乙醇酸在1000MW超超临界塔式锅炉清洗中的运用

2019-03-11 19:03:00 zixun
2013 电厂化学学术会议论文 乙醇酸在 1000MW 超超临界塔式炉化学清洗中的运用 洪新华 1 奚林根 1 于海全 2 1 江苏常熟发电有限公司 2 江苏方天电力技术有限公司 Glycolic acid use in 1000MW Supercritical tower boiler chemical clean HONG xin hua 1 XI lingen 1 YU haiquan 2 1 Jiangsu changshu power limited company 2 jiangsu fangtian power technology limited company ABSTRACT: in recent years 1000MWsupercritical unit developed very fast inland, the capacity and structure and parameter and material of the supercritical unit had changed great, glycolic acid is safe and efficient and environmental protection and economic ,very suitable for use in supercritical unit chemical clean, Jiangsu changshu power plant #5 1000MWsupercritical tower boiler use glycolic acid clean ,obtain good result. KEYWORDS: supercritical unit; tower boiler; glycolic acid; clean medium; clean range 摘要: 近年来国内 1000MW 超超临界火力发电机组 发展很快, 随着机组容量和参数的提高, 机组结构、 设备材质也发生了较大的变化,乙醇酸是一种安全、 高效、环保的清洗介质,非常适用于超临界机组化 学清洗,江苏常熟发电有限公司#5 机组(1000MW) 超超临界塔式锅炉采用乙醇酸清洗, 取得了较好的 效果。 关键词:1000MW 超超临界机组 塔式锅炉 乙醇酸 清洗介质 清洗范围 1、1000MW 超超临界塔式炉主要设备 规范 并成为一根垂直管,管子规格为φ 44.5mm。 炉膛上部依次分别布置有一级过热器、 三级 过热器、二级再热器、二级过热器、一级再 热器、省煤器。锅炉炉前沿宽度方向垂直布 置 6 只外径/壁厚为 Ф 621.4/85.71mm 的汽 水分离器, 每个分离器筒身上方布置 1 根内 径为 Ф 240mm 和 4 根外径为 Ф 219.1mm 的管 接头, 其进出口分别与水冷壁和一级过热器 相连接。当机组启动,锅炉负荷低于最低直 流负荷 30%BMCR 时使用。 1.2 机组承压设备主要使用的金属材料 给水管道 WB36( 15NiCuMoNb5) 省煤器 15CrMoG, SA-210 水冷壁 15CrMoG, T23 过热器和再热器 5CrMoG 12Cr1MoVG T91 T92 S304H(喷丸) HR3C 主蒸汽管道 P91, P92 , 9CrMoV-N P122,E911 汽水分离器 X20CrMoV121、 SA-335 P91 高低压加热器 SA-556mC2 15CrM0R 304 Q235B 1.1 塔式炉主要设备 2、乙醇酸的主要特性 锅炉为上海锅炉厂生产的超超临界参数 2.1 乙醇酸(羟基乙酸) 分子式为 HOCH2COOH, 变压运行螺旋管圈水冷壁直流炉,单炉膛、 其分子量 76.05,乙醇酸易溶于水、甲醇、 一次中间再热、采用四角切圆燃烧方式、平 丙酮、乙酸和乙酸乙酯,但几乎不溶于碳氢 衡通风、固态排渣、全钢悬吊结构塔式、露 化合物溶剂;熔点 78~79℃,沸点分解。羟 天布置燃煤锅炉。 引进 Alstom Power Boiler 基乙酸具有腐蚀性低,不易燃、无臭、毒性 GmbH 公司的技术。 炉膛由膜式壁组成, 水冷 低、生物分解性强、水溶性高是几乎不挥发 壁采用螺旋管加垂直管的布置方式。 从炉膛 的有机合成物,因此用途广泛,使用方便, 冷灰斗进口 69m 处炉膛四周采用螺旋管圈φ 市场上目前商业品乙醇酸为液态含量 70%, 38.1mm。上方为垂直管圈,首先选用管子规 甲酸为液态含量 85%。乙醇酸与铁的腐蚀产 格为φ 38.1mm,在标高 90m,两根垂直管合 物反应如下: Fe2O3 + 6HOCH2COOH → 2Fe(HOCH2COO)3 + 3H2O FeO + 2HOCH2COOH → Fe(HOCH2COO)2 + H2O 若锈垢比例较大时,采用 2%~4%(质量 分数)的乙醇酸加 1%(质量分数)甲酸的混合 酸其清洗效果更好。 当垢成分主要是铁化合 物时,为提高清洗能力,采用在 80~100℃ 较高温度下循环清洗,加 0.3%二邻甲苯硫 脲为缓蚀剂。 2.2 乙醇酸与其他有机酸清洗剂的性能对比 与其他有机清洗剂相比, 1、 乙醇酸有更 强的溶垢清洗能力,对材质的腐蚀性低,不 会产生有机酸铁沉淀。2、能清洗腐蚀产物 较多的系统, 受热面产生较多腐蚀产物和高 温氧化皮时, 柠檬酸和 EDTA 就明显不适用, 此时乙醇酸的优势就非常明显, 国内已有多 台受热面沉积量大的超(超)临界锅炉成功 运用乙醇酸清洗的例子 1。(绥中电厂、玉 环电厂、国电安顺、三门峡电厂等超超临界 机组)3、清洗的温度较 EDTA 清洗低,清洗 不需要锅炉点火,4、清洗废液处理比较简 单, 长时间存放可自然降解分解为水合二氧 化碳,是非常环保的清洗介质,国外尤其是 日本使用非常多, 几乎所有的电厂都用乙醇 酸清洗锅炉。5、乙醇酸的价格虽比柠檬酸 高但比 EDTA 便宜,乙醇酸清洗整体综合的 经济性占有优势。 表 1 几种清洗剂溶垢能力的对比 清洗液 的种类 盐酸 柠檬酸 乙醇酸 EDTA 氨盐 清洗液 质量数 % 5 3 2 6 g/l 39.5 8.63 13.4 6.0 溶解垢的量 无机强酸如盐酸等不宜采用, 为防止奥氏体 不锈钢的晶间腐蚀, 奥氏体不锈钢在清洗时 要严格控制清洗液中氯离子,而 EDTA 中含 有氯离子,尤其是用盐酸回收的 EDTA 中氯 离子含量更高, 不宜用于奥氏体钢的化学清 洗,乙醇酸中氯离子含量非常小(是 EDTA 的 1%) 2, 用它清洗不会产生奥氏体不锈钢 晶间腐蚀,奥氏体钢清洗可首选羟基乙酸。 另外随着环保要求的严格, 国外用乙醇酸清 洗锅炉的例子愈来愈多, 乙醇酸是一种较为 环保的药剂,而且总的清洗费用也比 EDTA 低,清洗时控制的温度也较低,清洗时锅炉 可以不点火,只需辅助加热就可以,是一种 较为理想的清洗剂。 3、 超超临界塔式锅炉清洗范围的确定 超超临界机组的主蒸汽压力达到27MPa左右, 温度达到600℃,如蒸汽等管壁上滞留或附 着一些氧化铁等硬质异物在运行中一旦被 蒸汽带入汽轮机, 高速运动的硬质颗粒撞击 到汽轮机叶片表面会产生凹坑或切削效应, 汽轮机的级效率会明显下降, 世界上已投产 的一次再热设计效率最高的德国 Niederaussem电厂1 025 MW超超临界机组, 仅投产l年就因同体颗粒侵蚀?而导致高压 3 缸效率下降了3.6% 。而目前超超临界机组 高压缸为整体结构, 需运行12年后才进行返 厂大修,叶片一旦受损,汽轮机效率下降就 是长期的。 所以超超临界机组热力系统化学 清洗的范围尽可能包括各汽水管路。 塔式炉由于过热器和再热器纵向水平 布置在锅炉本体的上方, 管内的积水能完全 放空,可参与锅炉本体的化学清洗,是塔式 炉的优点之一。已经投产塔式炉中,有两厂 家过热器和再热器全参与清洗, 其他投运的 塔式炉仅过热器参与锅炉化学清洗, 考虑到 再热器系统水容积过于庞大, 清洗系统也很 复杂,再热器不参与化学清洗。清洗的范围 最终确定为: 炉前系统采用碱洗:凝汽器、轴加、凝 水管道、低加及旁路、除氧器、低压给水管 道、高加汽侧、低加汽侧。碱洗水容积 3 约:2600 m 。 高压给水及炉本体和过热器系统采用 3 酸洗:1/2 除氧器水箱(180 m )、给水管 表 2 1 公斤乙醇酸与 EDTA 溶解垢的数量 垢 的 种类 Fe2O3 CaCO3 CaSO4 MeCO3 1 公斤清洗剂能溶解垢的量 (公斤) 乙醇酸 2.18 1.32 1.8 1.11 EDTA 0.65 0.48 0.65 0.4 2.3 乙醇酸对热力系统材料的适应性 从上述机组承压系统所使用的材料看, 基本上都是高低铬合金钢和不锈钢 (包括奥 氏体不锈钢) , 为确保锅炉使用材料的安全, 道 23 m 、给水再循环管道(5 m )、高压 3 3 加热器水侧及旁路 (36 m ) 、 省煤器 (215 m ) 、 3 3 水冷壁(114 m )、启动分离器(30 m )、 3 3 炉水泵启动系统 (50 m ) 、 过热器 (260 m ) 、 3 临时系统(50 m )。合计酸洗水容积约:960 阶段 水冲洗 凝汽器清洗 碱洗 水冲洗 水冲洗 炉前系统清洗 碱洗 水冲洗 介质 除盐水 复合磷酸盐 除盐水 除盐水 复合磷酸盐 除盐水 3 3 m。 3 4、乙醇酸清洗工艺、回路和过程 4.1 清洗工艺 表 3 炉前系统碱洗工艺:采用水冲洗、复合 磷酸盐碱洗、水冲洗工艺。 控制参数 水位至最上层钢管 T=50-55℃ 水位至最上层钢管 水位至最上层钢管 操作方式 凝泵循环 凝泵循环 凝泵循环 凝泵\开式冲洗 T=70-85℃(磷酸盐) 前置泵循环 凝泵\前置泵开式冲洗 加热、 乙醇酸清洗、 漂洗、 二甲基酮肟钝化。 控制参数 凝汽器、除氧器控制高水位 90±5℃ Fe<50mg/L pH 4.0-4.5 温度>50℃ pH 3.5~4.0 Fe<250mg/L 85±5℃ pH 9.5~10.0 85±5℃ 操作方式 凝泵、前置泵 前置泵、炉水泵 表 4 乙醇酸清洗工艺: 采用水冲洗、 升温试 阶段 水冲洗 复合酸清洗 复 合 酸 清 洗 介质 除盐水 乙醇酸 1.5% 甲酸 1.5% 0.4%缓蚀剂等 除盐水 水冲洗 凝泵、前置泵 漂洗 0.2%柠檬酸、 0.05%缓蚀剂 前置泵、炉水泵 钝化 0.1%二甲基酮肟 前置泵、炉水泵 4.2 清洗回路 4.2.1 炉前系统碱洗: 凝汽器→凝泵→精处理旁路→再循环 管→凝汽器 凝汽器→凝泵→轴加→低加及旁路→ 除氧器→前置泵→低压给水管→临时管→ 低加汽侧→凝汽器 除氧器→前置泵→临时管→高加汽侧 阶段 取样 时间 2:00 复合 酸清 洗 4:30 5:30 6:30 7:30 Fe (mg/L) 3530 3771 3914 4049 3910 2+ 正式疏水→除氧器 4.2.2 锅炉本体复合酸清洗钝化: 化学清洗及钝化回路: 除氧器→前置泵→临时管→高加及旁 路→省煤器进口→水冷壁→启动分离器→ 过热器→主蒸汽管道→临时管→除氧器溢 放水→除氧器(期间炉水循环泵启动) 4.3 清洗过程中的主要数据(表 5) pH 2.85 2.92 2.92 2.97 2.93 温度℃ 87 87.2 87.3 91 88.8 复合酸浓 度% 3.09 2.90 2.93 2.83 2.66 总铁(mg/L) 3541.20 3797.08 3954.10 4091.40 3940.20 Fe (mg/L) 11.20 26.08 40.10 42.40 30.20 3+ 8:30 9:30 10:30 11:30 3965 4100 4188 4189 32.50 33.51 29.17 26.25 2.89 2.97 3.01 90.6 88 90.4 2.67 2.56 2.56 3997.50 4133.51 4217.17 3.02 92.6 2.55 4215.25 5.2 指示片检查 4.4 锅炉清洗后的经验和数据分析 在监视管内悬挂腐蚀指示片, 测定清洗 4.4.1 清洗温度可以适当降低,从清洗的数 期间的金属腐蚀总量及腐蚀速率。 平均腐蚀 据看, 乙醇酸与铁的腐蚀产物反应的速度比 2 速 率 为 0.20g/m h , 平 均 腐 蚀 总 量 为 较快,清洗过程前 2~3 小时,80%左右的腐 2 1.01g/m 。指示片表面光洁,无点蚀现象。 蚀产物已经与乙醇酸发生反应, 另外#5 机组 5.3 省煤器、过热器割管检查 清洗结束后, 温度 90℃的清洗液直接排入机 酸洗结束后, 对省煤器、 过热器进行了 组排水, 对机组排水的聚脲防腐层有一些影 割管检查: 所割管内部氧化物已被彻底清除, 响, 今后就清洗温度可通过小试进一步试验, 表面光洁,无点蚀、无二次锈、无镀铜、无 金属粗晶析出等过洗现象。 管样内壁金属表 可降低到 80℃左右。 面已形成完整致密钝化膜,无残留物。 4.4.2 清洗液的浓度可适当降低,从清洗过 5.4 清洗结论 程的数据看,清洗的初始浓度 3.09%,清洗 常熟发电有限公司#5 号机组 (1000MW) 终点的浓度 2.55%,消耗掉的清洗液浓度只 经碱洗、酸洗后,碱洗范围内的金属表面油 有 0.54%,终点的总铁在 4215 mg/L。从清 污已清除干净, 清洗过程中对固定设备未造 洗的实际情况看乙醇酸清洗用药量的确少, 成损伤。 酸洗范围内的金属表面氧化物已清 除干净,金属表面无二次锈、无点蚀、无镀 如用 EDTA 清洗需消耗 3~4%的药品。 基建锅 铜、 无过洗现象, 并已形成完整致密钝化膜; 炉的清洗今后可以考虑降低清洗液的总浓 指示片表面光洁,无点蚀现象,清洗过程中 度到 2%左右,减少甲酸的用量,充分体现 指示片平均腐蚀速率为 0.20g/m2h,腐蚀总 乙醇酸清洗的优势。 量 1.01g/m2, 均优于化学清洗导则标准, 满 4.4.3 机组化学清洗的范围还可适当扩大, 足清洗方案要求。 酸洗过程中未对固定设备 锅炉清洗后,在后期机组试运行阶段,给水 造成损伤。 依据 《火力发电厂化学清洗导则》 前置泵进口滤网多次发生堵塞的情况, 说明 DL/T794-2001 标准对清洗总体效果评价为 优良。 低压给水系统碱洗对腐蚀产物的清除能力 6、结束语: 有限, #6 锅炉清洗时建议酸洗的范围把低压 近年来 1000MW 超超临界直流锅炉在 给水系统包括进去。 国内发展速度很快, 由于对汽水品质的要求 5、锅炉酸洗后的检查评价: 更高, 新建机组启动前的化学清洗就显得非 5.1 水冷壁监视管检查 在锅炉水冷壁炉墙 85m 位置安装了水 常重要, 要保证清洗的效果, 减少启动时间, 冷壁监视管, 清洗结束后对监视管进行检查: 做到安全高效环保经济, 需要做的工作还很 监视管内部氧化物已被彻底清除, 表面光洁, 多, 建议超超临界锅炉在系统允许的情况下, 无点蚀、无二次锈、无镀铜、无金属粗晶析 尽可能扩大化学清洗的范围, 为机组能长期 出等过洗现象。 水冷壁监视管内壁表面已形 安全高效经济运行打下基础 。 成完整致密钝化膜,无残留物。 参考文献: [1] 王朝阳等 超超临界机组运行炉的羟基乙酸- 甲酸化学清洗 [2] 程文军 [3] 冯伟忠 [4] 喻亚飞 羟基乙酸在化学清洗中的运用 新建超超临界锅炉及系统的清洁技术 1000MW 超超临界直流锅炉清洗介质的选择 [J] 清洗世界 2011 年 第 2 期 [J]化学清洗 1998 年 第 8 期 [J] 中国电力 2011 年 第 6 期 [c] 电厂化学 2009 年 学术年会 作者介绍: 洪新华( 1963.8 )男,江苏丹阳,本科,高级工程师,锅炉水处理和热力设备防腐 联系方式 0512-52013033 13616231837 hongxh@cspp.com.cn
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