锅炉清洗

2019-03-11 19:03:00 zixun
锅炉清洗 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; 一联箱; 一除尘器; 一引风机; 一送风机 12 13 14 15 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。 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 CaSO 4、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、O2 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、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。 .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(180kg f/cm2)的大型锅炉 2~3 年要清洗一次, 压力为 12.75~14.71MPa(1 30~150kgf/em2)的中型锅炉要 3—5 年清洗一次, 压力为 98MPa (100kgf/cm2)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。 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 (NH4H 2C6H5O7)。 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 Y4 -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 Y4-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 Ca2++Y4-=CaY2- Fe3++Y4-=FeYEDTA=钠盐分子用 Na2H2Y 表示, Fe3+离子的络合反应表示 与 为:Fe3++H2Y2-=FeY-+2H+ 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 Y4-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 Y4-数量增加,可与 F2+、Ca2+、Mg2+、Cu2+、Zn2 +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 Y4-离子状态存在,络 合能力大大增强,但此时 Fe3+、Al3+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 但 上 EDTA 有分解趋势,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。 K 稳是金属离子与络合剂反应达动态平衡时的平衡常数, Fe 如 3+离子与 EDTA 发生络合反应 (CFe3+、CY4-、CFeY-分别表示 达到平衡状态时 Fe3+、Y4-、FeY-离子的浓度),K 稳值越大说明,E DTA 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 Fe3+离子浓度为 1mol/L 时,pH 值为 1.5 即会产生沉淀,Fe3+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 10-5mol/L 以下。即当 Fe3+离子浓度为 10-5m ol/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 Fe3+离子生成难溶的 Fe(O H)3 而影响络合反应进行。而溶液中 Cu2+离子浓度为 1mol/L 时 p H=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 Cu2+离子进行螯合而又会受生成 Cu(OH)2 沉淀的干扰。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 55~6 5℃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。 28—2 蒸发量 75t/h 汽包炉二回 图 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 式中 F——回路流通截面积,m2;[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 0.0 5~0.15m/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 碱洗 主要任务 冲法脏物 清洗液成分 自来水 工艺参数 高流速 0.5% 除油、 松动垢层、 清除垢层中部分溶物质 Na3PO4、0.1% Na2HPO4 0.05%表面活性剂 流速 0~0.3m/s,8~10h 水冲洗 酸洗 蚀剂 清除碱液使 pH=8~9 清除垢层和锈层 40~60℃ 自来水 高流速 80~90℃ 4%~6%盐酸加 0.2~%0.3%缓 0.2~0.5m/s 至垢溶为止 水冲洗 钝化 4 清除酸液使 pH=4~5 形成金属钝化表面保护内部 温度 70~80℃ 自来水 高流速 1%~2% Na3PO 时间 8~24h 流速 0~0.2m/s pH=10~11 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。 [pag e] 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 0.8 MPa,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 l min。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,Fe2+、Fe3+离子和柠檬酸浓度各一次。整个清 洗过程保持 pH=3.5, Fe2+离子浓度保持稳定后停止清洗。 90℃ 当 用 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、Fe2+、Fe3+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 Fe2+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 10 0%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、Fe2+、Fe3+离子浓度,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,Fe2+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, 0.5%亚硝酸钠在 50~ 用 60℃温度下钝化处理 6h 以上即完成清洗。
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