超超临界机组直流锅炉水冷壁节流孔圈结垢的化学清洗保密版

2019-03-11 19:03:00 zixun
超超临界机组直流锅炉水冷壁节流孔圈结垢的化学清洗 王留存 李爱兵 盛宝新 田民格 欣格瑞(山东)环境科技有限公司 山东嘉祥经济技术开发区 272415) 摘要: 为了满足超超临界锅炉的汽水特性、 工质流速特点, 越来越多的锅炉厂商制造的超超 临界锅炉在与水冷壁、过热器、再热器集箱相连接的管屏上配备了直径Φ 7-Φ 27.4 不等的 节流孔圈,以达到平衡工质温度、热偏差、脉动,控制各回路流量,保证合理的质量流速和 出口温度的均匀性。 但由于节流孔圈结构特点, 其小孔附近很容易聚集污垢, 影响给水流量, 降低了水冷壁冷却效果,从而引起管壁超温,导则爆管事故的发生,本文以湖北西塞山发电 有限公司#3、#4 锅炉节流孔圈的化学清洗工程为例,介绍了节流孔圈结垢原因、结垢危害、 垢质分析、化学清洗方法及优点,为解决超超临界锅炉节流孔圈结垢问题提供参考。 关键词:节流孔圈;爆管;结垢原因;垢质分析;化学清洗 中图分类号: TK227.3 文献标识码:B 一 概述 湖北西塞山发电有限公司 2×660MW 锅炉为哈尔滨锅炉厂生产的超超临界参数变压运 行直流锅炉, 采用Ⅱ型布置、 单炉膛、 改进型低 NOX 分级送风燃烧系统、 墙式切圆燃烧方式, 炉膛采用内螺纹管垂直上升膜式水冷壁、带再循环泵的启动系统、一次中间再热。锅炉采用 平衡通风、 露天布置、 固态排渣、 全钢构架、 全悬吊机构。 锅炉型号: HG—2098/26.15—YM3。 西塞山发电有限公司#3 机组投产运行已有 4 年时间,#3 机组投产后一年水冷壁超温频 繁,2012 年 6 月#3 机组大修水冷壁酸洗后情况较好,半年后又开始超温,2013 年至今水冷 壁超温频繁,目前需检修人员经常用气枪敲打才能勉强维持水冷壁正常运行;#4 锅炉虽然 投产运行不久, 但机组试运行期间及投产运行后水冷壁管同样存在超温现象, 且给水品质一 直差强人意。 二 原因分析 #3 机组小修时,割取一段水冷壁管,沿节流孔板焊缝两侧锯开,发现节流孔孔壁上生 长有黑色垢样,进水侧较多,出水侧较少,最大处厚度约为 3mm,使节流孔实际流通面积大 收稿日期:2014-10 作者简介:王留存(1969 年 11 月-)男,工程师,山东济宁人,主要从事锅炉运行管理及 工业设备的清洗工作。 大减少。外管检查,该垢样呈凸起状,结合致密,不像节流孔板的腐蚀产物,应为炉水中氧 化铁的结晶产物,欣格瑞(山东)环境科技有限公司化验室通过垢样分析化验,也证实污垢 成分主要为 Fe2O3 和 Fe3O4,同时含有少量的 si 和 Ca。分析原因认为:①锅炉炉水中铁的氧 化物主要以胶态氧化铁存在, 还有呈溶解态的铁离子和少量细微颗粒状的氧化铁沉积, 上述 物质随炉水流经节流孔板时,由于孔内外流速变化,孔板上端出现湍流,流速的急剧变化为 颗粒相互碰撞提供了条件, 碰撞使颗粒聚合并最终在孔板边缘着床, 形成堵塞, 这也就是 ‘小 孔效应’ 。②由于节流孔圈前后流体速度梯度变化大,会在孔圈处产生电位差,经过孔圈的 高速水流含有铁离子,由于铁离子具有电位效应,容易在孔圈处聚集,并逐步堵塞节流孔, 从而影响流通面积,引发管壁因超温而爆管。 #4 机组小修时,割取一段水冷壁管,沿节流孔板焊缝两侧锯开,发现节流孔孔板没有 发生锈蚀现象, 而孔板上沉积有色泽灰暗、 垢质疏松呈分散状, 垢物以很细微的颗粒物为主, 应该是炉水所携带的杂质短期内聚合而成,欣格瑞(山东)环境科技有限公司通过垢样分析 化验,污垢成分主要为 Fe2O3 和 Fe3O4。分析原因认为:节流孔板上的疏松污垢主要来源于锅 炉安装时的清洗不彻底而遗留的节流孔毛刺、 机械加工时遗留的铁屑、 火焰切割的铁水滴凝 片、安装时的焊接材料等,在锅炉吹管的作用下,上述杂物逐渐离开基体而随蒸汽流动在节 流孔处聚集,在加上后期炉水中的铁离子沉积,逐步堵塞节流孔,从而影响流通面积,引发 管壁因超温而爆管。 因两台锅炉水冷壁管节流孔圈处或多或少沉积有氧化铁垢,为保证给水加氧处理的效 果, 避免锅炉在加氧开始前或加氧期间发生因结垢而产生的爆管事故, 降低因爆管而引发的 安全风险和停机检修而造成的经济效益, 西塞山发电公司决定在机组加氧处理之前, 委托欣 格瑞(山东)环境科技有限公司用复合酸对锅炉水冷壁节流孔圈做浸泡清洗,为机组尽快实 行给水加氧处理奠定良好的基础。 三 化学清洗思路 针对节流孔圈结垢堵塞引起爆管问题,许多电厂采用暂时降低过热度、负荷升降速率、 主蒸汽温度和压力等延缓超温的临时调控措施, 但结果是影响机组的运行效率和经济性, 也 有的电厂采用锤子或气动工具敲打管子使垢污脱落的办法, 但效果并不理想, 甚至引发更严 重后果。欣格瑞(山东)环境科技有限公司根据节流孔圈结构特点和垢质分析,决定采用化 学浸泡清洗+氮气鼓泡扰动的方法彻底清除节流孔圈沉积的污垢。 化学清洗时,酸洗剂的选择至关重要,考虑到节流孔圈所处的位置及结构特点,清洗工 2 艺不易采用加热循环的清洗方式, 只能采用常温浸泡清洗, 因此所选用的清洗剂除了具有腐 蚀性小、 除垢率高的必要条件外, 还应该在常温下有很好的适用性。 本次清洗采用欣格瑞 (山 东)环境科技有限公司生产的复合酸洗钝化剂进行清洗,这是一种复合清洗钝化剂,具有很 强的配位能力, 能与许多金属离子形成可溶性的配合物。 常温下对高温状态生成的铁基金属 氧化皮及氧化铁类锈蚀物具有良好的溶解作用; 且在溶解氧化皮及锈蚀产物的同时, 在金属 母材上形成均匀的钝化膜,对金属表面具有良好的保护作用。 由于水冷壁管管路较多, 清洗回路设计时必须充分考虑到所有管路都要充满清洗液, 并 且在清洗前将中间混合集箱放空气门打开, 避免注入清洗液时和化学反应过程中气体聚集而 影响清洗液位。 一般情况下, 清洗液位控制在节流孔圈以上 0.5 米即可, 但为了清洗更彻底, 本次清洗液位控制在节流孔圈以上 2 米的高度位置。 四 化学清洗系统设计及清洗流程 ①系统设计 根据锅炉结构特点,将水冷壁对称分为前墙与左墙、后墙与右墙水冷壁共两组,具体连 接方式如下图: B侧下降管来 后炉膛分配集箱 后墙水冷壁联箱(左) 后墙水冷壁联箱(右) 左侧水冷壁联箱 水冷壁灰斗水平段 A侧下降管来 水冷壁节流圈 (共572根) 前墙 前墙水冷壁联箱(左) 前炉膛分配集箱 前墙水冷壁联箱(右) 虚线及虚线框内均为清洗临时系统 循环管 清洗箱 清洗泵 分配集箱至联箱连通管(共146根) 无压放水母管临时接口 五、化学清洗流程 ①水冲洗 3 右侧水冷壁联箱 清洗箱注水, 启清洗泵通过临时管道系统上水, 当临时液位计水位高于节流孔圈 2500mm 时,开回液排放门,进行水冲洗。 冲洗回路: 清洗箱→清洗泵→水冷壁前、 后分配集箱疏水管→水冷壁下集箱→水冷壁节 流孔圈→水冷壁下集箱→水冷壁前、后分配集箱疏水管→排放 冲洗至出水澄清透明。 ②酸洗、钝化 在清洗箱内建立自系统, 加入 SGR-0405 缓蚀剂, SGR0116 复合酸洗钝化剂, 浓度 (体 积比)10% ~ 15%,循环均匀后泵入酸洗系统,直至临时液位计水位达到 2000mm 时,此时开 始计时,间断氮气鼓泡,检测酸洗液的 PH 值及酸洗液中铁离子(Fe 、Fe )含量,当酸洗 液中 Fe 含量高于 300Mg/L 时,添加还原剂抗坏血酸钠降低 Fe 含量,并在清洗过程中安排 人员对每个节流孔圈附近部位进行敲打(橡胶锤) 。 浸泡回路:清洗箱→清洗泵→水冷壁前、后分配集箱疏水管→水冷壁前、后分配集箱→ 水冷壁下集箱→水冷壁节流孔圈 ③排放:酸洗、钝化结束后将酸洗废液中和排放至煤场。 ④联氨保护液冲洗: 在清洗箱内建立自系统,加入联氨浓度 200ppm ~ 300ppm,用氨水调 PH 值至 9.0 ~10.0 循环均匀后泵入水冷壁系统,直至临时液位计水位达到 2500mm 之上时,用氮气间歇鼓泡浸 泡 30 分钟后排放。 3+ 3+ 2+ 3+ 六 清洗效果 清洗后,取下监视管进行检查:节流孔板洁净并有一层均匀致密的钝化膜,节流孔孔径 圆滑, 无堵塞物存在, 直径恢复到设计值; 机组运行后水冷壁壁温也由 490℃左右降到 420℃ 左右,恢复到正常壁温范围,且半年来未再出现反弹现象,说明本次化学清洗除垢彻底,效 果明显。 七 结束语 节流孔圈作为超超临界锅炉满足平衡工质温度、热偏差、脉动、控制各回路流量、保证 合理的质量流速和出口温度的均匀性的必要手段, 其正常运行对锅炉来说至关重要, 在没有 条件进行整个锅炉本体清洗的前提下, 小范围的化学清洗节流孔圈, 保持节流孔圈的清洁度, 是以后解决此类问题的有效途径,可为解决超超临界锅炉节流孔圈结垢问题提供参考。 4 参考文献 [1]樊泉桂. 超临界及超超临界锅炉水冷壁壁温偏差研究 [J].中国电力,2006(5) : 59-63. [2] 国家能源局 DL/T 794-2012 《火力发电厂锅炉化学清洗导则》[S].北京:中国电 力出版社,2012. 作者简介: 王留存,男,45 岁,大学,山东济宁人,欣格瑞(山东)环境科技有限公司清洗部经 理,工程师,主要从事锅炉运行管理及工业设备的清洗工作; 通讯地址:山东嘉祥经济技术开发区济宁新格瑞水处理有限公司,邮编 272415,电话 0537-6985888 5
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