冲渣循环水管道结垢原因分析及化学清洗

浙江华能玉环电厂拥有国内首台1 000 MW超超临界机组，现总装机容量为4×1 000 MW。为节约用水及环保考虑，玉环电厂冲渣供水系统采用闭式循环系统，冲渣过程的溢流水由每台炉设置的溢流水池收集，通过溢流水泵输送到沉淀池进行澄清处理。经过沉淀，沉淀池上层水溢流至贮水池，贮水池后配置冷渣水泵和冲洗水泵，输送回冲渣系统进行循环使用。系统运行中蒸发、损失及物料带走部分水，由工业水补充。冲渣循环水系统设1座沉淀池，1座有效容积为1 000 m3贮水池，2台冷渣水泵提供冲渣冷却水，2台冲洗水泵提供除渣区域地坪冲洗水。另外沉淀池、贮水池底部各设置2台排污泵，将各自底部的泥浆打入煤泥沉淀池。冷渣水管、冲洗水管和溢流水管均长约300 m。冲渣循环水系统流程如图1所示。

图1 冲渣循环水系统流程

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系统结垢原因分析

玉环电厂2#机组的冲渣循环水系统管道因腐蚀结垢于2012年重新更换。运行3 a来冲渣循环水系统出力明显下降，冷渣水泵出口压力由0.65 MPa上升至0.80 MPa，冷渣水泵电流由90 A降至70 A。2015年10月对2#机组进行检修改造，割管检查，冷渣水管管径DN 150 mm，管内垢厚度约为4~5 cm；冲洗水管管径DN 80 mm，管内垢厚度约为0.5 cm。

取出部分垢样进行能谱分析，对应的EDS能谱数据如表1所示。

表1 垢样的EDS 能谱分析数据

项目Na Mg Al Si S Cl Ca Fe C O

原子数

分数/%0.72 4.87 3.22 1.900.390.40

15.7

9

1.77

12.4

9

58.4

5

质量分数/%0.78 5.58 4.10 2.520.590.67

29.8

6

4.687.08

44.1

3

项目Na2

O

MgO

Al2O

3

SiO2SO3Cl CaO

Fe2O

3

CO2

质量分数/%1.069.267.76 5.38 1.470.67

41.7

9

6.68

25.9

3

由表1得知该垢样主要为钙、镁的碳酸盐垢和硫酸盐垢，还含有一定量硅垢、铝垢及管道腐蚀产物。冲渣水pH较高，循环使用过程中，渣水中的OH-和工业补水中HCO3-反应生成CO32-，当CO32-浓度和Ca2+/Mg2+浓度的浓度积大

于CaCO3/MgCO3溶度积常数时，就会和水中硬度离子生成CaCO3和MgCO3沉淀。这些沉淀物在管壁中不断累积沉积，由外向内形成结垢层。

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清洗方案的确定

3.1 清洗剂配方

因垢样主要为碳酸盐垢，所以选用盐酸作为清洗剂的主要成分。为了控制盐酸对管道和其他设备的腐蚀，严格控制盐酸浓度并添加一定浓度的缓蚀剂TSX-04。盐酸溶垢过程会产生CO2气体，使酸液与管垢隔离，影响酸液溶垢的均匀性，故添加一定量渗透剂OP-10，帮助清洗液渗透到垢内部，加强清洗效果。确定清洗剂配方为1%~2%(质量分数，下同)HCl+0.3%~0.5%缓蚀剂+0.05%渗透剂。此外，酸洗过程会产生较多气泡，需备足够量的消泡剂。

3.2 清洗系统及设备

为简化安装工艺，在清洗过程中充分利用电厂已有设备。清洗系统设计包括：(1)清洗用水用沉淀池工业水补水，利用临时潜水泵引入贮水池。(2)贮水池作为配药池，通过加药泵将盐酸、缓蚀剂、渗透剂等加至贮水池。(3)冷渣水泵和冲洗水泵作为清洗泵，清洗冷渣水管和冲洗水管。(4)冷渣水管进捞渣机处隔断，接临时管至清洗箱顶部。冲洗水管接临时管至清洗箱底部，对清洗时沉渣进行搅动。(5)清洗箱出口接溢流水泵，溢流水泵作为清洗泵清洗溢流水管，清洗箱作为缓冲点收集沉渣。(6)沉淀池收集溢流水泵清洗废液和部分沉渣。(7)在冷渣水管和冲洗水管始端和末端分别安装监视管，共4根监视管。清洗系统如图2所示。

图2 冲渣水化学清洗系统

3.3 清洗流程

采用半开式清洗方式。清洗流程为贮水池注水→管路水冲洗→酸洗配药→管路酸洗→清洗效果检查→酸洗液中和→管路酸洗后冲洗。管路水冲洗分两段冲洗，分别为贮水池→冷渣水泵→冷渣水管→清洗箱、贮水池→冲洗水泵→冲洗水管→清洗箱；酸洗循环回路为贮水池→冷渣水泵/冲洗水泵→冷渣水管/冲洗水管→清洗箱→溢流水泵→沉淀池→临时潜水泵→贮水池。酸洗后冲洗流程为贮水池→冷渣水泵/冲洗水泵→冷渣水管/冲洗水管→清洗箱→溢流水泵→沉淀池。

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化学清洗过程

h冲洗水

管冷渣水

管

冲洗水

管

冷渣水

管

冲洗水

管

冷渣水

管

1 4.91 5.72无无2132

2 1.7

3 4.250.10无5964添加清綱

3 1.47 4.470.16无3759

4 1.49 4.270.160.103259

5 1.60 4.610.240.163259

6 1.64 4.530.340.303259

7 1.07 1.410.510.434286

8 1.10 1.680.490.444589

9 1.14 1.680.490.454889

从表2来看，酸的质量分数、pH和硬度变化趋势符合化学清洗过程垢溶解和酸消耗规律。因清洗管道的垢量大、管道长，清洗前期酸液全部被消耗。当管道中的垢慢慢溶解后，回液酸度逐渐上升至平衡。最终冲洗水管硬度为48 mmol/L，冷渣水管硬度为89 mmol/L；冲洗水管残留酸的质量分数0.49%，冷渣水管残留酸的质量分数0.45%。4.3 清洗效果

清洗结束后对清洗效果进行检查。(1)拆下冲洗水管和冷渣水管监视管，监视管内表面无积垢，洁净无杂物。(2)清洗过程中，冷渣水泵出口压力和电流变化过程如表3所示。

表3 清洗中冷渣水泵的压力和电流变化过程

时间/h冷渣水泵压力/MPa冷渣水泵电流/A

1.00.8070

2.50.7970

3.00.7774

4.50.7580

6.00.7085

7.50.6588

9.00.6589

表3中，冷渣水泵出口压力由0.80 MPa逐渐下降至0.65 MPa，冷渣水泵电流由70 A逐渐上升至89 A，已达到冷渣水泵的设计工作电流(90 A)。表明清洗后冲渣循环水系统已恢复正常出力。

(3) 由腐蚀指示片计算出腐蚀速率和腐蚀总量，如表4所示。

表4 腐蚀指示片腐蚀速率