2000t/h汽包锅炉的EDTA化学清洗
随着电力工业的发展,高参数、大容量机组的不断投产,对锅炉化学清洗提出了愈来愈高的要求。EDTA清洗法以其临时系统和清洗工艺简单、清洗时间短、安全可靠、清洗效果好、废液可回收等优点,在电力工业中得到了愈来愈广泛的应用。扬州第二发电有限责任公司一期工程装机容量为2×600MW进口机组,采用美国B&W公司的亚临界、一次再热、自然循环、平衡通风、单汽包、半露天式煤粉炉,其最大连续蒸发量为2000t/h,压力为17.36MPa。两台锅炉均采用由加拿大CEDA清洗公司提供的EDTA铵盐清洗工艺,在清洗后期用含纯度大于99%的氧气进行充氧钝化。该工艺在国内属首次运用。表1、表2为锅炉清洗的具体范围及清洗工艺。
3 清洗过程主要影响因素的监控
3.1 温度
此因素直接影响清洗成败,并且最难以控制。一般化学反应速度随温度的升高而提高,如反应物浓度恒定,温度每升高1℃,反应速度将提高2～3倍,但温度过高,将促使EDTA及其络合物热分解,据有关资料介绍,EDTA铵盐[(NH4)2H2Y]水溶液在150℃开始分解。由于在清洗过程中系统各部位的受热不均匀,清洗溶液存在温差,为保持清洗阶段洗液温度均匀,清洗温度维持在116～135℃之间,为此采取了下列措施: 3.1.1 合理布置温度测点
在四侧墙较下层燃烧器高1.5m处及每面墙的一个下联箱处安装临时温度测点,共计8个。
3.1.2 控制升温度速度
刚开始升温的速度要慢,采用间断点火,待燃烧稳定后可增加升温的速度。随着温度的升高,应降低升温的速度并调节油枪以避免热负荷集中。在温度达到135～140℃后,投入引风机使锅炉冷却到116℃,然后再投油枪,重复升温—冷却循环操作。为保持钝化阶段洗液温度在60～71℃的最佳范围,采取下列措施:
(1)当汽包温度降到95℃以下时,借助启动清洗泵使省煤器和锅炉进行循环;
(2)当温度降到65℃时,停风机、关挡板。从锅炉底部充入纯度大于99%的氮气帮助锅炉循环冷却。不论在什么阶段,都密切监测各个测温点的温度的变化,保持系统各部分温度变化均匀,避免循环死区的存在。
3.2 pH值
pH值对EDTA铵盐清洗液的除垢能力和金属离子的水解络合反应都有重要影响,太高太低都难以达到清洗效果。根据小型试验和国内外文献刊载,通常EDTA铵盐清洗液pH值范围宜控制在9.0～9.5,关键的是正确监测pH值,并在其下降到9.1及时充NH3,在本次清洗过程中,从下降管和省煤器清洗接口均匀充入纯度大于99%的液态氨。
3.3 流速和压力
循环流速会影响清洗速度和效果:增加流速可以增加反应速度和对垢的冲刷能力。但是却增强洗液的腐蚀性及对钝化膜的形成产生不利影响。本次清洗过程中在不同阶段采取了不同的流速,在充注清洗液初期,流量减至300～400t/h,当汽包出现液位时,流量减至在60t/h;在升温—冷却循环和钝化阶段,流量控制在80～100t/h。
3.4 浓度
EDTA用量和在清洗过程中维持EDTA一定的浓度,将直接影响清洗与钝化效果,表3为本次清洗所要求的分析项目、控制参数及分析周期。
小型试验中,对EDTA和铁离子的浓度以及氧化还原电位的测试方法作了探讨。游离EDTA浓度的测定可按国家电力公司早期颁发的试验方法。铁离子的浓度的测定若按国内普遍使用的方法则不能满足时间上的要求,而在本次清洗中,采用了一种较新的硫代硫酸钠测试方法,较目前国内通用的方法约快15min。现将该法介绍如下:
移取5mL样液于锥形瓶中,加入1药勺过硫酸铵晶体,用尽可能少的水冲洗锥形瓶壁,在电炉上加热至析出晶体,绝对不允许过度加热出现炭化现象。在加热过程中有可能出现颜色的变化。加入几mL除盐水,然后加热至所有的盐重新溶解,然后冷却。加入约1gKI,混均溶解,根据溶液铁离子含量的不同,溶液的颜色将变为黄色、橙黄色或深黄色。用0.1M硫代硫酸钠缓慢地滴定至溶液颜色变为淡黄色,加1～2滴淀粉指示剂,溶液的颜色变为紫色,再继续滴定至溶液的颜色变成无色,记下消耗的硫代硫酸钠溶液体积V。
Fe(%)=V×0.1117×AD
式中 A——硫代硫酸钠溶液的浓度;
V——消耗的硫代硫酸钠溶液的体积(mL);
D——被测定的溶液的比重整个清洗过程中需测定3次左右。
3.5 终点
当清洗液中铁离子的含量达到稳定、pH在9.0～9.5和游离EDTA的浓度大于0.0时,即进入钝化阶段。在钝化冷却阶段中,当汽包温度降到95℃以下时,通过炉内加药泵加入消泡剂以消除清洗气泡对钝化的不利影响。钝化阶段对四根下降管和省煤器清洗接口进行轮流充氧(国内首次运用),充气量越高越好,只要汽包空气门不冒液体即可;气体要均匀分布,否则易造成氧的浓差腐蚀,难以达到钝化效果。本次清洗采用清洗泵—省煤器—汽包—大直径下降管接口—临时管—清洗泵的循环流程。钝化工艺的终点控制除了pH维持在9.0～9.5和游离EDTA大于0.0外,另一非常重要的参数——氧化还原电位emf的值应恒定在-100～250mV,钝化才告结束。理论上,电位控制金属离子化过程的因素,但实际钝化过程中,清洗与钝化涉及的因素非常复杂,一般可通过Pourbaix(电位—pH平衡图)图(见图1),直观判断在给定的电位和pH值条件下,反应进行的可能性以及相应的趋势。另据文献介绍,不同的emf下,EDTA清洗液的性能如表4所列。
EDTA铵盐中氧化还原电位的测定方法如下:用电线将参比电极和指示电极与电位电势表(带满量程mV的pH表)连接好。将指示电极插入5%HCL溶液中酸洗3～5min,然后移开,用蒸馏水快速冲洗干净后,立即插入EDTA清洗液(溢流取样后,封紧瓶口)中,同时将参比电极也插入溶液中。将pH表的选择开关调到mV模式,然后直接读数。
现时,丹麦产的RadiometerIon85氧化–还原电位分析仪配置一只Pt,Ag/AgCl复合还原氧化电极,即可对溶液的氧化还原电位进行测定。
4 清洗效果
清洗结束后对系统进行检查,汽包金属表面洁净,无残留氧化垢物,无二次浮锈,无镀铜现象,且形成均匀致密的钢灰色钝化镆,割管检查炉管内壁、监视管、临时管路情况相同。汽包和水冷壁回路的金属指示片腐蚀速度均不大于0.49g/m2·h。被清洗金属表面无粗晶析出的过洗现象。热力系统的设备、部件无损害。在以后的机组的冲管和启动阶段中,锅炉水汽品质都较快达到了合格水平。