锅炉化学清洗方法_图文

2019-03-11 19:03:00 zixun
电力工业中的清洗 点击数: 【字体:小 大】 【收藏】 一、锅炉及其污垢 1.锅炉 锅炉是火力发电站最基本的设备之一, 电力正是通过锅炉产生的蒸汽推动汽轮机组和发 电机而产生的。 锅炉设备原理图见图 28-1。 图 28-1 锅炉设备原理图 1 一喷燃器;2 一炉膛;3 一冷灰斗;4 一灰渣斗;5 一水冷壁;6 一防渣管;7 一过热 器;8 一省煤器;9 一空气预热器;10 一汽鼓;11 一下降管;12 一联箱;13 一除尘器;14 一引风机;15 一送风机 锅炉按其功能分为采暖锅炉、工业锅炉和发电锅炉:按其使用压力分为低压锅炉、中压 锅炉、次高压锅炉、高压锅炉、超高压锅炉、亚临界参数锅炉和超临界参数锅炉;按工作介 质的循环方式分为自然循环锅炉、强制循环锅炉和直流锅炉。按燃料分为燃煤、燃气、燃油 锅炉。 采暖锅炉都是低压锅炉,按采暖方式又分为蒸汽供热锅炉和热水锅炉。低压蒸汽锅炉均 为自然循环锅炉, 它利用锅炉水与补给水的密度大于带有蒸汽的锅炉水(常称为水汽混合物) 密度的原理而循环,以带走燃烧产生的热量。 轻工业供汽用的工业锅炉多为低压锅炉,大型工矿企业的供气工业锅炉多用中压锅炉、 次高压锅炉或高压锅炉,后者常同时用于发电这类锅炉也是自然循环锅炉。 发电锅炉也称电站锅炉, 除少量与电网不连接的地方电厂仍使用中压锅炉外, 基本都是 高压、超高压锅炉、亚临界参数锅炉和超临界参数锅炉。高压、超高压锅炉基本都是自然循 环锅炉,亚临界参数锅炉有自然循环方式也有强制循环方式、直流方式。超临界参数锅炉都 是直流锅炉, 直流锅炉的最大特点是去掉了循环锅炉所必需的汽鼓, 它使补给水直接受热汽 化并成为过热蒸汽。 常见蒸汽锅炉的、容量及配套机理列于表 28—1。 表 28-1 常见蒸汽锅炉的参数、容量及配套机组 低 压 压 中 次 高压 压 高 超 高压 亚 临界 超临 界 锅炉参数 压力/ 饱和蒸汽 MPa 温度/℃ 压力/ 过热蒸汽 MPa ≤2.35 ≤225 ≤2.2 3.9 250 3.5 7.8 294 7.4 9.8~10.8 310~316 9.0 15.7 343 13.8 17.8 356 16.3 ≥25.0 374.2 ≥23.0 温度/℃ 蒸发量/t/h 配套机组/MW ≤350 ≤35 6 450 65~130 12~25 480 510~535 520~540 530~550 530~550 1050~ 120~250 220~430 410~670 850~2050 3000 25~50 50~100 125~200 250~600 300~600 2.锅炉产生污垢的原因[page] 锅炉上的结污垢主要来自水中杂质, 锅炉用水中含有的悬浮物质、 胶体物质在受热过程 中会沉积在受热表面成垢,其中悬浮物的粒径在]t2m 上下,长时间静置即可因重力而自然 分离并沉积成垢, 胶体物质的粒径在 0.1gm 上下, 如水合二氧化硅和腐殖酸它们不会从水中 自然分离,但在锅炉中受热时可吸附到锅炉内、表面而成垢。水中含有的各种钙、镁盐其中 以幌(HCO3)2、Mg(HCO3)2 形式存在的,在锅炉中受热会分解成难溶的 CaCO3、Mg(OH)2 沉积成 垢,而以 CaSO4、CaSiO3、Ca3(PO4)2 形式存在的微溶盐在受热浓缩过程中也会沉积成垢。水 中含有的 CO2、 2 以及酸碱等物质可使锅炉材料中的钠铁或铜受到腐蚀 i 而产生铁的氧化物、 O 铜的氧化物和碳酸盐。因此锅炉中的污垢主要是永垢和腐蚀产物。 由于锅炉的形式不同,操作条件不同,各地水质不同所形成的垢组成也不同、,通常锅 炉水垢,尤其是高压锅·炉中的水垢主要是钙、镁的硫酸盐和硅酸盐以及铁垢,它们在高温 下形成坚硬致密的复合盐。而换热器的垢多为钙镁的碳酸盐、硫酸盐、铁垢和硅垢,而且呈 多孑 L 疏松状态。因此锅炉清除污垢比一般换热器难得多,工艺也复杂。 表 28—2 列出不同种类锅炉中垢的组成。表 28—3 列出普通锅炉管道中水垢成分。 表 28-2 锅炉类 型 垢的成分 Fe2O3+Al2O3 CuO SiO2 CaO 不同种类锅炉中垢的组成/% 火力 发电锅炉 一般工 业锅炉 型 垢的成分 锅炉类 火力发 电锅炉 一般工 业锅炉 62.2 20.3 0.9 0.8 92.62 微量 1.48 2.30 MgO P2O5 SO3 灼烧减量 1.2 2.1 3.0 9.4 0.05 _ _ 1.03 表 28-3 普通锅炉管道中水垢成分/% 水垢形成部位 靠近炉壁一侧 靠近火焰一侧 成分 0.40 9.00 10.17 10.23 1.96 2.70 0.96 23.38 靠近炉壁一侧 3.70 20.20 0.52 20.92 水垢形成部位 靠近火焰一 成分 碳 二氧化硅 三氧化二铁 三氧亚铁 侧 0.24 16.38 11.58 6.20 氧化镁 铜 氧化钠 磷酸盐 三氧化二铝 氧化钙 1.65 18.70 0.75 16.25 硫酸盐 氧化锌 6.30 8.50 3.95 — 3.锅炉结垢的危害 [page] 第一篇中已介绍过水垢的危害具体表现为增加燃料消耗, 降低传热效率, 引起设备腐蚀 I 损坏设备等。如结垢影响传热每结 1mm 厚的水垢,工业锅炉的传热效率即降低 5%以上,造 成大量燃料的浪费, 结垢引起金属传热面超温而失效。 每种金属材料都有一个最高允许使用] 温度,如碳钢为 490℃,而结水垢后传热效率下降要使锅炉内的水达到同样的温度,结垢的 金属表面温度要比清洁的金属表面高得多, 从而加速金属材料的破坏, 造成金属材料强度下 降 I 锅炉使用寿命缩短。 而垢层下的锅炉水可被浓缩上万倍, 其中含有的化学物质浓度急剧 加妃这种局部浓缩作用是造成钢铁等材料腐蚀的重要原因, 腐蚀产生的铁的氧化物与水垢? 样影 1 响传热。 而钢铁传热使温度上升反过来又加速了金属的腐蚀。 结垢还会造成管道折弯 处的堵 1 塞,使液体流动不畅并降低设备的生产能力。因此要努力减少锅炉的结垢,积垢达 一定厚度则要及时清洗, 一般情况下压力为 17.65MPa(180kgf/cm )的大型锅炉 2~3 年要清 洗一次, 压力为 12.75~14.71MPa(130~150kgf/em )的中型锅炉要 3—5 年清洗一次, 压力 为 98MPa (100kgf/cm )左右的小型锅炉也应 4~6 年清洗一次。 二、常用锅炉清洗药剂 1.碱洗剂 清洗锅炉使用的碱主要是磷酸三钠, 有时也配合加入适量的氢氧化钠和碳酸钠, 但碱性 一般不应太强,为增加除油效果适当加入低泡型表面活性剂润湿剂如 OP—15(烷基酚聚氧乙 烯醚)。 碱处理的作用在第八章已详细介绍,在此再简述一下。碱洗有三个作用。 (1)除去污垢中的油脂性憎水物质。新安装锅炉在制造和保管过程中带进的油脂,要在 使用前用碱液清洗,这种工艺叫碱煮炉,利用碱对油脂的皂化作用把.它清除掉。 (2)使污垢中难溶于酸的硫酸钙、硅酸钙转化为能溶于酸的物质,以便在后续的酸洗过 程中被清除。 (3)使垢变得疏松易被清除。 在碱处理过程中污垢发生化学转化, 由坚硬牢固的致密状: 态转化为疏松易被润湿状态,从而易被除去。 但碱洗并不是每台锅炉清洗时必须采取的步骤, 如果锅炉污垢易被酸溶解, 表面润湿状 态也好不进行碱洗直接酸洗也是可以的。 但对含有坚硬铁垢或含硅垢, 碱洗往往是不可缺少 的。 2.酸洗剂 酸洗是清除锅炉锈垢和水垢的关键步骤是整个清洗工艺的核心。使用的酸洗剂包括盐 酸、硝酸、氢氟酸等无机酸和氨基磺酸、柠檬酸、乙酸、甲酸、羟基乙酸等有机酸,这些酸 的性能特点在第八章中已详细介绍,在此只做一简单的叙述。 (1)盐酸 是清洗锅炉最常用的酸,与其他酸洗剂相比它有几个突出的优点。溶垢能力 强每 lkg 5%盐酸能溶解铁垢(Fe304)39.6g,是每 lkg 3%柠檬酸铵的 5 倍,是每 1kg 3%磷酸 2 2 2 的 40 倍。1L 5%盐酸能溶解碳酸钙水垢 70g,也是其他无机酸达不到的。而且反应生成的盐 都易溶于水, 不存在生成难溶性盐影响清洗效果的问题。 盐酸工业来源十分广泛而且价格便 宜,具有经济实用的特点。使用盐酸有安全可靠工艺简单的特点,除了对金属有一定腐蚀性 外并无其他危害, 产生的废液只需中和酸度便于处理不会造成环境污染。 所以盐酸常作为锅 炉酸洗的首选药剂, 盐酸的缺点是会使不锈钢材料的设备发生小孔腐蚀, 因此不适合用于清 洗不锈钢基质的锅炉。 [page] (2)硝酸 是一种很好的酸洗剂, 硝酸盐均易溶于水而且硝酸对钢铁有钝化作用, 对不: 锈钢无腐蚀致脆作用,所以在不宜使用盐酸的场合时常用它做酸溶除垢剂。 (3)氨基磺酸 是较稳定的固体, 所以有贮存运输使用方便的优点。 氨基磺酸易溶于水, 组成中含有氨基对钢铁有一定缓蚀作用, 因此对金属的腐蚀性比盐酸刀、 耐蚀能力弱的材料 可用氨基磺酸代替盐酸清洗。一种锅炉酸洗剂的配方示于表 28—4。 表 28-4 一种锅炉酸洗剂的配方 成分/%(质量) 原料名称 氨基磺酸 缓蚀剂 烷基醇酰胺 (非离子表面活性剂) 95.8 3.8 0.4 注:烷基醇酰胺有防止锅炉炉体被腐蚀的作用以及润湿作用。 (4)醋酸 醋酸是一种弱有机酸, 适合用于已有严重腐蚀尤其已有晶间腐蚀的设备清洗, 醋酸盐均易溶于水,不会因生成难溶盐而影响清洗。 (5)羟基乙酸(又称羟基醋酸、乙醇酸) 羟基乙酸是良好的有机弱酸溶垢剂,组成中含 有羟基使它的酸性及清洗力比醋酸强, 且无产生脆性腐蚀的倾向, 用它对已有严重晶间腐蚀 的亚临界参数锅炉更换有腐蚀的水冷壁管后进行清洗可制止晶间腐蚀的发展。 晶间腐蚀是金 属局部腐蚀的一种, 是沿着金属晶粒间的分界面向内部扩展的一种腐蚀。 主要是由于晶粒表 面与内部间化学成分的差异以及晶界杂质或内应力的存在造成的。 晶间腐蚀破坏晶粒间的结 合, 大大降低金属的机械强度而且往往金属表面仍是完好的, 但已不能承受敲击所以是一种 危害很大的腐蚀。 清除水垢用的其他酸的性能特点在第八章已有介绍。 3.络台剂 大容量电站锅炉的污垢主要是铁的氧化物, 这些铁氧化物既有随水带人锅炉的, 也有锅 炉运转中自身腐蚀产生的,这类污垢适合用络合剂清除,常用的络合剂有些是酸如柠檬酸、 氢氟酸有些是有机酸的盐如二乙胺四乙酸钠盐(EDTA),它们都含有络合能力很强的阴离子。 [page] (1)柠檬酸 柠檬酸是一种无毒、易溶于水、易生物降解的有机酸。常用于清洗不锈钢 材质的锅炉过热器和再热器管。 由于铁的氧化物被柠檬酸络合溶解, 不会有成片剥落造成弯 头部位卡塞的危险。通常用 3%?6%的柠檬酸加氨水调节 pH=3.5~4 形成柠檬酸单铵 (NH4H2C6H5O7)。柠檬酸单铵在 90℃以上与铁的氧化物反应生成易溶于水的螯合物,使铁锈溶 解。 (2)氢氟酸 氢氟酸溶解铁氧化物的能力远高于盐酸,在常温和较低浓度下即能快速清 除铁的氧化物。 目前氢氟酸特别应用于直流锅炉的开路清洗中。 氢氟酸对硅垢也有很强的络 合清洗能力。新安装锅炉内表面的积垢主要是氧化皮、浮锈和灰尘,化学成分为铁的氧化物 和 i 氧化硅,因此适合用氢氟酸清洗,尤其是直流锅炉的管径小,可用氢氟酸以较高流速流 过的方法除去表面上的铁氧化物和二氧化硅, 由于氢氟酸对铁氧化物的溶解速度比盐酸和柠 檬酸快几十倍至几百倍。 因此在用盐酸和柠檬酸清洗时, 常加入少量氟化物或氢氟酸做助溶 剂, 以提高酸洗液对铁的氧化物和硅垢的溶解速度。 通常加入的氟化物有氟化铵或氟化氢铵。 (3)EDTA 的二钠盐或二铵盐 通常 EDTA 为乙二胺四乙酸的缩写,但它的二铵盐或二钠 盐同样也简称 EDTA, 在使用时应弄清它的具体成分, 乙二胺四乙酸结构式很复杂通常用 H4Y 的简式代表,式中 Y 是乙二胺四乙酸根,它可以与多种金属离子形成五个五元环组成的整 合物,在配合物中 Y 的配合数是六(形式六个配位键),通常与金属离子以 1:1 方或结合。 如 Ca +Y =CaY 2+ 4243+ 43+ 3+ 2+ 4- Fe +Y =FeY EDTA=钠盐分子用 Na2H2Y 表示,与 Fe 离子的络合反应表示为:Fe +H2Y =FeY +2H 4- 乙二胺四乙酸在 ph<1 的酸性介质中以难溶于水的 H4Y 状态存在,电离产生的 Y 离子很 少,所以通常不在 pH<1 的酸性介质中进行络合清洗在 pH=5 时,主要以可溶于水妁 Na2H2Y 形式存在,电离产生的离子 Y 数量增加,可与 F 、Ca 、Mg 、Cu 、Zn 等离子发生络合反 应。所以通常在 pH=5~5.5 左右介质中进行络合清洗,当 pH 值在 10 以上暗溶液中主要以 Y 离子状态存在,络合能力大大增强,但此时 Fe 、Al 等离子会与水中微量的 OH—离子结 合形成氢氧化物沉淀而影响络合,所以通常使用 EDTA 清洗时 pH 值不应超过 8.5。加热条件 下螯合清洗除垢作用增强, 150℃以上 EDTA 有分解趋势, 但 所以通常控制在 135℃以下进行 清洗。 国外常利用周末锅炉停止使用的机会用:EDTA 的二钠盐或二铵盐清洗锅炉称为甩末清 洗。 EDTA 螯合物的 lgK~,值列于表 28—5。 表 28-5 离子 Li + + 43+ 3+ 42+ 2+ 2+ 2+ 2+ EDTA 螯合物的 1gX 毡(J=0.1,20~25℃) 离子 Pr 3+ 3+ 3+ 3+ lgK 稳 2.79 1.66 9.3 8.7 10.69 8.73 7.86 23.1 lgK 稳 16.40 16.6 16.75 17.14 17.35 17.37 17.67 18.30 离子 Yb Lu Ti 3+ lgK 稳 19.57 19.83 21.3 17.3 29.5 19.1 18.8 18.1 离子 Fe Fe 2+ 3+ 2+ 3+ lgK 稳 14.32 25.1 16.31 36 18.62 18.5 18.80 7.32 离子 Al 3+ 3+ lgK 稳 16.3 20.3 25.0 37.8 22.11 18.04 27.94 23.2 Na Be Nd 3+ Ga In Tl 2+ 2+ Pm Sm Eu 3+ 2+ 2+ 2+ Co Co Ni 3+ Mg Ca Sr TiO 3+ 2+ 2+ 2+ 3+ 3+ ZrO 2+ 2+ 2+ + Sn Pb Bi 2+ 2+ Gd Tb HfO Vo Pd Ba Sc 3+ 3+ 2+ Cu 3+ 4+ 3+ Dy + Vo 2 Ag Th Y 3+ 3+ 3+ 18.09 15.50 15.98 Ho Er 3+ 18.74 18.85 19.07 Cr MoO Mn 3+ 23.4 28 13.87 Zn 2+ 2+ 2+ 16.50 16.46 21.7 U(Ⅳ) 25.8 La 3+ 3+ Cd Hg Ce Tm 2+ [page] K 稳是金属离子与络合剂反应达动态平衡时的平衡常数,如 Fe 离子与 EDTA 发生络合反 应 (CFe 、CY 、CFeY 3+ 43+ 分别表示达到平衡状态时 Fe 、Y 、FeY 离子的浓度),K 稳值越 - 3+ 4- - 大说明,EDTA 与这种金属离子形成的螯合物越稳定。有时用 K 稳的 lgK 稳,表示,同样 lgK 稳 值越大,说明 EDTA 对这种金属离子的螯合能力越强,形成的螯合物越稳定。 表 28—6 中列有氢氧化物沉淀和溶解时所需 pH 值, Fe(OH)3 是一种在水中溶解度很小时 化合物,当水中 Fe 离子浓度为 1mol/L 时,pH 值为 1.5 即会产生沉淀,Fe 离子浓度为: 0.01mol/L 时,pH 值为 2.3 即会出现沉淀,沉淀完全的含意为形成沉淀后残留在水中的金 属离子浓度在 10 mol/L 以下。 即当 Fe 离子浓度为 10 mol/L 时在 pH 值为 4.1 以上时会现 Fe(OH)3 沉淀,在用 EDTA 络合除锈时要控制 pH 值在 4 以下就是为防止 Fe 离子生成难溶的 Fe(OH)3 而影响络合反应进行。而溶液中 Cu 离子浓度为 1mol/L 时 pH=5 以上才会形成 Cu(OH)2 沉淀,因此可以在 pH 值较高条件下对 Cu 离子进行螯合而又会受生成 Cu(OH)2 沉淀 的干扰。 表 28-6 某些氢氧化物沉淀和溶解时所需妁 pH 值 pH 值 开始沉淀 氢氧化物 原始浓 原始浓度 度 (0.01mol/L) (1mol/L) Sn(OH)4 TiO(OH)2 Tl(Oh)3 Ce(OH)4 Sn(OH)2 ZrO(OH)2 Fe(OH)3 HgO In(OH)3 Ga(OH)3 * 2+ 2+ 3+ -5 3+ -5 3+ 3+ pH 值 开始沉淀 沉淀 氢氧化物 沉淀 原始浓 原始浓度 度 (0.01mol/L) (1mol/L) >14 Zn(OH)2 Ce(OH)3 Fe(OH)2 * * 沉 淀 沉淀开 完全 完 始溶解 溶解 全 1.0 13 2.0 1.6 1.2 4.7 10 3.8 4.1 5.0 14 9.7 13.5 沉淀 沉淀开 完全 完全 始溶解 溶解 0 0 0.5 0.5 0.6 0.8 5.4 6.4 7.1~7.4 7.5 8.0 10.5 12~ 13 9.7 9.2 9.5 9.7 11.2 8.7 13.5 14 Co(OH)2 Ni(OH)2 6.5 6.6 6.7 7.2 6.2 7.6 7.7 8.2 8.2 7.2 8.8 0.9 1.3 1.5 1.3 2.1 2.3 2.3 2.4 3.4 3.5 4 4.0 4.5 Cd(OH)2 Ag2O * * Pb(OH)2 Mn(OH)2 10 13 10.4 14 12.4 ~9.5 ~0 7.5 ~14 Mg(OH)2 稀土 WO3· 2O nH SiO2· 2O nH 7.8 9.4 10.4 6.8~8.5 ~0 <0 <0 Bi(OH)3 Al(OH)3 Th(OH)4 Cr(OH)3 3.3 ~8 4.9 5.2 7.8 10.8 Nb2O5· 2O nH * Cu(OH)2 TaO5· 2O nH PbO2· 2O nH 4.0 5.0 5.2 6.2 8.8 6.8 12 >14 <0 <0 ~14 12 Be(OH)2 *析出氢氧化物沉淀之前,先形成碱式盐沉淀。 4.钝化剂 经酸洗除垢后的金属表面变得活泼, 需要在表面形成一层钝化膜加以保护。 因此锅炉在 清洗之后投入运行之前需要进行钝化处理。 最适用的锅炉钝化剂是亚硝酸钠, 但亚硝酸钠大 量排放到水中会造成污染环境, 所以在人口稠密地区的锅炉, 不宜选用亚硝酸钠而宁可选用 钝化效果稍差的磷酸盐钝化剂。 用亚硝酸钠钝化处理的工艺为: [page] 1%~2%NaNO2,用 NaOH 或氨水调节 pH=10~12,在 55~65℃温度下,以 0.1~0.3m/s 流速循环处理 4~6h。 用磷酸盐做钝化剂的处理工艺为: 2%~3% NaaPO4·2H2O,用 NaOH 调节 pH=12,在温度 70~80℃,流速为 0.1~ 0.3m/s 循环处理式浸泡处理 6~10h。由于磷酸盐与钢铁形成铁的磷酸盐膜,这种膜在空气中有良 好的防锈作用。 其他用于锅炉的钝化剂还有碳酸钠、联氨、双氧水等。大容量锅炉尤其是超临界锅炉 必 .须采用挥发性药剂钝化。所以采用碱性处理钝化时使用易挥发的联氨并用氨水调节 pH 值。如果在中性介质钝化则采用双氧水做氧化钝化剂。氧化形成的钝化膜与永久氧化膜 成分相同,在锅炉运转中可转换成永久钝化膜。关于钝化机理在第八章已作介绍。 三、锅炉清洗工程中的系统设计 锅炉清洗时清洗液在锅炉中的运动规律与锅炉正常运行时水、汽的运动规律是不伺的。 对稍大的锅炉(有过热器)需要清洗的部位一般是水的加热段而不是锅炉系统的全部, 因此在 清洗时要对锅炉系统进行适当的改造,为了把锅炉需清洗部位与清洗设备联结起来需要建 立相应的临时管线,并对锅炉系统进行改造。 1.锅炉本体系统的改造 锅炉本体改造的目的:一是把锅炉需清洗的部位从整个锅炉系统中“孤立”出来,使被 清洗的部位与临时管线形成回路,清洗液进入被清洗部位;而又会进入其他不清洗部位,二 是根据清洗的要求把组成的清洗系统变成无死角、无偏流、无短路的正常清洗系统。 对小型锅炉一般把锅炉的给水系统与蒸汽(或热水)的出口断开, 即可把清洗部位 “孤立” 出来,锅炉本体不需做任何变动。清洗剂的进口应设在锅炉的最低位置,出口应在锅炉的最 高位置,进出口不应在锅炉的同一侧,而应处于对角线的相对位置,这样使锅炉清洗时能全 部装满清洗液,不留空气和水的死角,排放时能干净彻底不留残液。考虑到锅炉的安全和工 作方便原则上不要重新安装进出口, 而应尽量利用锅炉原有的通道。 一般利用锅炉的排污口 或给水阀门做清洗液的进液口和排污口,出口则利用安全阀或蒸汽出口的位置进行改装。 而结构复杂的锅炉,改造任务要繁重得多。首先把汽包内的分离装置拆除,将汽包内所 有能进入过热器的通道全部堵死, 使清洗液不能进入过热器部位, 然后利用炉外临时管线将 锅炉清洗管道(一般为水冷壁管)分成若干个循环清洗回路。 清洗回路的分组应使每一个回路 内具有相近的流通截面及水力特性,以保证回路流速相同。锅炉回路分组不宜过多,一般为 2~4 组。每组过多使临时管线变得十分复杂操作不方便。通过调整阀门使各组都能实现正、 逆向循环,当某一回路中清洗液循环时,其余回路能处于静止浸泡状态。也可以调整阀门在 整个清洗系统实现大循环。图 28—2 蒸发量 75t/h 汽包炉二回路清洗系统设计图 蒸发量 75t/h 汽包炉二回路清洗系统设计图见图 28—2。 设计回路时,用于计算和调整流速的公式如下: (1)清洗回路流通截面积 F 2 式中 F——回路流通截面积,m ;[page] n——回路中平行管的根数; D——回路中每一根管子的内径,mm; π一圆周率 3.1416; (2)清洗回路的流速 V 式中 V——清洗回路中清洗液的流速:m/s; Q——酸洗循环泵的最大流量,m3/h; F——清洗回路流通的截面积,m2。 (3)进、出口母管的内径 D 式中 D 母——进、出口母管的内径,m; Q——酸洗循环泵最大流量,m3/h; V—— 进、出口母管允许的流速,m/s。(取 4~6m/s 为宜) 2.临时管线的设计 临时管线是把锅炉被清洗系统与贮酸箱、酸泵等清洗设备连接起来组成完整的清洗回路 所临时安装的管线。设计临时管线应根据清洗要求、酸洗设备情况、锅炉房布置和周围环境 决定。 必须保证所有工艺操作(如进液、 排液、 工序间转换、 水冲洗)都能按规定方便地进行。 图 28—3 和图 28—4 分别为小型锅炉和大中型锅炉的清洗工程炉外临时管线设计原理 图。 图中只表明各部件间关系及管线的连接方式厂溶液走向。而具体部件的规格、位置及管 线的长短弯直要根据锅炉的实际情况确定。图 28—3 小型锅炉清洗工程炉外临时管线设。 计原理图[page] 图 28-4 大中型锅炉清洗工程炉外临时管线设计原理图 四、锅炉清洗工程的实施 1.锅炉化学清洗一般步骤 一般锅炉清洗步骤为预洗一碱洗一水洗一酸洗一水洗一钝化。在碱洗之前一般做一次预 洗。 (1)预洗 把锅,炉清洗系统和临时管线全部装满自来水,如果清洗系统比较脏,可适当 提高水流速进行冲洗。冲洗后保持满水位,然后炉膛点火把炉内水加热到预定温度,加热过 程中始终保持水在清洗系统中循环。如在其他锅。炉可供给清洗系统足够的蒸汽量时,可用 蒸汽加热临时管线中的水箱, 通过水循环使炉内升温。 这种加热方式需时间较长但安全可靠。 (2)碱洗 在水不断循环过程中, 把预先计算好数量的碱洗药剂分批加入到临时系统的水 箱中。当碱洗药剂浓度和 pH 值达到预定指标后停止加药并继续保持水循环 6~8h 进行碱 洗。 (3)水洗 碱洗结束后把碱液排放干净, 再用清水冲洗, 以尽可能高的速度冲洗至出水口 溶液 pH 值小于 9。然后将排水口关闭,加水至清洗系统满水位,并用前述相同方法把水加 热至预定温度。 (4)酸洗 达到预定温度后停止加热,继续保持清洗系统内的水不断循环。然后加入缓, 蚀剂缓蚀剂应一次加入,并保证整个清洗系统中能保持足够的浓度,缓蚀剂加入量计算公: 式为: W=V×A%×102 (28-3) 式中 W——缓蚀剂用量,kg; V——整个系统中酸液的体积,m3; A%——预定缓蚀剂浓度,%。 然后加入浓酸, 加酸速度应缓慢。 特别是以碳酸盐水垢为主的锅炉加酸后会有大量二氧化碳, 气体逸出, 加酸速度更不能太快。 加酸后定时从清洗系统的出水口取样分析酸的浓度和铁离 子的浓度,一般隔 5~10min 取样分析一次,当出口处酸的浓度稳定在 4%以上时,停止 加酸并继续循环清洗或浸泡清洗数小时,并每隔 20~30min 取样一次。当发现酸浓度降低 时应及时补充酸。判断酸洗终点是通过分析酸的浓度,Fe2+、Fe3+离子浓度以及看是否还 有二氧化碳气泡产生。当酸的浓度在 2~3h、内稳定不变 Fe2+离子浓度上升到一定值后保 持稳定、而 Fe3+离子浓度已越过最高浓度的峰值并开始下降,并且无二氧化碳产生,即认 为酸洗接近完成,再适当延长一段时间即可结束酸洗。[page] 更直接而且比较可靠的判断酸洗终点的方法是通过监视管观察被清洗的程度。如果能保 证监视管上的垢与锅炉上的垢成分一致, 并且清洗条件基本一致, 那么监视管如果被清洗干 净可认为锅炉也被清洗干净。 (5)水洗 酸洗结束后,将酸洗液以最快速度排放, 并且用尽可能高的流速用水冲洗清洗 系统,在尽可能短的时间内使水的 pH 值达到 4—5。 (6)钝化 水洗结束后,把整个锅炉清洗系统冲满水,然后用前述相同方法使锅炉中的水 升温,同时按公式计算量一次加入钝化剂并保持不断循环,升温到预计温度后停止加热,并 取样分析钝化液中碱的浓度,调整 pH=10~11,循环式浸泡 10~12h 进行钝化处理。钝 化结束后把钝化液排出,并用水冲洗至 pH=8~9。完成清洗过程。 对于采暖低压热水锅炉和小容量低压蒸汽锅炉一般预洗和碱洗可省略可直接进行酸洗。 酸洗采用浸泡还是循环方式应根据实际情况确定。如清除碳酸盐垢可用静态浸泡方式清洗, 因为酸溶解碳酸盐垢时产生的二氧化碳有鼓泡搅动酸液和使垢崩解的作用。 而水垢成分中磷 酸盐式铁氧化物含量较多时,溶垢速度较慢又缺乏二氧化碳的鼓泡搅动和使垢松动崩解作 用,此时可采用氮气鼓泡静态清洗工艺,即在酸洗除垢前将氮气瓶连接到各底部排污管上。 酸洗时利用氮气泡的鼓泡搅动作用加速垢的溶解、采用循环清洗除垢效率要比浸泡清洗高, 但安装循环清洗系统管线工作量大, 需用管通阀门多因此成本高。 当清洗以铁的氧化物为主 的水垢即使用氮气鼓泡方式清洗, 也难取得预期效果时应采用循环清洗。 研究表明采用低速 循环清洗较实惠,用 0.05~0.15m/s 舶流速进行循环清洗已能达到对酸液的更替搅动作 用和对垢的冲刷冲击作用, 再提高清洗液的流速对提高除垢率的作用并不显著, 但清洗成本 却大幅度提高。 表 28—7 列举了锅炉清洗工艺。 表 28-7 锅炉清洗工艺 工艺步骤 预(水)洗 主要任务 冲法脏物 除油、松动垢层、清 碱洗 除垢层中部分溶物质 水冲洗 清除碱液使 pH=8~9 0.5% 清洗液成分 自来水 Na3PO4、0.1% 工艺参数 高流速 80~90℃ 流速 0~0.3m/s,8~ 10h 高流速 40~60℃ 酸洗 清除垢层和锈层 4%~6%盐酸加 0.2~%0.3% 缓蚀剂 水冲洗 清除酸液使 pH=4~5 自来水 0.2~0.5m/s 至垢溶为 止 高流速 温度 70~80℃ 形成金属钝化表面保护内 钝化 部 1%~2% Na3PO4 时间 8~24h 流速 0~0.2m/s pH=10~11 Na2HPO4 0.05%表面活性剂 自来水 2.人工或机械方法清洗锅炉 (1)人工清扫 蒸汽锅炉最早的清理方法是人工清扫,如利用童工或身体瘦小的工人进 入火管锅炉铲刷污垢或用榔头敲打使水垢松动脱落。 目前饮用水锅炉仍采用人为敲打铲除方 式除垢。凝汽器上结的污泥通常用,毛刷逐根捅刷或用压力水枪逐根喷射吹扫。 (㈡机械方法除垢 排管式锅炉可用带金属软管和电动刮刀的除垢器刮除污垢。 应注意的是无论人工除垢还是机械除垢,凡工人进入锅炉都必须保持良好的通风换气, 必须有人监护操作,以保证人身安全。 [page] 3.煮炉清洗 煮炉清洗包括新锅炉的除油钝化和结水垢锅炉酸洗前碱处理两种工艺。 (1)新锅炉的除油钝化 目的是利用较高浓度的碱和在加热条件下将锅炉中的油脂皂 化, 使灰尘等硅酸盐溶解去除同时在金属表面建立磷酸铁和氧化铁钝化膜以提高锅炉的防腐 蚀能力。 具体工艺为:先用自来水对锅炉进行一次预冲洗,通过充水、排水清除脏物。然后把用 软水配成的含 NaOH、Na3PO4 各 2~3g/L 的煮炉溶液,注入锅炉至泡鼓的中间水位,然后点 火升温升压至 0.8MPa,并保持 8~10h。然后从下联箱排污点放水把污水放净后,再补充上 述煮炉溶液至汽鼓中间水位加热升压至 1~1.5MPa 并保持 8~10h。然后把水排尽再补充煮 炉液至汽鼓中间水位加热升压至 2~2.5MPa 并保持 8—10h。经过三期煮炉处理即可达到除 油垢和建立钝化膜的目的。 (2)结垢锅炉的煮炉清垢 要根据垢的具体情况配制不同的碱液进行煮炉清洗。对碳酸 盐垢用 2~3g/L 氢氧化钠、20~30g 几磷酸三钠组成的煮炉液,硅酸盐垢用 10~20g 亿氢 氧化钠和 5~10g 儿磷酸三钠组成的煮炉液,硫酸钙垢用 10~20g/L 碳酸钠、5~10g/L 磷 酸三钠组成的煮炉液(以上用药量均为垢厚为 3mm 时的参考用量,应根据垢厚的具体情况适 当增减)。为提高煮炉效果减少药剂消耗,煮炉前先用压力水冲扫,除去泥渣、腐蚀产物和 软垢水垢。 然后把药液注入锅炉至最高水位和中间水位之间的高度, 点火加热升压至锅炉额 定压力的 50%,保持煮炉 10h,并且每隔 2h 在各下部放水点排污 lmin。完成第一次煮炉后 补充药液至述同样高度并加热升压至锅炉额定压力的 75%,再保持煮炉 10h,仍采用每隔 2h 排污一次的方式。结束煮炉后熄火降压排污,最后再用压力水冲洗锅炉。 另外为了使已有腐蚀的锅炉停止腐蚀转入钝态, 应使用氢氧化钠、 磷酸三钠式碳酸钠作 碱煮液进行碱煮。 4.用络合清洗去除锅炉氧化铁垢 锅炉酸洗最常用的是盐酸,但用柠檬酸、氢氟酸和乙二胺四乙酸二钠盐这些具有络合 能力的酸或盐清洗氧化铁垢都有很好的效果。 因此锅炉清洗中常用这些络合剂清洗新建锅炉 的锈垢和锅炉高温使用中产生的氧化皮。下面对使用络合剂的清洗工艺进行具体介绍。 (1)柠檬酸清洗工艺 柠檬酸清洗成本较高,因此只在清洗奥氏体不锈钢材料或完全是 铁的氧化物垢时才用柠檬酸清洗, 而不作为运转锅炉的常规清洗手段。 实际清洗液使用的是 柠檬酸单铵,因此在柠檬酸溶液中通人氨水控制 pH 值在 3.5 左右。柠檬酸清洗液的配制方 法是,先用除盐水溶解柠檬酸得到清洗所需数量的 2%~6%柠檬酸溶液;另将缓蚀剂二邻甲 苯硫脲用酒精和水调成糊状,然后搅拌溶解加入到柠檬酸溶液中,再加入氨水调节 pH= 3.3~3.5 即可。 由于柠檬酸铁溶解度较低, 因此清洗时温度应尽量保持在 95℃以上, 低于 80℃时会有 柠檬酸铁沉淀产生。 柠檬酸清洗多用于过热器管, 为防止在立式的过热器下弯头积有杂质造 成堵塞,清洗时流速可提高到 0.5~0.8m/s,清洗时间宜控制在 5h 以内,以防清洗过久因 柠撩酸铁局部过饱和而产生沉淀。循环清洗时每隔 15~20min 采样一次,化验 pH 值,Fe 、 Fe 离子和柠檬酸浓度各一次。整个清洗过程保持 pH=3.5,当 Fe 离子浓度保持稳定后停止 3+ 2+ 2+ 清洗。用 90℃以上的除盐水置换出柠檬酸液,并冲洗至 pH 值超过 5。最后用 0.5%亚硝酸钠 在 pH=9 以上温度在 65~70℃进行钝化处理 6h 即完成清洗工艺。 [page] (2)氢氟酸清洗 注意不能用氢氟酸单独清洗含碳酸钙垢的铁锈垢,因为会产生难溶的 氟化钙影响清洗的进行。当锅炉垢中二氧化硅含量超过 15%,用碱处理转化也难以奏效时可 用盐酸加氟化氢铵的方法, 或盐酸中加少量氢氟酸配成的混酸进行清洗。 在柠檬酸清洗时也 可以加入上述药剂助溶,加入的氟化氢铵浓度小于 0.5%、氢氟酸用量在 0.3%~0.5%。 一般水垢中含有少量二氧化硅而以碳酸盐垢和铁锈垢为主时用盐酸即可清除, 因为盐酸 与水垢发生化学反应时,会使少量的二氧化硅成小片残渣状态从水垢中掉下来同时被除去+ 但,当二氧化硅含量大于 10%时,二氧化硅不仅不掉下来反而形成一层薄膜,起到保护碳酸 盐水垢, 阻碍其与盐酸反应的作用, 此时应使用盐酸与氢氟酸的混合溶液去除含硅质较多的 水垢,实际清洗中如果二氧化硅含量在 10%左右,可在盐酸中加入 71%氢氟酸。二氧化硅含 量在 15%时,在盐酸中加入 2%的氢氟酸,当二氧化硅含量大于 20%时,在盐酸清洗液中应加 人 3%的氢氟酸。 具体清洗工艺为:使用 HCl:HF=8:2,总酸浓度为 10%左右的混酸洗液,在 30~40℃ 温度下清洗,并应加入 Lan—5 做缓蚀剂,酸洗后排出废液再用自来水冲洗至中性。或再用 0.5%~2%的氢氧化钠做碱洗钝化处理,温度为 80~90℃,钝化后再用水冲洗干净。 也可以单独使用氢氟酸对新建汽鼓锅炉和直流锅炉进行清洗, 此时一般把锅炉分成凝结 水系统、给水系统、锅炉本体几个系统分别清洗。氢氟酸使用浓度为 1%~1.5%、用泵进行 通过式清洗,清洗液温度在 45~55℃之间,每个系统所用清洗时间少于几,工艺流程为循 环除油润湿清洗——开路氢氟酸除锈清洗十循环钝化处理。 循环除油润湿清洗工序是因为使用氢氟酸清洗处理时间短,为确保清洗效果事先必须对 被清洗设备彻底除油, 以使氢氟酸清洗时能充分与锈层接触。 一般使用除油能力强的表面活 性剂如十二烷基磺酸钠、平平加型脂肪醇聚氧乙烯醚,OP 型烷基酚聚氧乙烯醚等做除油洗 涤剂。 氢氟酸除锈清洗时,在配制氢氟酸溶液时要非常小心,应戴好防护手套、眼镜避免氢氟 酸与皮肤接触。 氢氟酸清洗时要配合使用缓蚀剂, 常用的 SH—416 等商品缓蚀剂主要成分都 是以 2-疏基苯并噻唑为主要成分的,用量在 0.2%左右。 清洗后直流锅炉用联氨和氨进行循环钝化处理, 汽鼓锅炉用亚硝酸钠或磷酸盐进行钝化 处理,处理温度为 85~90C。 (3)乙二胺四乙酸二钠盐清洗 由于 EDTA 钠盐价格昂贵, 清洗成本高。 因此只在必要时 才使用。 如已有严重腐蚀再用盐酸清洗将加重腐蚀的锅炉, 用奥氏体不锈钢新建锅炉进行整 体清洗可用 EDTA 钠盐清洗+而且为降低生产成本使用后应对 EDTA 钠盐回收。 在 EDTA 清洗剂中可加入钝化剂和表面活性剂,以实现除油、清洗、钝化一步完成。这 是其他方法难以做到的。常配合使用的钝化剂有联氨、乌洛托品、2-巯基苯并噻唑等。 用 EDTA 钠盐适合去除高含量的低价铁的氧化物垢。如果垢中铁氧化物含量低于 65%, 则不如改用其他清洗方法效果更好,而垢中如果二氧化硅含量超过 5%,它的清洗效果显著 降低。氧化铁垢中如果铜含量低于 5%可同时被 EDTA 钠盐络合,如含量更高则会发生镀铜现 象(即铜离子被铁还原成单质铜, 在金属表面沉积形成微电池引起铁腐蚀)。 此时应在清洗铁 的氧化物垢之后加人 1%~1.5%的氨水和 0.2%的过硫酸铵除铜,或用 ACP 法通入氧气除 铜。 [page] EDTA 钠盐溶垢速度与温度有关,温度高则除垢速度快,但高于 150℃它会分解,所以一 般控制在 135"C 以下除垢,清洗时控制 pH=5~5.5,当 pH=8.5 时会产生氢氧化铁沉淀, 影响络合反应进行,因此必须控制好洗液 pH 值。 具体工艺过程为:按计算用量用去离子水配制 EDTA=钠盐溶液,用氢氧化钠调节 pH 值 在 5.2 左右,加热到 90℃以上送入锅炉,点火加热锅炉使清洗液温度达 135~140℃,并每 隔 15~20min 采样一次化验 EDTA、Fe 、Fe 离子浓度及 pH 值通常清洗可在 6h 以内完成。 如 EDTA 初始浓度为 6%,3h 以内降至 2.5%以下,或初始浓度为 4%3h 以内降至 1.5%以下, 则应补充 EDTA 钠盐药剂。结束清洗时剩余 EDTA 浓度应小于 1.2%。通常经 4~5h 清洗,清 洗溶液 pH 值可达 8~9.5,此时 Fe 离子浓度不再升高即可认为清洗完成。并且金属面已进 入钝态。放出的清洗液用硫酸中和至 pH 值低于 0.5,可使 EDTA 不溶而回收。 应注意的是用 EDTA 清洗与其他酸洗不同的是它不可能达到 100%除垢的效果, 除垢率在 92%以上已为合格,96%以上即为优秀。 5.甲酸与羟基乙酸的混酸清洗 对已严重结垢并且大面积产生晶间腐蚀的亚临界参数锅炉,使用 EDTA 清洗或柠檬酸清 洗都无法使除垢率达 90%以上时,国外多采用甲酸与羟基乙酸的弱有机酸清洗。由于有机酸 酸性较弱,性能温和,所以清洗时不会加重晶间腐蚀,为了提高溶垢速度一般在 93~97℃ 的较高温度下清洗。甲酸与羟基乙酸清洗以溶垢为主,兼有使垢剥离脱落作用,对坚硬而附 着牢固的腐蚀产物主要靠酸溶作用去除。 甲酸—羟基乙酸酸洗工艺为:5%甲酸与 5%羟基乙酸的混酸中加入 0.3%二邻甲苯硫脲缓 蚀剂做清洗液。在锅炉中充人除盐水至最低水位,加热升温循环当温度达 95℃时,将混酸 注入锅炉并继续加热,保持 93~97℃温度进行循环清洗,每隔 15mm 采样一次,分析清洗液 中的酸度、Fe 、 离子浓度, Fe 如酸度下降到原浓度 40%, 应补充混酸溶液。酸洗时间约 6~ 8h,当酸洗液浓度不变,Fe 离子浓度不再升高的.NIJ 可停止清洗,用氮气顶出酸液后用 50℃除盐水冲洗置换排放。最后在 pH 值为 4.5~5 时,用 0.5%亚硝酸钠在 50~60℃温度下 钝化处理 6h 以上即完成清洗。 2+ 2+ 3+ 2+ 2+ 3+
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