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工业锅炉的清洗

1.1清洗目的和内容:

工业锅炉的清洗,锅 炉是工业生产中最基本的设备之一,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、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。污垢会严重影响传热效果,降低锅炉使用效率,增加燃料消耗,以常见的工业锅炉为例,每结1 mm的水垢,其热效率可降低5%以上。我国工业锅炉和采暖锅炉的年燃煤量是煤炭总产量的1/4;发电锅炉的燃煤量可达煤炭总产量的1/2。如果工业锅炉和采暖锅炉的平均垢量为1 mm,发电锅炉的污垢平均厚度为0.5mm,则将造成4500万t/a燃料损失。污垢会严重影响传热效果,降低锅炉使用效率,污垢的产生会使炉管局部过热,加速炉管腐蚀,导致爆管事故。因此,对锅炉水垢进行定期化学清洗,是锅炉维护中具有节能和安全意义的一项重要内容。

 

1.2 锅炉产生的污垢

锅炉中的污垢主要是水垢和腐蚀产物,主要来自以下三个方面:

(一)水中的杂质,锅炉用水中含有的悬浮物质、胶体物质在受热过程中沉积在受热表面形成的污垢。

(二)水中含有的各种钙、镁盐是以Ca(HC03)2、Mg(HC03)垢,而以CaSi03、Ca(P04)2等形式存在的微溶盐中,也会沉积形成污垢。

(三)水中含有的C02、02以及酸碱等物质使锅炉材料中的钢铁或铜受到腐蚀,从而产生铁的氧化物、铜的氧化物和磷酸盐。

由于锅炉的形式不同,操作条件不同,各地水质不同,所以形成的污垢组成也不同。通常锅炉水垢,尤其是高压锅炉中的水垢主要是钙、镁的硫酸盐以及铁垢,它们在高温下形成坚硬致密的复合盐。普通锅炉管道中水垢的成分。

1.3锅炉的清洗

1.31 锅炉的清洗方法

锅炉的清洗方法可分为人工清扫、机械方法和化学清洗三大类。

①.人工清扫: 利用身材瘦小的工人进入锅炉铲刷污垢或用榔头敲打,使水垢松动脱落。这是一种最早的清洗方法,目前已多用;

②. 机械方法:利用带金属软管和电动刮刀的除垢器等刮隋;

③. 化学清洗: 利用化学药剂去除锅炉中污垢的方法。化学清洗是目前锅炉清洗中应用最为广泛的一种方法。

 

1.32锅炉清洗的条件

《低压锅炉化学清洗导则》规定,对于额定出口蒸汽压力小于等于2.45MPa(25kgf/cm2)的蒸汽锅炉和热水锅炉,当符合下列情况之一时,才可进行化学清洗。

 1. 锅炉受热面被水垢覆盖80%以上,并且平均水垢厚度达到或超过下列数值:无过热器的锅炉 1mm; 有过热器的锅炉 0.5mm; 热水锅炉 1mm。

 2. 锅炉受热面有明显的油污或铁锈,并且每台锅炉酸洗时间间隔应不少于两年。 《火力发电厂锅炉化学清洗导则》(SDl3586)规定,直流炉和出口蒸汽压力大于等于9.8MPa的汽包炉,在投产前必须进行化学清洗;压力在9.8MPa以下的汽包炉,除锈蚀严重外,一般可不进行酸洗,但必须碱煮。对于运行中的锅炉,SDl35—86规定,当水冷壁管内的污垢量或锅炉化学清洗的间隔时间超过表18-26中的极限值时,就应安排化学清洗。锅炉化学清洗的间隔时间,还可根据运行水质的异常情况和大修时锅炉内的检查情况,作适当变更。以重油和天然气为燃料的锅炉和液态排渣炉,锅炉的污垢极限确定化学清洗。一般只清洗锅炉本体。蒸汽流通部分是否进行化学清洗,应按实际情况决定。

 

1.4锅炉化学清洗常用的药剂

1. 碱洗剂 锅炉碱洗使用的碱有磷酸三钠、氢氧化钠、碳酸钠等,有时为增加除油效果,适当加入低泡型表面活性剂,如OP-15。

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、甲酸、乙酸、羟基乙酸等有机酸。其中盐酸是锅炉清洗最常用的酸。

3.配(络)合剂 大容量电站锅炉的污垢主要是铁的氧化物,这些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。这类污垢适合用配合剂清洗。常用的配合剂有柠檬酸、氢氟酸、EDTA二钠盐和二胺盐。

4。 钝化剂 经酸洗的金属表面处于活化状态,需要在表面形成一层钝化膜加以保护,因此锅炉在清洗后投用之前要进行钝化处理。常用的钝化剂有NaN02、Na3P04、H202、N2H4等。 5。其他药剂 锅炉酸洗时,应加人缓蚀剂,以抑制金属的腐蚀。

 

2.锅炉化学清洗的一般步骤                                            

一般锅炉清洗步骤为:水冲洗(检漏)一>碱洗一>水冲洗斗酸洗一>水冲洗一>漂洗一>钝化。

2.1水冲洗(检漏)

利 用大流量的水将锅炉清洗系统内的灰尘,疏松脱落的污垢冲出系统外。一般采用高位注水,低位排放的方式。必要时也可循环冲洗。水冲洗结束后,保持系统满水 位,检查临时管线的焊缝、法兰、阀门和锅炉本体的管线、阀门等有无泄漏,并对漏点进行处理。检漏后,继续保持满水位,对水进行加热。中小型锅炉可采用炉膛 点火的方式加热,使炉内水达到预定温度。如有其他锅炉可以供给清洗系统足够的蒸汽量时,可以用蒸汽加热临时系统中的水箱;通过水循环使炉内水升温。不论采 用何种加热方法,在加热过程中应始终保持清洗系统的循环。

2.2碱洗

在水的不断循环中,把预先计算好数量的碱洗剂分批加入临时系统的配液箱中。当碱浓度和pH值达到预定指标后停止加药,并继续循环清洗至预定时间。

2.3 水冲洗

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口水的pH值小于9。然后将排水口关闭,加水至清洗系统满水位,并按前述方法将水加热至预定温度。

2.41 酸洗

维 持炉内水的温度于预定温度,并继续保持清洗系统内的水不断循环。向清洗系统中加入预先计算好数量的缓蚀剂,待整个系统中缓蚀剂分布均匀后,向系统中加入预 先计算好数量的酸。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送出,加酸速度更不能太快。加酸的同时,要从清洗系统的出 口处开始取样分析酸的浓度和铁离子浓度,一般每隔10~15 min取样分析一次。当酸加完后,继续循环或浸泡数小时,并每隔20~30min取样分析一次。当发现酸浓度降低到和垢的反应速度明显减缓时,应及时补充酸。判断酸洗终点是通过分析酸的浓度、Fen、Fe¨离子浓度等。当酸浓度在2~3h内稳定不变, Fen离子浓度浓度上升到一定值并开始下降,即认为酸洗已经完成判断酸洗终点的另一个直接而又可靠的方法是通过监视管观察被清洗的程度,来确认锅炉被清洗的状况。如果监视管的垢与锅炉的垢及清洗条件基本一致,那么当监视管段被清洗干净的时候,也就可以认为锅炉被清洗干净。

2.5水冲洗酸洗结束后,应将酸洗液以最快速度排放,并以尽可能短的时间和尽可能高的流速冲洗清洗系统,当系统出口水的pH值大于5时,即可结束水冲洗。

2.6 漂洗

漂洗是一个低浓度酸洗的过程,其操作步骤和酸洗过程一样,只是酸洗剂的浓度较低。漂洗终点的判断也和酸洗终判断一样。

2.1 钝化 将系统内水的温度控制在预定范围,必要时可用向系统中加入自来水的方法降温。向漂洗液中加入NaOH或NH3, H,O,调节pH值所需范围,加入钝化剂,循环或浸泡清洗。在钝化过程中,每1h取样分析钝化液中碱的浓度和钝化液的pH值。在钝化结束后,把钝化液排出,并用锅炉给水冲洗至pH≈8~9,清洗过程结束。

 

煮炉                                                                  

50年代中期以前生产的锅炉曾采用过铆接与胀接工艺,这种锅炉有制造缝隙,不可能采用酸洗的方法清除氧化皮、焊渣、灰尘等污垢,所以采用煮炉的方法除锈除垢。结了垢的锅炉也常采用煮炉的方法除垢。直到锅炉采用全焊接制造工艺后,酸洗除垢才得以广泛应用。但低压锅炉仍把煮炉去油污作为投产前的清洗和防腐蚀方法;当垢中有硅酸盐和硫酸盐时,采用煮炉转化,可以除垢或有助于垢的彻底清除。煮炉主要分碱煮炉和橡胶煮炉两种。

 

3.1碱煮炉原理及应用

常规的碱煮炉是使用NaOHNa3P04混合液,在O52MPa压力下经2448h的加热,以除油、去垢并使金属钝化,碱除油污的原理在前面已叙述过,这里主要讲一下碱除垢和转化的原理。 对于结了碳酸钙、硫酸钙、硅酸钙和镁垢的小容量锅炉来说,采用煮炉除垢,可使除垢率达60%以上。在煮炉中,Na3P04可转化钙的碳酸盐、硫酸盐、硅酸盐和氢氧化镁,使之以松散的磷酸盐形式脱落;氢氧化钠可转化镁的硅酸盐和二氧化硅,使之成为松散的或易溶的产物脱落,

其反应为:

 3CaC03+2Na3P04--Ca3(P04)2+3NazC03 3CaS04+2Na3P04——Ca3(P04)2+3Na2S04 3Mg(OH)2+2Na3P04--Mg3(P04)2+6NaOH 3CaSi03+2Na3P04——Ca3(P04)2+3Na2Si03   

MgSi03+2NaOH——Mg(OH)2+Na2Si03 Si02+2NaOH~Na2Si03+H20

 

煮炉除垢主要基于难溶化合物转化的原理,使垢层与煮炉药剂反应时变得松散脱落。只有少部分垢是被溶解除去。煮炉之后必须进行彻底的冲洗清扫,否则脱落的垢渣可能堵塞炉管和联箱。 另外,为了使已有腐蚀的锅炉,停止腐蚀转入钝态,有时也使用Na0HNa3P04作为碱煮液进行碱煮。

 

3.2橡胶煮炉原理与应用

橡胶也称单宁(丹宁),其主要成分是单宁酸和水解单宁。单宁是多元酚,它对水垢有酸溶和配合金属离子的双重作用,煮炉去垢能力强。用单宁煮炉除垢时,主要和碳酸钙垢起作用,它不是靠溶解作用,而是使垢变软,变松散而脱落。因此,单宁煮炉之后必须清理残垢。 目前,我国的电站锅炉已基本上全部采用酸洗除垢,不再采用煮炉除垢,因为煮炉除垢的洗涤率通常低于60%,这对电站锅炉来说是远远不够的。

 

3.3使硅酸盐和硫酸盐转化溶解的原理

硅酸盐与碱作用时能形成易溶的硅酸钠,但在常温下其反应速度相当低。为了提高硅酸盐垢的溶解速度,除主要适当提高碱浓度外,主要靠提高清洗温度和延长清洗时间。

 

锅炉常用的清洗工艺                                                   

 

4.1煮炉清洗工艺

 

1. 新建锅炉的除油钝化先用自来水对锅炉进行一次预冲洗。通过充水与排水清除脱落的污垢,然后用软化水配成的含Na0I-INa3P0423gL的煮炉清洗液,注入锅炉至汽包中间水位,锅炉,点火升温至o·8MPa保持810h。从下联箱排污阀将煮炉清洗液放净,再补充上述的清洗液至汽包中间水位,加热升压至1~1.5MPa,保持810h,然后将清洗液排净。再次补充上述的清洗液至汽包中间位置,加热升压至2~2.5VlPa,保持8~10h。经过三期煮炉处理,即可达到除油垢和健全钝化膜的目的。

 

2. 结垢锅炉的煮炉除垢 对于结垢的锅炉,要根据垢的具体情况配制不同的清洗液。对碳酸盐垢用23gL NaOH20~30/LNa3P04组成的清洗液煮炉;硅酸盐垢用1020gL NaOH5~10 gL Na3P04组成的清洗液煮炉;硫酸钙垢用10~20gL Na2CO,和510 gL Na3P04组成的清洗液煮炉。以上均为以垢厚3ram的参考用药量,实际使用时应根据垢的实际厚度适当增减。对锅炉进行水冲洗后,用清洗液注人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10h,并且每隔2h在各下联箱底部排污1rain。完成第一次煮炉后,补充同样的药剂至同样液位高度,加热升压至锅炉额定压力的75%,保持10h,并每隔2h排污一次。结束煮炉后熄火降压排污,最后用水冲洗锅炉。

 

4.2配合清洗法去除锅炉锈垢工艺

 

1. 柠檬酸清洗工艺先将清洗所需数量的柠檬酸加入清洗系统,配成2%~4%的清洗液,再加入预先计算好数量的缓蚀剂.然后加氨水调节pH=354进行循环清洗。柠檬酸清洗时温度南保持在8095℃,低于80℃会有柠檬酸铁沉淀产生而影响清洗效聚。清洗时间一般控制在5h以内。清洗时每2030rain取样一次,分析pH值、Fe2+Fe3’离子浓度和柠檬酸浓度。当Fe3’离子浓度稳定后可停止清洗。然后用80℃以上的自来水转换出柠檬酸液,并用水冲洗至pH值超过5。再用O2%的柠檬酸清洗液进行漂洗,温度和pH值和酸洗时保持一样,并每15min取样分析pH值、Fe2+Fe3+离子浓度和柠檬酸浓度,当Fe3’离子浓度稳定后停止漂洗。用80℃以上的脱盐水置换出漂洗液,调节系统内的温度到6570℃,用氢氧化钠或氨水调节pH=911,加入O5NaN02 i6:度为O5%,钝化6h后结束。

柠檬酸一般用作锅炉投产前的清洗。在柠檬酸清洗时也可加入氢氟酸或氟化氢铵,一般氟化氢铵浓度小于0.5%,氢氟酸的用量在0.3%~0.5%。

 

2.氢氟酸开路清洗工艺 用氢氟酸对直流锅炉和汽包锅炉进行开路清洗。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%~15%,用泵进行通过式清洗,清洗液温度在4555℃之间,每个系统清洗时间少于lh,清洗后直流锅炉用联氨和氨进行循环钝化处理,汽包炉用NaN02NaaP04进行钝化处理。 氢氟酸开始清洗前,必须先对被清洗设备彻底除油,以免影响氢氟酸清洗效果,一般用循环润湿工艺除油。

 

3EDTA二钠盐清洗工艺 用计算用量的去离子水配制EDTA二钠盐溶液,用NaOH调节pH52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135140℃,每1520min取样,分析EDTAFe2’、Fe3’离子浓度及pH值。通常经45h清洗,清洗液pH值可达885。此时,Fe3’离子浓度不再升高,即可认为清洗完毕,并且金属表面已进入钝态。放出的清洗液中的EDTA可以回收。 EDTA二钠盐适合于清除高含量的低价铁的氧化物垢。如果垢中铁的氧化物含量低于65%,则不如改用其他清洗方法效果更好。如果垢中二氧化硅的含量超过5%,它的清洗效果会显著降低。若垢中铜含量高于5%,则应在清洗氧化铁之后,加1%~15%的氯水和O2%的过硫酸铵除铜,或用ACR法除铜。

 

4.3盐酸与氢氟酸的混酸清洗

当水垢中含有碳酸钙垢、铁垢及二氧化硅时,不能总用氢氟酸清洗,因为会产生难溶的氟化钙而影响清洗。当水垢中二氧化硅的含量很小时,可单独用盐酸清除上述污垢。但当二氧化硅含量大于10%时,单独用盐酸清洗就难以奏效,此时可使用盐酸和氢氟酸的混酸来去除含硅的水垢。在使用盐酸和氢氟酸的混酸清洗时,一般控制总酸浓度在10%左右, HCIHF=82,在3040℃下清洗。一般,当Si02含量在10%左右,HF的浓度为1%;Si02含量在15%时,HF的浓度应为2%;当Si02含量大于20%时,HF的浓度应为3%。酸洗时添加缓蚀剂,酸洗后要进行水冲洗和钝化。

 

4.4甲酸与羟基乙酸的混酸清洗

对于结垢严重并且大面积产生晶间腐蚀的亚临界参数锅炉,使用EDTA和柠檬酸都无法使除垢率达到90%以上时,应采用甲酸与羟基乙酸的混酸清洗。甲酸与羟基乙酸清洗以除垢为主,兼有使垢剥离脱落作用。对于坚硬而附着牢固的腐蚀产物,主要靠酸溶作用去除。一般用5%的甲酸与5%的羟基乙酸,并加入0.3%的二邻甲苯硫脲缓蚀剂进行清洗。在锅炉中加入软化水至汽包最低水位,加热升温循环,当温度达95cc时,将混酸注入锅炉并继续加热,保持9397℃温度,进行循环清洗。每隔15min取样一次,分析清洗液中的酸浓度、Fe2’、Fe3’离子浓度。如果酸浓度下降到原浓度的40%时,应补充混酸溶液。酸洗时间均为68h。当酸浓度和Fe3’离子浓度稳定不变时,可停止酸洗,用氮气顶出酸洗液后用50~C的软化水冲洗,然后钝化。

 

 

锅炉化学清洗系统的设计                                             

 

锅炉在化学清洗时,清洗液在锅炉中的运动规律与锅炉正常运行时水、汽的运动规律是不同的。而且对于一些锅炉,化学清洗一般是水的加热段而非锅炉系统的全部。因此,在对锅炉进行化学清洗前,必须对锅炉进行适当的改造,利用临时管线把锅炉和清洗设备相联结形成清洗系统。

 

7.1锅炉本体的改造

锅炉本体改造的目的首先是把锅炉需清洗的部位从整个锅炉系统中“孤立”出来(包括拆除不宜清洗的计量仪表、阀门等),使被清洗的部位通过临时管线形成回路。清洗液进入被清洗系统时,不会进入其他不参加清洗的部位。二是根据化学清洗的要求,把参加清洗的各部位调整成对化学清洗来讲都具有符合要求的工艺参数(主要指流速),成为无死角、无偏流、无短路的清洗系统。 对于一般的小型锅炉,把给水系统与蒸汽(或热水)的 出口断开,即可把清洗部位“孤立”出来,锅炉本体不需要作其他变动。清洗液的出口应在锅炉的最低位置,出口应在锅炉的最高位置。进口和出口不应在锅炉的同 一侧,而应处于对角线的位置。这样使锅炉在清洗时清洗液能充满锅炉,排放时干净彻底不留残液。对于小型锅炉,原则上不要重新安装进出口,而尽量利用锅炉原 有的通道。一般利用锅炉的排污口和冷水口作清洗液的进液口和排污口,刹用安全阀蒸汽出口位置作清洗液出口。对于结构比较复杂的锅炉,改造任务比较繁重。首 先要把汽包内的分离装置拆除,将上下联箱的手孔割开作为清洗液的进出口。下降管加装节流孔板,然后利用临时管线将割开的联箱手孔和锅炉给水口等和清洗设备 联结起来,形成若干个清洗回路。对于不清洗r过热器的锅炉,过热器内还应充满水或联氨等作保护,然后用木塞将所有能进入过热器的通道堵死,使清洗液不能进入过热器部位。._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。锅炉的清洗回路不宜过多,以免操作不便,一般为24个回路,通过阀门能够使每个回路的正、逆向循环。当某一回路中的清洗液循环时,其余回路处于静止浸泡清洗状态,也可以调整阀门进行所有回路的大循环。

 

 

 

 

锅炉清洗的注意事项                                                          

锅炉的化学清洗不同于一般设备的清洗,必须由有相应资专业清洗公司来实施。电力行业对电力系统的动力设备清洗实行许可证制度,持有A级资质的单位可以清洗出口蒸气压力为156174NPa的电站锅炉;持有B级资质的单位可以清洗出口蒸气压力为126155MPa的电站锅炉;持有C级资质的单位可以清洗出口蒸气压力为3898MPa的电站锅炉。持有A级证书者有清洗级和C级参数锅炉及附属设备的资格;持有B级证书者有清洗C级参数锅炉及附属设备的资格。对于低压锅炉的清洗者,也必须获得省级以上(含省级)锅炉压力容器安全监察机构的资质许可。

 

在 锅炉化学清洗前,工厂方面应适时作出清洗规划,在清洗过程中要和清洗单位密切配合。在安装临时管线和阀门、仪表时,特别要注意的是在锅炉汽包上装设一个临 时液位计和压力表。锅炉原有的液位计应被隔离,以防遭清洗液的破坏。在清洗时要监视汽包内清洗液的液位高度,液位突然下降,说明系统中有泄漏出现,应立即 查明泄漏的部位,并采取紧急处理措施。液位突然上升,也应立即采取措施,以免清洗液串入过热器和蒸汽管或从放空管中溢出。另外,汽包中的最高液位,也是清 洗后进行锅炉冲洗时应达到的液位下限。清洗结束后,应对汽包和联箱内的焊渣、泥沙等沉积的污垢进行清理。


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