锅炉EDTA化学清洗

1、文章编号:1671-8909(2007 02-0015-04锅炉EDTA 化学清洗陈泽峰(西北电建调试施工研究所, 陕西西安710032, China摘 要:对EDTA 清洗工艺和如何确定清洗参数及工艺过程进行了探讨。介绍某电厂用EDTA 对热力系统进行清洗, 并取得良好的效果。关键词:锅炉; ED TA; 化学清洗中图分类号:TK228 文献标识码:CEDTA chemical cleaning of boilerCHEN Ze feng(NorthwestInstitute of Electric Power C ommissioning Technology, Xi c an, Shan

2、xi 710032, China Abstract:The traditional EDTA cleaning technique is discussed in this paper. At the same time, how to determinate the cleaning parameters and the technique process are introduced. The E DTA cleaning for whole thermodynamic system is introduced. Key words:boiler; EDTA; chemical clean

3、ing 锅炉的化学清洗过程中, 既要保证清除受热表面的沉积物, 又要保证金属基面不被过度清洗而造成设备材料的腐蚀, 给机组的安全运行带来隐患。近年来, 随着电力工业的飞速发展, 火电机组参数越来越高, 发电容量越来越大, 由此对电站整个化学清洗工作提出了更高要求。另外, 为满足环保和能耗方面的要求, 还要不断开发完善环境友好和能耗较低的清洗工艺, 而ED TA 清洗工艺作为一种便捷的清洗工艺, 日益受到人们的重视。1 ED TA 清洗工艺1. 1 清洗机理EDTA 化学洗炉的机理可简单表示为:金属氧化物水解与EDTA 反应, 在一定的条件下生成可溶解的络合物。EDTA 是一种氨羧络合物, 常用

4、H 4Y 表示, 其结构式如下1:N -CH 2-CH 2-NHOOC 2HCHOOC 2HCCH 2COOHCH 2COOH这一过程涉及到E DTA 的电离反应、金属离子的水解反应、金属离子与ED TA 生成络合物反应, 以及中和等多种化学反应2。EDTA 与铁离子络合反应方程式如下:Y 4-+Fe 3+-(1 Y 4-+Fe 2+2-(2由反应式可知, EDTA 与Fe 3+, Fe 2+以1B 1络合,收稿日期:2006-12-13, , , , 实用技术清洗世界Cleaning World第23卷第2期2007年2月由于形成的络合物稳定且易溶于水, 所以反应向形成络合物的方向进行, 随

5、着反应的进行会促使E DT A 的电离和金属离子的水解反应, 进而完成整个化学除垢过程。1. 2 常用的EDTA 清洗工艺EDTA 洗炉方法适用范围广, 目前较普遍使用的方法有以下两种。1. 2. 1 EDTA 协调洗炉法该种方法主要采用ED TA 钠盐洗炉, 其初始pH 和浓度的选择根据所清洗的积垢的多少和垢样的组成来决定3。化学清洗导则上规定, 初始pH =5. 05. 54。清洗基建炉时, 由于垢量较少且组成单一, 所以初始pH 一般选择在6. 0左右, EDTA 质量分数选为6%。清洗过程中, 随着氧化铁垢水解, 铁离子与EDTA 络合, 完成除垢过程。而氧化铁垢水解释放出的OH -,

6、 部分与EDTA 电离出的H +进行中和反应消耗掉, 部分则会使洗液的pH 不断升高, 直至清洗环境达到碱性钝化条件, 完成金属表面的钝化, 进而实现除垢钝化一步完成。1. 2. 2 EDTA 氨盐洗炉法EDTA 在水中的溶解度很低, 但能溶于碱性溶液。采用EDTA 氨盐洗炉, 就是将EDTA 用氨水溶解配制, 进而使EDTA 以其氨盐的形式存在。这样, 用氨水既可调节pH 达到要求, 又可使E DTA 完全溶解。EDTA 氨盐化学清洗具有的特点是:清洗过程中pH 维持在9. 09. 5之间, 不需要调整可使清洗与钝化一步完成。pH 对EDTA 氨盐清洗液的除垢能力和金属离子的水解络合反应都有

7、重要影响。清洗过程中的pH 选择在9. 0以上的原因主要是:在这一条件下, 氨盐的溶垢力最强。pH 不宜太高或太低, 太高容易生成氢氧化铁沉淀; 而太低又不利于积垢和锈蚀产物的溶解。因此, 在清洗过程中一定要正确监测pH, 并在其下降到一定值时要及时充氨。2 ED TA 化学清洗参数的选择, 过小型试验和根据现场的具体工况选择工艺参数, 以便取得最好的清洗效果。2. 1 加热方式的选择采用ED TA 化学清洗, 如何升温是必须考虑的。目前主要有两种加热升温方式:一是点火升温, 二是通过蒸汽加热升温。后一种方式, 省去了锅炉点火。通过蒸汽加热, 能保证系统受热的均匀性, 有助于最终清洗效果的提高

8、, 但要保证系统的循环动力。2. 2 温度的选择一般地说, 大多数的化学反应都随着温度的升高反应速度随之提高。如果反应物的浓度恒定, 温度每升高1e , 反应速度会提高23倍。但是, 温度过高不但浪费热源, 而且会出现EDTA 及其络合物的热分解现象。此外, Fe 3O 4溶解量与环境温度和清洗时间均成正比。因此, 在清洗环境温度较低的条件下, 可以通过延长清洗时间来提高Fe 3O 4的溶解量。针对基建炉的清洗, 其清洗温度可以控制在110? 5e , 清洗后期, 进入钝化期后可以适当降低温度。目前, 已有EDTA 低温清洗工艺, 温度控制在85? 5e , 在加入一定的清洗助剂后也能保证最终

9、的清洗效果, 见表1。表1 清洗温度和清洗时间对Fe 3O 4溶解量的影响5g/L清洗时间/h清洗温度/e4055708581. 4173. 9735. 113241. 9514. 8025. 3905. 528试验条件:静态, EDTA 质量分数2%, 清洗助剂质量分数1%, 清洗温度40e 时Fe 3O 4投加量2g/L, 清洗温度>55e 时Fe 3O 4投加量6g/L 。由表1可知, 温度高于70e 时, 2%EDTA 对Fe 3O 4的溶解量已能满足清洗的要求, 实际清洗中的情况也是这样。某电厂采用EDTA 钠盐清洗, 在循环升温至80e 时, 测定的系统总铁离子已去除了结束时

10、去除的总铁离子的近65%; 在将温度升到110,#16#清洗世界第2期进行化学清洗的温度和时间应根据炉管表面具体的沉积量和致密程度来决定。2. 3 pH 的选择EDTA 应用于化学清洗, 主要基于EDTA 与金属离子在适当pH 条件下的络合反应, 它几乎能与水中所有金属离子形成具有五环稳定结构的络合物7。然而, 当pH 过高时, 平衡反应FeY -OH 2+Y 4+向右进行, 可使络合物分解, 生成Fe(OH3沉淀。因此, 在清洗过程中要维持EDTA 络合剂适量过剩, 并控制整个清洗环境的pH 不太高, 以保证除垢率和钝化膜的质量; 另一方面, pH 过低时, 不利于EDTA 的电离和水垢或铁

11、锈的水解, 且会增加清洗液对金属表面的侵蚀。同时, 由于pH 过低, 在除垢结束后, 又不能形成碱性钝化条件, 影响最终的清洗效果。为此, 必须经过小型试验来确定合理的pH 范围。5火力发电厂锅炉化学清洗导则6中指出, EDTA 氨盐洗炉pH 控制在910; EDTA 钠盐洗炉, pH 控制在5. 05. 5。针对垢量较少且构成单一的基建炉清洗来讲, 若采用E DTA 钠盐洗炉, 初始pH 可选定在6. 0左右。在这个范围, E DTA 主要以二钠盐为主, 具有较强的溶垢能力。根据理论分析, 随着Fe 3O 4被溶解, 其溶液pH 会升高2左右, 可满足后续的钝化要求。2. 4 EDTA 加入

12、量的选择为了保证清洗与钝化的效果, 必须有足够的EDTA 量和残余EDTA 。根据活化分子理论和质量作用定律, 化学反应的速度与反应物分子浓度幂的乘积成正比, 浓度越高, 反应速度越快。然而, 浓度过高, 又会引起锅炉中汽水共沸, 增大蒸汽携带药液的能力, 排放时附壁膜损失也较大。表2 Fe 3O 4在不同质量分数EDTA 中的溶解量5EDTA 质量分数/%1. 02. 55. 010. 0Fe 3O 4溶解量/(g #L -12. 155. 7411. 9922. 08试验条件:93? 5e , 搅拌速度112r/min, 8h 。 , 3O 数的增加而增加。为此, EDTA 初始浓度必须通

13、过选择具代表性的管样, 按E DTA 与金属离子的络合比为1B 1做小型试验后获得。清洗一般的基建炉, 将EDTA 质量分数控制在4%6%应该可以满足清洗要求。3 清洗实例某电厂锅炉为亚临界参数、一次中间再热、单炉膛、平衡通风自然循环汽包锅炉, 采用EDTA 清洗炉本体和炉前系统。3. 1 清洗范围根据现场的情况, 清洗范围包括:省煤器、汽包、水冷壁及炉前系统管道(见表3 , ED TA 的清洗配药工作在除氧器水箱中进行。表3 清洗范围及规格部件名称材质水容积/m 3锅炉水冷壁SA-210C 131锅筒13MnNi Mo5453集中下降管20G省煤器SA-210C 47除氧器160高低加及管道

14、TP30450酸洗水容积4203. 2 清洗工艺本次清洗采用EDTA 协调洗炉法, 加热方式采用2号高加加热并辅助以除氧器再沸腾加热。循环动力为汽泵前置泵。将2台前置泵并联连接, 清洗中使用一台, 另一台泵备用。水冷壁温度测点为临时测点, 省煤器入口、汽包壁、高加入口、除氧器为系统自身的测点, 过程中以红外测温仪监视清洗温度和系统循环情况。清洗参数见表4。表4 某厂锅炉清洗参数项目名称参数ED TA 质量分数/%6游离EDTA 质量分数/%11. 5清洗温度/e 110? 5初始p H6. 0联氨质量分数/(L g #g -1 15002000清洗时间/h 68#17#第23卷陈泽峰1锅炉ED

15、 TA 化学清洗清洗方式为:水冲洗 碱洗 碱液排放及水冲洗 汽包人工清理 EDTA 清洗及钝化 废液排放。其中碱洗采用0. 2%0. 5%Na 3PO 4、0. 10. 2%Na 2HPO 4清洗12h, 清洗范围包括低加系统, EDTA 清洗时低加系统均走旁路。E DTA 清洗回路为:除氧器 给水前置泵 3, 2, 1号高加 省煤器 汽包 水冷壁系统 临时管 低加旁路 除氧器。当清洗液中铁离子的含量达到稳定、pH 为8. 59. 5和游离EDTA 的质量分数大于1%时, 即进入钝化阶段, 钝化时间为6h 。3. 3 清洗效果清洗后有关单位联合检查结果为:汽包内部有明显的分界线, 表面呈钢灰色

16、, 无残留氧化皮焊渣; 水冷壁、省煤器管内表面清洁, 无点蚀及二次锈, 所有表面均已形成完整致密的钢灰色保护膜。清洗指示片的平均腐蚀速率为0. 5320g/(m 2#h 。除氧器内部清洗干净、无沉积物。经现场专家评审, 清洗效果被评为优良。在锅炉点火吹管期间, 炉水在几小时内即澄清, 各项指标均在短期内达到标准。在随后的整套装置启动中, 各项水汽指标也均达到要求, 说明整个化学清洗较好地达到了除垢和钝化的目的。4 结论火电厂的热力设备, 在新建和运行一段时间后均需要进行化学清洗处理, 以便维持机组的安全经济运行。由于EDTA 清洗工艺具有工艺简便, 清洗范围大, 腐蚀速率小, 清洗时间较短和对人身和设备安全可靠等特点, 可广泛用于各种锅炉的化学清洗。参考文献1 崔延奎. ED TA 化学清洗的理化过程及工艺条件选择J.内蒙古电力技术, 1996, (3 :36-40.2 卓 山. EDTA 化学清洗综述J.浙江电力, 1996, (6 :30-32.3 曹 路, 李正奉. 火电机组锅炉的EDTA 化学清洗J.清洗世界, 2004, (8 :18-20.4 中华人民共和国国家经济贸易委员会. DL/T 7942001. 火力发电厂锅炉化学清洗导则S