超超临界机组锅炉化学清洗对机组经济性影响分析

1化学清洗的必要性及系统布置

安庆电厂二期2×1000MM超超临界机组锅炉(EG2910/29.15-I3)为东方锅炉厂(国内首家)研制生产的高参数(29P15MРa/605℃/623℃)锅炉,过热器、再热器使用了新型的奥氏体耐热钢super304H、DР34wH和HR3C,锅炉水冷壁首先使用了全焊接式螺旋管圈(材质为15CrMo)和垂直管圈膜式水冷壁(材质为12Cr1MoV)。201w年底及2018年初,安庆电厂#4机组#3高加出现泄漏现象,检查发现高加内部存在停炉氧腐蚀及流动加速腐蚀。为改善机组水汽品质,加强给水加氧后受热面管道内保护膜的生成效果,保证锅炉受热面内表面清洁、防止受热面腐蚀和结垢,同时提高锅炉热效率,从201w年开始,在机组检修期间对锅炉本体(省煤器、水冷壁、启动系统)进行化学清洗。根据炉型及汽水系统布置特点,现场化学清洗系统分为三路布置,具体如下:

1.1水冲洗回路及废液排放回路

(1)临时化学清洗箱二化学清洗泵二临时进液母管二临时排放管二五号工业废水池:

(2)临时化学清洗箱二化学清洗泵二临时进液母管二主给水管路二省煤器管路二水冷壁入口联箱二临时排放管二五号工业废水池:

(3)临时化学清洗箱二化学清洗泵二临时进液母管二主给水管路二省煤器二水冷壁二启动分离器二临时排放管二五号工业废水池。

1.2化学清洗回路

临时化学清洗箱二化学清洗泵二临时进液母管二主给水管路二省煤器二水冷壁二启动分离器二临时化学清洗箱。

1.3排放采用回路

(1)省煤器二给水管路二临时排放管二五号工业废水池:

(2)水冷壁二水冷壁下集箱底部排污管二临时排放管二五号工业废水池:

(3)启动分离器二储水罐二临时排放管二五号工业废水池。

2化学清洗程序设置及关键参数控制

清洗液采用羟基乙酸和甲酸配比的复合有机酸,酸洗液中添加有机酸缓蚀剂和清洗助剂,采用柠檬酸进行漂洗,双氧水钝化。具体清洗工艺参数控制和程序设置如下:

2.1参数控制

(1)酸洗:复合有机酸加药浓度为2%~4%的羟基乙酸和1%~2%的甲酸(清洗过程中确保清洗液中的剩余有机酸浓度>1P0%)。有机酸缓蚀剂一次性加药浓度为0P3%~0P5%。清洗助剂一次性加药浓度为0P1%~0P2%。清洗温度控制在85~90℃,预计清洗时间为20~30h。

(2)漂洗:柠檬酸一次性加药浓度为0P2%~0P5%,温度控制在50~w0℃,漂洗时间为2~4h。

(3)钝化:漂洗液＋氨水＋双氧水(0P1%~0P3%),氨水调节钝化液pH值至9P5~10P0,钝化温度控制在45~55℃,钝化时间为4~6h。

(4)钝化后水冲洗:钝化结束后用除盐水(调节pH值至10P0~10P5)对系统进行顶排冲洗,至总铁小于5mg/L。

2.2清洗程序设置

(1)临时系统试运及水冲洗。临时系统安装完毕,化学清洗泵依次试运0P5~1P0h,临时化学清洗箱用除盐水冲洗干净,再逐段冲洗临时管道。

(2)清洗系统水冲洗。临时系统冲洗完毕后,启动化学清洗泵,由系统上水冲洗,冲洗水直接通过临时管道快速排入五号工业废水池,同时检查系统有无泄漏点。上水过程中分别对临时系统、正式系统各部位进行水冲洗,直到排水清澈。

(3)过热器充保护液。系统冲洗干净后,向临时化学清洗箱中加入氨水,控制化学清洗泵出口溶液的pH值为9P5~10P0,对过热器充保护液(过热器系统水容积为2w8m3,控制化学清洗泵出口流量在60t/h左右)。充保护液回路设置为临时化学清洗箱二化学清洗泵二临时回水管路二储水罐二启动分离器二过热器。充保护液前打开过热器系统相关空气门,当各空气门有连续水流溢出时,依次关闭各空气门,直到所有空气门见水后关闭。这项工作很关键,必须确保保护液充满,防止过热器系统进酸。

(4)加热模拟试验。过热器充保护液结束后,系统切换至清洗回路循环,缓慢开启临时化学清洗箱和表面式加热器临时加热蒸汽门,系统开始循环升温。循环过程中严格控制储水罐的液位。升温速率控制在10~15℃/h。当温度升至50℃左右时,减小加热蒸汽量,维持系统温度,检查临时系统各接口是否存在泄漏以及被隔离的正式系统是否存在内漏情况,同时检查各部位水冷壁管及相关系统壁温的变化情况,检查结束后系统继续升温至85~90℃,再对临时系统及正式系统隔离情况进行热态检查,并热紧临时系统连接法兰螺栓。这项工作必须多次检查确认,防止系统隔离不严密,酸液进入过热器系统或再热器系统。

(5)预缓蚀。向清洗系统中加入缓蚀剂,加入浓度为0.3%~0.5%,循环0.5h左右。

(6)加酸清洗。维持化学清洗泵的循环,控制储水罐的水位。投文丘里加药装置,按比例向系统中加入竣基乙酸和甲酸。调整加热蒸汽,维持系统温度在85~90℃的范围,同时进行Fe3＋、Fe22、有机酸浓度的测定。当复合有机酸的浓度达到清洗工艺要求值,可停止加酸,进行循环清洗。酸洗期间每lh取样分析Fe32、Fe22、复合有机酸的浓度,记录系统进出口温度,并控制在要求范围内。当系统的总铁浓度达到平衡且监视管已清洗干净后,再清洗1~2h后可停止酸洗。

(7)酸洗后水冲洗。清洗结束后,停运化学清洗泵,排放酸洗液。排放完毕后通过化学清洗泵向锅炉上水,先对省煤器系统进行冲洗,再对水冷壁及储水罐系统进行冲洗,冲洗水排至五号工业废水池,直至冲洗排放液中的8Fe<50mg/L,pH≥4.0。

(8)漂洗。水冲洗结束后,系统切换至清洗回路循环,投表面式加热器进行升温,至50℃左右时停止升温,化学清洗泵切至自循环。向临时化学清洗箱中加入柠檬酸,进行漂洗液的配制,配制完成后将漂洗液加入系统,浓度控制为0.2%~0.5%,pH值调整至3.5~4.0,控制温度为50~70C,漂洗时间为2~4h。

(9)钝化。向临时化学清洗箱中加入氨水,调节系统溶液的pH值为9.5~10.0,同时向系统加入双氧水,控制温度为45~55℃,钝化时间为4~6h。

(10)钝化后水冲洗。钝化结束后,通过顶排方式对系统进行冲洗,同时向水箱中加入氨水,控制泵出口pH值大于10.0,直至排水总铁小于5mg/L。水冲洗时,应对阀门、仪表进行清洗,防止遗留酸液腐蚀设备。

(11)系统排放。清洗过程中的废液排至五号工业废水池,集中加药处理。

(12)清洗废液处理。将浓酸液和冲洗液分开存放,浓酸液加药中和后委托有专业资质的废液处理厂家处理,冲洗液处理后在厂内回收再利用。

3化学清洗质量标准和监视管设置要求

3.1化学清洗质量标准

化学清洗质量标准按照电力行业标准《火力发电厂锅炉化学清洗导则》(DL/T794一2012)第9章所规定的要求执行,标准要求如下:

(1)被清洗的金属表面清洁,基本上无残留氧化物和焊渣,无明显金属粗晶析出的过洗现象,不应出现镀铜现象。

(2)腐蚀指示片的平均腐蚀速度小于8g/(m2·h)为合格,腐蚀总量小于80g/m2,除垢率大于90%。

(3)清洗后表面形成良好的钝化膜,不应出现二次锈蚀和点蚀。

(4)固定设备上的阀门、仪表等不应受到损伤。

3.2监视管的设置要求

水冷壁监视管设置在燃烧器上部热负荷较大的区域(如燃尽风区域),割取长度约l.2m的水冷壁管,用4个小32的90°弯头做两个s型弯头,引到炉墙外,在两个新接口上各加装一个DN25、PN25阀门,两个阀门中间加一长度400mm的水冷壁管段,作为清洗过程中的监视管。酸洗结束后再焊接恢复水冷壁管,另外在侧墙延伸水冷壁加装同样的水冷壁监视管。省煤器监视管设置在省煤器水平段,割取长度约l.2m的管段,用4个小40的90°弯头做两个s型弯头,在两个新接口上各加装一个DN40、PN25阀门,两个阀门中间加一长度400mm的省煤器管段,作为清洗过程中的监视管。酸洗结束后焊接恢复省煤器管。水冷壁管、省煤器管、手孔、堵板及连通管等高温高压管道在焊接恢复时,应严格执行焊接工艺,进行热处理及探伤。水冷壁下联箱、中间联箱和混合联箱在化学清洗结束后,应进行内窥镜检查,在检查管道内表面酸洗效果的同时,查看联箱内部是否有沉积物,防止沉积物随汽水介质流动时堵塞在管道弯头或节流孔处,造成超温爆管。

4化学清洗过程监督项目和要求

化学清洗过程中监督项目和要求如表1所示。

安庆电厂2×1000Mw机组的#4机组化学清洗加酸总浓度约4.30%,最终剩余酸浓度2.17%,酸洗过程总铁含量最大值为10556mg/L。《火力发电厂锅炉化学清洗导则》(DL/T794一2012)规定腐蚀指示片的平均腐蚀速度小于8g/(m2·h),腐蚀总量小于80g/m2为合格,实际测定结果平均腐蚀速度小于0.6g/(m2·h),腐蚀总量小于l9.58g/m2,远低于导则监督控制标准,说明现场化学清洗过程参数控制较好。

5化学清洗静态试验效果

化学清洗后,水冷壁和省煤器管道内表面的沉积物已清洗干净,露出崭新的金属基体,并形成了完整的钝化膜。螺旋段水冷壁除垢率为99.2%,延伸段水冷壁除垢率为99.2%,省煤器除垢率达98.71%以上,平均腐蚀总量为28.78g/m2,平均腐蚀速率为1.11g/(m2·h)。清洗后检查各集箱,无明显沉渣。对本次化学清洗效果进行了垢量分析,如表2所示。对受热面管道在化学清洗前后进行了效果图对比,如图1所示。

6化学清洗后机组经济性分析

20l8年4月,安庆电厂首先对#4机组锅炉进行了化学清洗。本次酸洗前对省煤器及水冷壁割管取样,进行垢量测定,省煤器进、出口垢量分别为1006.5g/m2和248.7g/m2,水冷最大垢量为186.8g/m2。酸洗前省煤器到水冷壁出口压差是1.82MPa,洗后是1.21MPa,降低阻力0.61MPa。清洗后汽泵给水压力降低了1MPa,转速降低了90r/min。按机组额定工况为例进行分析,可使机组小机进汽量减少3.49t/h,机组热耗率降低6.3kJ/kwh,发电煤耗降低0.23g/kwh,折合全年节省标煤约1150t,节煤收益约93万元。

7结语

通过对安庆电厂2×1000Mw超超临界机组锅炉化学清洗经验的总结,发现锅炉两侧墙延伸水冷壁管道介质循环动力严重不足,化学清洗过程中,酸洗液温度长时间得不到升高。为保证化学清洗效果,现场临时增设了旁路管(管径小298.5×45mm),约lm管段,加装DNl50mm阀门,用来调节延伸水冷壁介质流量,促进介质循环动力。水冷壁及省煤器管样割取及恢复时应严格遵守相关焊接工艺,按要求填放水溶纸,水溶纸应保证材质合格并折成"漏斗形"使用,以防堵管情况发生。酸洗后大流量水冲洗应多次反复进行,彻底将联箱和受热面管弯头处和节流孔处的沉积物冲洗干净,最好是对联箱进行内窥镜检查,以免发生管道超温爆管。酸洗废液的处理也应该受到重视,经过化学中和处理后,需委托有专业资质的废液处理厂家处理并做到过程跟踪监督,防止发生环保事件。

另外要注意的是,目前亚临界和超临界机组的受热面多采用不锈钢材质,酸液中的一价阳离子H2会对金属材料产生腐蚀、晶界破坏作用,尤其对奥氏体不锈钢影响最大,容易造成氢脆破坏。特别是对吸氢敏感的钛合金管,如果清洗剂使用不当,就会产生金属材质实效问题。例如,目前国内已经订货的超超临界锅炉水冷壁的材料有12CrlMoV、15CrMoG、T23、T24等,T24(7CrMoVTiB10-10)材料中含有金属元素钛,所以清洗介质的选择尤需慎重。