,漂洗時間為2~4h。

(3)鈍化:漂洗液＋氨水＋雙氧水(0P1%~0P3%),氨水調(diào)節(jié)鈍化液pH值至9P5~10P0,鈍化溫度控制在45~55℃,鈍化時間為4~6h。

(4)鈍化后水沖洗:鈍化結(jié)束后用除鹽水(調(diào)節(jié)pH值至10P0~10P5)對系統(tǒng)進行頂排沖洗,至總鐵小于5mg/L。

2.2清洗程序設(shè)置

(1)臨時系統(tǒng)試運及水沖洗。臨時系統(tǒng)安裝完畢,化學(xué)清洗泵依次試運0P5~1P0h,臨時化學(xué)清洗箱用除鹽水沖洗干凈,再逐段沖洗臨時管道。

(2)清洗系統(tǒng)水沖洗。臨時系統(tǒng)沖洗完畢后,啟動化學(xué)清洗泵,由系統(tǒng)上水沖洗,沖洗水直接通過臨時管道快速排入五號工業(yè)廢水池,同時檢查系統(tǒng)有無泄漏點。上水過程中分別對臨時系統(tǒng)、正式系統(tǒng)各部位進行水沖洗,直到排水清澈。

(3)過熱器充保護液。系統(tǒng)沖洗干凈后,向臨時化學(xué)清洗箱中加入氨水,控制化學(xué)清洗泵出口溶液的pH值為9P5~10P0,對過熱器充保護液(過熱器系統(tǒng)水容積為2w8m3,控制化學(xué)清洗泵出口流量在60t/h左右)。充保護液回路設(shè)置為臨時化學(xué)清洗箱二化學(xué)清洗泵二臨時回水管路二儲水罐二啟動分離器二過熱器。充保護液前打開過熱器系統(tǒng)相關(guān)空氣門,當(dāng)各空氣門有連續(xù)水流溢出時,依次關(guān)閉各空氣門,直到所有空氣門見水后關(guān)閉。這項工作很關(guān)鍵,必須確保保護液充滿,防止過熱器系統(tǒng)進酸。

(4)加熱模擬試驗。過熱器充保護液結(jié)束后,系統(tǒng)切換至清洗回路循環(huán),緩慢開啟臨時化學(xué)清洗箱和表面式加熱器臨時加熱蒸汽門,系統(tǒng)開始循環(huán)升溫。循環(huán)過程中嚴(yán)格控制儲水罐的液位。升溫速率控制在10~15℃/h。當(dāng)溫度升至50℃左右時,減小加熱蒸汽量,維持系統(tǒng)溫度,檢查臨時系統(tǒng)各接口是否存在泄漏以及被隔離的正式系統(tǒng)是否存在內(nèi)漏情況,同時檢查各部位水冷壁管及相關(guān)系統(tǒng)壁溫的變化情況,檢查結(jié)束后系統(tǒng)繼續(xù)升溫至85~90℃,再對臨時系統(tǒng)及正式系統(tǒng)隔離情況進行熱態(tài)檢查,并熱緊臨時系統(tǒng)連接法蘭螺栓。這項工作必須多次檢查確認(rèn),防止系統(tǒng)隔離不嚴(yán)密,酸液進入過熱器系統(tǒng)或再熱器系統(tǒng)。

(5)預(yù)緩蝕。向清洗系統(tǒng)中加入緩蝕劑,加入濃度為0.3%~0.5%,循環(huán)0.5h左右。

(6)加酸清洗。維持化學(xué)清洗泵的循環(huán),控制儲水罐的水位。投文丘里加藥裝置,按比例向系統(tǒng)中加入竣基乙酸和甲酸。調(diào)整加熱蒸汽,維持系統(tǒng)溫度在85~90℃的范圍,同時進行Fe3＋、Fe22、有機酸濃度的測定。當(dāng)復(fù)合有機酸的濃度達到清洗工藝要求值,可停止加酸,進行循環(huán)清洗。酸洗期間每lh取樣分析Fe32、Fe22、復(fù)合有機酸的濃度,記錄系統(tǒng)進出口溫度,并控制在要求范圍內(nèi)。當(dāng)系統(tǒng)的總鐵濃度達到平衡且監(jiān)視管已清洗干凈后,再清洗1~2h后可停止酸洗。

(7)酸洗后水沖洗。清洗結(jié)束后,停運化學(xué)清洗泵,排放酸洗液。排放完畢后通過化學(xué)清洗泵向鍋爐上水,先對省煤器系統(tǒng)進行沖洗,再對水冷壁及儲水罐系統(tǒng)進行沖洗,沖洗水排至五號工業(yè)廢水池,直至沖洗排放液中的8Fe<50mg/L,pH≥4.0。

(8)漂洗。水沖洗結(jié)束后,系統(tǒng)切換至清洗回路循環(huán),投表面式加熱器進行升溫,至50℃左右時停止升溫,化學(xué)清洗泵切至自循環(huán)。向臨時化學(xué)清洗箱中加入檸檬酸,進行漂洗液的配制,配制完成后將漂洗液加入系統(tǒng),濃度控制為0.2%~0.5%,pH值調(diào)整至3.5~4.0,控制溫度為50~70C,漂洗時間為2~4h。

(9)鈍化。向臨時化學(xué)清洗箱中加入氨水,調(diào)節(jié)系統(tǒng)溶液的pH值為9.5~10.0,同時向系統(tǒng)加入雙氧水,控制溫度為45~55℃,鈍化時間為4~6h。

(10)鈍化后水沖洗。鈍化結(jié)束后,通過頂排方式對系統(tǒng)進行沖洗,同時向水箱中加入氨水,控制泵出口pH值大于10.0,直至排水總鐵小于5mg/L。水沖洗時,應(yīng)對閥門、儀表進行清洗,防止遺留酸液腐蝕設(shè)備。

(11)系統(tǒng)排放。清洗過程中的廢液排至五號工業(yè)廢水池,集中加藥處理。

(12)清洗廢液處理。將濃酸液和沖洗液分開存放,濃酸液加藥中和后委托有專業(yè)資質(zhì)的廢液處理廠家處理,沖洗液處理后在廠內(nèi)回收再利用。

3化學(xué)清洗質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和監(jiān)視管設(shè)置要求

3.1化學(xué)清洗質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

化學(xué)清洗質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)按照電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《火力發(fā)電廠鍋爐化學(xué)清洗導(dǎo)則》(DL/T794一2012)第9章所規(guī)定的要求執(zhí)行,標(biāo)準(zhǔn)要求如下:

(1)被清洗的金屬表面清潔,基本上無殘留氧化物和焊渣,無明顯金屬粗晶析出的過洗現(xiàn)象,不應(yīng)出現(xiàn)鍍銅現(xiàn)象。

(2)腐蝕指示片的平均腐蝕速度小于8g/(m2·h)為合格,腐蝕總量小于80g/m2,除垢率大于90%。

(3)清洗后表面形成良好的鈍化膜,不應(yīng)出現(xiàn)二次銹蝕和點蝕。

(4)固定設(shè)備上的閥門、儀表等不應(yīng)受到損傷。

3.2監(jiān)視管的設(shè)置要求

水冷壁監(jiān)視管設(shè)置在燃燒器上部熱負(fù)荷較大的區(qū)域(如燃盡風(fēng)區(qū)域),割取長度約l.2m的水冷壁管,用4個小32的90°彎頭做兩個s型彎頭,引到爐墻外,在兩個新接口上各加裝一個DN25、PN25閥門,兩個閥門中間加一長度400mm的水冷壁管段,作為清洗過程中的監(jiān)視管。酸洗結(jié)束后再焊接恢復(fù)水冷壁管,另外在側(cè)墻延伸水冷壁加裝同樣的水冷壁監(jiān)視管。省煤器監(jiān)視管設(shè)置在省煤器水平段,割取長度約l.2m的管段,用4個小40的90°彎頭做兩個s型彎頭,在兩個新接口上各加裝一個DN40、PN25閥門,兩個閥門中間加一長度400mm的省煤器管段,作為清洗過程中的監(jiān)視管。酸洗結(jié)束后焊接恢復(fù)省煤器管。水冷壁管、省煤器管、手孔、堵板及連通管等高溫高壓管道在焊接恢復(fù)時,應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝,進行熱處理及探傷。水冷壁下聯(lián)箱、中間聯(lián)箱和混合聯(lián)箱在化學(xué)清洗結(jié)束后,應(yīng)進行內(nèi)窺鏡檢查,在檢查管道內(nèi)表面酸洗效果的同時,查看聯(lián)箱內(nèi)部是否有沉積物,防止沉積物隨汽水介質(zhì)流動時堵塞在管道彎頭或節(jié)流孔處,造成超溫爆管。

4化學(xué)清洗過程監(jiān)督項目和要求

化學(xué)清洗過程中監(jiān)督項目和要求如表1所示。

安慶電廠2×1000Mw機組的#4機組化學(xué)清洗加酸總濃度約4.30%,最終剩余酸濃度2.17%,酸洗過程總鐵含量最大值為10556mg/L。《火力發(fā)電廠鍋爐化學(xué)清洗導(dǎo)則》(DL/T794一2012)規(guī)定腐蝕指示片的平均腐蝕速度小于8g/(m2·h),腐蝕總量小于80g/m2為合格,實際測定結(jié)果平均腐蝕速度小于0.6g/(m2·h),腐蝕總量小于l9.58g/m2,遠(yuǎn)低于導(dǎo)則監(jiān)督控制標(biāo)準(zhǔn),說明現(xiàn)場化學(xué)清洗過程參數(shù)控制較好。

5化學(xué)清洗靜態(tài)試驗效果

化學(xué)清洗后,水冷壁和省煤器管道內(nèi)表面的沉積物已清洗干凈,露出嶄新的金屬基體,并形成了完整的鈍化膜。螺旋段水冷壁除垢率為99.2%,延伸段水冷壁除垢率為99.2%,省煤器除垢率達98.71%以上,平均腐蝕總量為28.78g/m2,平均腐蝕速率為1.11g/(m2·h)。清洗后檢查各集箱,無明顯沉渣。對本次化學(xué)清洗效果進行了垢量分析,如表2所示。對受熱面管道在化學(xué)清洗前后進行了效果圖對比,如圖1所示。

6化學(xué)清洗后機組經(jīng)濟性分析

20l8年4月,安慶電廠首先對#4機組鍋爐進行了化學(xué)清洗。本次酸洗前對省煤器及水冷壁割管取樣,進行垢量測定,省煤器進、出口垢量分別為1006.5g/m2和248.7g/m2,水冷最大垢量為186.8g/m2。酸洗前省煤器到水冷壁出口壓差是1.82MPa,洗后是1.21MPa,降低阻力0.61MPa。清洗后汽泵給水壓力降低了1MPa,轉(zhuǎn)速降低了90r/min。按機組額定工況為例進行分析,可使機組小機進汽量減少3.49t/h,機組熱耗率降低6.3kJ/kwh,發(fā)電煤耗降低0.23g/kwh,折合全年節(jié)省標(biāo)煤約1150t,節(jié)煤收益約93萬元。

7結(jié)語

通過對安慶電廠2×1000Mw超超臨界機組鍋爐化學(xué)清洗經(jīng)驗的總結(jié),發(fā)現(xiàn)鍋爐兩側(cè)墻延伸水冷壁管道介質(zhì)循環(huán)動力嚴(yán)重不足,化學(xué)清洗過程中,酸洗液溫度長時間得不到升高。為保證化學(xué)清洗效果,現(xiàn)場臨時增設(shè)了旁路管(管徑小298.5×45mm),約lm管段,加裝DNl50mm閥門,用來調(diào)節(jié)延伸水冷壁介質(zhì)流量,促進介質(zhì)循環(huán)動力。水冷壁及省煤器管樣割取及恢復(fù)時應(yīng)嚴(yán)格遵守相關(guān)焊接工藝,按要求填放水溶紙,水溶紙應(yīng)保證材質(zhì)合格并折成"漏斗形"使用,以防堵管情況發(fā)生。酸洗后大流量水沖洗應(yīng)多次反復(fù)進行,徹底將聯(lián)箱和受熱面管彎頭處和節(jié)流孔處的沉積物沖洗干凈,最好是對聯(lián)箱進行內(nèi)窺鏡檢查,以免發(fā)生管道超溫爆管。酸洗廢液的處理也應(yīng)該受到重視,經(jīng)過化學(xué)中和處理后,需委托有專業(yè)資質(zhì)的廢液處理廠家處理并做到過程跟蹤監(jiān)督,防止發(fā)生環(huán)保事件。

另外要注意的是,目前亞臨界和超臨界機組的受熱面多采用不銹鋼材質(zhì),酸液中的一價陽離子H2會對金屬材料產(chǎn)生腐蝕、晶界破壞作用,尤其對奧氏體不銹鋼影響最大,容易造成氫脆破壞。特別是對吸氫敏感的鈦合金管,如果清洗劑使用不當(dāng),就會產(chǎn)生金屬材質(zhì)實效問題。例如,目前國內(nèi)已經(jīng)訂貨的超超臨界鍋爐水冷壁的材料有12CrlMoV、15CrMoG、T23、T24等,T24(7CrMoVTiB10-10)材料中含有金屬元素鈦,所以清洗介質(zhì)的選擇尤需慎重。