徐州華潤電力有限公司 李后森 陳學安

淺談320MW機組鍋爐過熱器的化學清洗

徐州華潤電力有限公司 李后森 陳學安

本文介紹了采用復合檸檬酸清洗去除300MW汽包鍋爐過熱器氧化皮的工藝過程。針對華潤徐州電廠#2爐垢量大的前屏過熱器、后屏過熱器、高溫過熱器清洗約52小時，除垢率可達到95%以上，清洗腐蝕速率可以控制在1g/m2.h以內，清洗后金屬表面不會產生晶間腐蝕。

鍋爐；氧化皮；過熱器；復合檸檬酸；化學清洗

1 概述

徐州華潤電力有限公司#2鍋爐為東方鍋爐廠生產的亞臨界壓力一次中間再熱自然循環(huán)汽包爐，鍋爐型號：DG1025/18.2—Ⅱ4，鍋爐采用擺動式燃燒器，四角布置、切向燃燒，正壓直吹式制粉系統(tǒng)，單爐膛、Π型露天布置，全鋼架懸吊結構。#2機組于1996年投產，鍋爐至今運行了近20年，鍋爐過熱器經常因氧化皮堵塞引起超溫事故，嚴重影響鍋爐的安全運行。為提高鍋爐過熱器受熱面內表面清潔、防止受熱面因氧化皮引發(fā)非停事故，同時提高鍋爐熱效率、改善機組水汽品質，決定對#2鍋爐過熱器系統(tǒng)中的全大屏過熱器、后屏過熱器、高溫過熱器采用復合檸檬酸進行化學清洗。

2 小型試驗

2.1 垢量測定

化學清洗前，選用#2爐后屏過熱器、高溫過熱器管樣進行垢量測定，垢量的測定按照《火力發(fā)電廠鍋爐化學清洗導則》（DL/T794-2012）規(guī)范性附錄A中的方法進行，測定結果表明屏式過熱器入口管（材質12Cr1MoV）管樣平均垢量為592.81 g/m2；高溫過熱器材質12Cr1MoV管樣平均垢量為848.8g/m2，達到了《火力發(fā)電廠鍋爐化學清洗導則》（DL/T794-2012）關于“當過熱器、再熱器垢量超過400 g/m2，或者發(fā)生氧化皮脫落造成爆管事故時，可進行酸洗”的要求。

2.2 溶垢試驗

針對過熱器氧化皮特點，結合近年來國內清洗公司過熱器成功清洗經驗，決定此次過熱器清洗采用復合檸檬酸，同時選用與清洗劑相適應的緩蝕劑和清洗溫度。溶垢試驗清洗工藝以清洗方案為依據，試驗方法按照《火力發(fā)電廠鍋爐化學清洗導則》（DL/T794-2012）規(guī)范性附錄A中的方法進行，選取后屏過熱器和高溫過熱器垢環(huán)各2個，并放置2片12Cr1MoV材質的腐蝕指示片，配制不同配比的復合酸清洗液500ml，將垢環(huán)和試片同步放入清洗液中，控制清洗流速約為0.2～0.3m/s，清洗溫度90±5℃，清洗24h觀察除垢效果（目視），清洗60h后結束清洗再次觀察清洗效果，判斷清洗介質是否能夠將過熱器氧化皮全部除盡，并測定出各種不同復合酸清洗介質的腐蝕速率和腐蝕總量。溶垢試驗最終選定采用4～8%復合檸檬酸+0.4～0.5%緩蝕劑N-106+0.4%助溶劑N-101A+0.3%助劑N-101B組成的復合檸檬酸配方，能夠將鍋爐氧化皮徹底清除。

2.3 金相分析試驗

將試驗中的垢環(huán)按照《火電廠金相檢驗與評定技術導則》（DL/T 884—2004）進行金相分析，對環(huán)形管樣橫截面制樣，采用4%硝酸酒精溶液浸蝕，在OLYMPUS-GX71金相顯微鏡下進行微觀組織及內壁狀況微觀分析，金相試驗分析結果表明：本次所取管樣微觀組織正常，管樣內壁均未見明顯晶間腐蝕裂紋，分析結果見表1。

表1 金相分析結果

圖1 管樣微觀組織形貌

圖2 管樣內壁微觀形貌

3 清洗過程

本次過熱器清洗范圍僅包括全大屏過熱器、后屏過熱器、高溫過熱器。

3.1 過熱器參數

全大屏過熱器共4片，管徑均為φ51×6，每一片分成4小屏，每個小屏12根繞，每片大屏從外數第1～11根管下部均采用SA-213T91和12Cr1MoWVTiB（鋼102）管子，其余均為12Cr1MoV。

從全大屏由兩根左右側布置的φ406.4×40連接管進入后屏，后屏過熱器共19片，每片13根U型管。除最外圈外，其余均為φ54×8.5（12CrMOWVTiB）、φ54×8.5（12Cr1MoV），外圈管（又稱護屏管）為φ60×8.5（SA-213TP347H）、φ60×8（12Cr2MoWVTiB）。

過熱蒸汽流經后屏由兩根左右側布置的φ406.4×40（50）連接管左右交叉進入高溫過熱器，高溫過熱器共有76片，每片有6根φ51×8或φ51×9管子并繞成雙U型，管子材料出口段為φ51×8（12Cr2MoWVTiB），其余均為φ51×8或φ51×9（12Cr1MoV）。

3.2 清洗流程設計

根據此次鍋爐清洗對象流程特點，結合過熱器管“Π型”布置特點，設計出的清洗流程（圖3）如下：

清洗箱→清洗泵→臨時管→一級減溫器（全大屏入口管）→全大屏→后屏→高溫過熱器→主蒸汽管道→臨時管→清洗泵→清洗箱

為便于清洗工藝控制，該流程在設計時，在清洗泵出口設置有一套導向閥組，清洗時可以正向清洗，也可以方向清洗，方向流程如下：

清洗箱→清洗泵→臨時管→主蒸汽管道）→高溫過熱器→后屏→全大屏→一級減溫器（全大屏入口管→臨時管→清洗泵→清洗箱

為克服清洗過程中，過熱器管“U”型彎和“W”型彎產生氣塞和氧化物堆積，本次化學清洗選用兩臺600t/h清洗泵和一臺2300t/h沖洗水泵。清洗時，清洗泵一臺運行、一臺備用；沖洗時使用沖洗水泵，為提高沖洗流速，可選擇在啟動沖洗泵的同時，啟動一臺酸洗泵同時沖洗，酸洗和沖洗流速計算見表3。

3.3 清洗工藝設計

根據小型試驗，選用復合檸檬酸清洗工藝，該工藝是在檸檬酸清洗工藝的基礎上，經過改進，并配以為過熱器專用清洗用的助溶劑N-101A和助劑N-101B，該清洗工藝的優(yōu)點在于：

3.3.1 該清洗工藝溶垢能力強，尤其對于鐵的氧化物和腐蝕產物，溶解能力更佳。

3.3.2 清洗劑溶垢以溶解為主，減小了腐蝕產物的剝離作用，避免了因氧化物脫落造成的過熱器管堵塞。

3.3.3 該清洗工藝是在弱酸條件下進行，pH值3.0～4.0，對金屬基體的腐蝕較小。

3.4 清洗過程

化學清洗是一種清洗劑對金屬腐蝕產物的化學溶解和機械剝離的過程，為避免剝離的腐蝕產物對過熱器管產生堵塞，復合檸檬酸清洗工藝將會抑制剝離作用，主要以化學溶解為主。濃度、溫度、流速、時間是化學反應的四個基本要素，控制好這四個因素，也就保證化學清洗的成功。

3.4.1 濃度控制

化學清洗前，依據鍋爐說明書，計算出清洗各部位的大概水溶積，清洗時先按照此水溶積大概計算出配制“4～8%復合檸檬酸+0.4～0.5%緩蝕劑N-106+0.4%助溶劑N-101A+0.3%助劑N-101B”所需各類藥劑的大概數量，按清洗工藝配方的比例加入各類藥劑，清洗液配制完成后，再用容量法準確測定清洗液中的酸度，根據測量結果適當調整藥劑加入量。

表2 過熱器主要參數

圖3 過熱器清洗系統(tǒng)圖

表3 化學清洗流速計算

3.4.2 流速控制

根據鍋爐過熱器參數，相應調整清洗泵組的流量，按照表3中的流量控制清洗流速0.2～0.5m/s，清洗后的水沖洗，啟動沖洗水泵和清洗泵，以最大流量（約3000m3/h）進行水沖洗，保證沖洗流速超過1.5 m/s。

3.4.3 溫度控制

清洗藥液配制完成后，并用鍋爐輔汽進行升溫加熱，控制清洗溫度85～95℃。

3.4.4 時間控制

化學清洗前，在高溫過熱器垢量最大的管子上安裝監(jiān)視管，清洗開始后，每小時化驗一次清洗液中的酸度和鐵離子含量，觀察清洗液中酸度下降的趨勢和鐵離子上升趨勢。在清洗開始階段，清洗液的酸度降低較快，而清洗液中鐵離子濃度迅速升高，當化驗清洗液中鐵離子含量接近10000mg/L時，清洗液中鐵離子含量接近飽和，清洗液溶垢能力下降，此時應更換清洗液，重新配置新鮮清洗液開始清洗。如此反復四次，當清洗液中酸度和鐵離子含量基本不變化時，說明過熱器管基本洗凈，此時再拆下過熱器上的在線監(jiān)視管檢查，綜合判斷清洗終點。

3.4.5 沖洗及鈍化

清洗結束后，先用清洗泵進行頂排濃酸液，再用沖洗水泵進行大流量沖洗，沖洗后期用熱成像儀對三級過熱器管排進行檢查，確認所有過熱器管子全部暢通后進行漂洗鈍化。

4 清洗結果

本次過熱器實際清洗時間約53小時，清洗后對后屏過熱器和高溫過熱器進行割管檢查，確認被清洗的金屬表面清潔，管樣表面無殘留氧化物和焊渣，無明顯金屬粗晶析出的過洗現象，金屬表面形成完整的鈍化膜；化學清洗后G102管材腐蝕速率為0.684g/m2?h， 12Cr1MoV管材腐蝕速率為0.710g/m2?h，G102管材腐蝕總量為36.26 g/m2，12Cr1MoV管材腐蝕總量為37.68 g/m2，清洗后對割取的管樣進行殘余垢量的測定，屏過管子的除垢率為98.14%；高過管子的除垢率為98.46%，平均除垢率為98.30%?；瘜W清洗清除鐵垢（以Fe3O4計）約5704.5公斤，化學清洗質量達到《火力發(fā)電廠鍋爐化學清洗導則》（DL/T794—2012）標準的要求，清洗完全實現了預期目標。

5 結論

5.1 以復合檸檬酸為主清洗介質，能夠有效清除過熱器表面形成的致密氧化皮垢層，清洗除垢效果好，除垢率95%以上。

5.2 復合檸檬酸清洗腐蝕速率小，清洗腐蝕速率可以控制在1g/m2.h以內，清洗后經檢驗，被清洗的金屬未發(fā)現晶間腐蝕。

5.3 清洗后節(jié)能效果明顯。清洗結束鍋爐再次啟動后，煙道內過熱器煙氣側煙溫、空氣預熱器側煙溫均接近設計值，其中煙氣最終出口的空預器入口煙溫較清洗前降低了14～15℃，相當于可降煤耗2.8～3.0g/kw.h。

[1]中華人民共和國國家經濟貿易委員會．DL/794-2012《火力發(fā)電廠鍋爐化學清洗導則》中國電力出版社，2012．03

[2]西安協力動力科技有限公司．《徐州華潤電力有限公司#2鍋爐過熱器化學清洗技術方案》2016．01

[3]中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會．DL/T 884—2004《火電廠金相檢驗與評定技術導則》中國電力出版社，2004．06

[4]東方鍋爐廠．徐州彭城電廠一期2×300MW鍋爐DG1025／18．2—Ⅱ4鍋爐說明書，1995．06

[5]陳潔．《鍋爐水處理技術問答》化學工業(yè)出版社，2003

[6]西安協力動力科技有限公司．《徐州華潤電力有限公司#2鍋爐過熱器化學清洗總結報告》2016．03