超超臨界機(jī)組鍋爐化學(xué)清洗對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)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(jī)組鍋爐(EG2910/29.15-I3)為東方鍋爐廠(國(guó)內(nèi)首家)研制生產(chǎn)的高參數(shù)(29P15MРa/605℃/623℃)鍋爐,過(guò)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(jī)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(dòng)加速腐蝕。為改善機(jī)組水汽品質(zhì),加強(qiáng)給水加氧后受熱面管道內(nèi)保護(hù)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(shí)提高鍋爐熱效率,從201w年開(kāi)始,在機(jī)組檢修期間對(duì)鍋爐本體(省煤器、水冷壁、啟動(dòng)系統(tǒng))進(jìn)行化學(xué)清洗。根據(jù)爐型及汽水系統(tǒng)布置特點(diǎn),現(xiàn)場(chǎng)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(shí)化學(xué)清洗箱二化學(xué)清洗泵二臨時(shí)進(jìn)液母管二臨時(shí)排放管二五號(hào)工業(yè)廢水池:

(2)臨時(shí)化學(xué)清洗箱二化學(xué)清洗泵二臨時(shí)進(jìn)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(shí)排放管二五號(hào)工業(yè)廢水池:

(3)臨時(shí)化學(xué)清洗箱二化學(xué)清洗泵二臨時(shí)進(jìn)液母管二主給水管路二省煤器二水冷壁二啟動(dòng)分離器二臨時(shí)排放管二五號(hào)工業(yè)廢水池。

1.2化學(xué)清洗回路

臨時(shí)化學(xué)清洗箱二化學(xué)清洗泵二臨時(shí)進(jìn)液母管二主給水管路二省煤器二水冷壁二啟動(dòng)分離器二臨時(shí)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(shí)排放管二五號(hào)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(shí)排放管二五號(hào)工業(yè)廢水池:

(3)啟動(dòng)分離器二儲(chǔ)水罐二臨時(shí)排放管二五號(hào)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(jī)酸,酸洗液中添加有機(jī)酸緩蝕劑和清洗助劑,采用檸檬酸進(jìn)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(jī)酸加藥濃度為2%~4%的羥基乙酸和1%~2%的甲酸(清洗過(guò)程中確保清洗液中的剩余有機(jī)酸濃度>1P0%)。有機(jī)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(jì)清洗時(shí)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(shí)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(shí)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(duì)系統(tǒng)進(jìn)行頂排沖洗,至總鐵小于5mg/L。

2.2清洗程序設(shè)置

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

(2)清洗系統(tǒng)水沖洗。臨時(shí)系統(tǒng)沖洗完畢后,啟動(dòng)化學(xué)清洗泵,由系統(tǒng)上水沖洗,沖洗水直接通過(guò)臨時(shí)管道快速排入五號(hào)工業(yè)廢水池,同時(shí)檢查系統(tǒng)有無(wú)泄漏點(diǎn)。上水過(guò)程中分別對(duì)臨時(shí)系統(tǒng)、正式系統(tǒng)各部位進(jìn)行水沖洗,直到排水清澈。

(3)過(guò)熱器充保護(hù)液。系統(tǒng)沖洗干凈后,向臨時(shí)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(duì)過(guò)熱器充保護(hù)液(過(guò)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(hù)液回路設(shè)置為臨時(shí)化學(xué)清洗箱二化學(xué)清洗泵二臨時(shí)回水管路二儲(chǔ)水罐二啟動(dòng)分離器二過(guò)熱器。充保護(hù)液前打開(kāi)過(guò)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(shí),依次關(guān)閉各空氣門,直到所有空氣門見(jiàn)水后關(guān)閉。這項(xiàng)工作很關(guān)鍵,必須確保保護(hù)液充滿,防止過(guò)熱器系統(tǒng)進(jìn)酸。

(4)加熱模擬試驗(yàn)。過(guò)熱器充保護(hù)液結(jié)束后,系統(tǒng)切換至清洗回路循環(huán),緩慢開(kāi)啟臨時(shí)化學(xué)清洗箱和表面式加熱器臨時(shí)加熱蒸汽門,系統(tǒng)開(kāi)始循環(huán)升溫。循環(huán)過(guò)程中嚴(yán)格控制儲(chǔ)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(shí),減小加熱蒸汽量,維持系統(tǒng)溫度,檢查臨時(shí)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(shí)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(duì)臨時(shí)系統(tǒng)及正式系統(tǒng)隔離情況進(jìn)行熱態(tài)檢查,并熱緊臨時(shí)系統(tǒng)連接法蘭螺栓。這項(xiàng)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(jìn)入過(guò)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(chǔ)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(shí)進(jìn)行Fe3＋、Fe22、有機(jī)酸濃度的測(cè)定。當(dāng)復(fù)合有機(jī)酸的濃度達(dá)到清洗工藝要求值,可停止加酸,進(jìn)行循環(huán)清洗。酸洗期間每lh取樣分析Fe32、Fe22、復(fù)合有機(jī)酸的濃度,記錄系統(tǒng)進(jìn)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(dá)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(yùn)化學(xué)清洗泵,排放酸洗液。排放完畢后通過(guò)化學(xué)清洗泵向鍋爐上水,先對(duì)省煤器系統(tǒng)進(jìn)行沖洗,再對(duì)水冷壁及儲(chǔ)水罐系統(tǒng)進(jìn)行沖洗,沖洗水排至五號(hào)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(jìn)行升溫,至50℃左右時(shí)停止升溫,化學(xué)清洗泵切至自循環(huán)。向臨時(shí)化學(xué)清洗箱中加入檸檬酸,進(jìn)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(shí)間為2~4h。

(9)鈍化。向臨時(shí)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(shí)向系統(tǒng)加入雙氧水,控制溫度為45~55℃,鈍化時(shí)間為4~6h。

(10)鈍化后水沖洗。鈍化結(jié)束后,通過(guò)頂排方式對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行沖洗,同時(shí)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(shí),應(yīng)對(duì)閥門、儀表進(jìn)行清洗,防止遺留酸液腐蝕設(shè)備。

(11)系統(tǒng)排放。清洗過(guò)程中的廢液排至五號(hào)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(kāi)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(wú)殘留氧化物和焊渣,無(wú)明顯金屬粗晶析出的過(guò)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(diǎn)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(zhǎng)度約l.2m的水冷壁管,用4個(gè)小32的90°彎頭做兩個(gè)s型彎頭,引到爐墻外,在兩個(gè)新接口上各加裝一個(gè)DN25、PN25閥門,兩個(gè)閥門中間加一長(zhǎng)度400mm的水冷壁管段,作為清洗過(guò)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(zhǎng)度約l.2m的管段,用4個(gè)小40的90°彎頭做兩個(gè)s型彎頭,在兩個(gè)新接口上各加裝一個(gè)DN40、PN25閥門,兩個(gè)閥門中間加一長(zhǎng)度400mm的省煤器管段,作為清洗過(guò)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(shí),應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝,進(jìn)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(jìn)行內(nèi)窺鏡檢查,在檢查管道內(nèi)表面酸洗效果的同時(shí),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(dòng)時(shí)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(guò)程監(jiān)督項(xiàng)目和要求

化學(xué)清洗過(guò)程中監(jiān)督項(xiàng)目和要求如表1所示。

安慶電廠2×1000Mw機(jī)組的#4機(jī)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(guò)程總鐵含量最大值為10556mg/L?！痘鹆Πl(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(shí)際測(cè)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(shuō)明現(xiàn)場(chǎng)化學(xué)清洗過(guò)程參數(shù)控制較好。

5化學(xué)清洗靜態(tài)試驗(yàn)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(dá)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(wú)明顯沉渣。對(duì)本次化學(xué)清洗效果進(jìn)行了垢量分析,如表2所示。對(duì)受熱面管道在化學(xué)清洗前后進(jìn)行了效果圖對(duì)比,如圖1所示。

6化學(xué)清洗后機(jī)組經(jīng)濟(jì)性分析

20l8年4月,安慶電廠首先對(duì)#4機(jī)組鍋爐進(jìn)行了化學(xué)清洗。本次酸洗前對(duì)省煤器及水冷壁割管取樣,進(jìn)行垢量測(cè)定,省煤器進(jìn)、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(jī)組額定工況為例進(jìn)行分析,可使機(jī)組小機(jī)進(jìn)汽量減少3.49t/h,機(jī)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(wàn)元。

7結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)安慶電廠2×1000Mw超超臨界機(jī)組鍋爐化學(xué)清洗經(jīng)驗(yàn)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(dòng)力嚴(yán)重不足,化學(xué)清洗過(guò)程中,酸洗液溫度長(zhǎng)時(shí)間得不到升高。為保證化學(xué)清洗效果,現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)增設(shè)了旁路管(管徑小298.5×45mm),約lm管段,加裝DNl50mm閥門,用來(lái)調(diào)節(jié)延伸水冷壁介質(zhì)流量,促進(jìn)介質(zhì)循環(huán)動(dòng)力。水冷壁及省煤器管樣割取及恢復(fù)時(shí)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(jìn)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(duì)聯(lián)箱進(jìn)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(guò)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(guò)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(jī)組的受熱面多采用不銹鋼材質(zhì),酸液中的一價(jià)陽(yáng)離子H2會(huì)對(duì)金屬材料產(chǎn)生腐蝕、晶界破壞作用,尤其對(duì)奧氏體不銹鋼影響最大,容易造成氫脆破壞。特別是對(duì)吸氫敏感的鈦合金管,如果清洗劑使用不當(dāng),就會(huì)產(chǎn)生金屬材質(zhì)實(shí)效問(wèn)題。例如,目前國(guó)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。