化学清洗技术在火电厂输灰管道内壁清洗中的应用及发展

专家姓名：朱明君　　类别：输灰管道清洗剂

化学清洗技术在火电厂输灰管道内壁清洗中的应用及发展
目前，我国火电厂普遍采用水力输灰方式进行输灰。在运行过程中管道内壁易产生坚硬的灰垢，随着时间的推移，垢层逐渐增厚，致使灰水管道流通面积减少，管内灰水流动阻力增大，能耗增加，直接影响机组的安全运行。为了安全、稳定、长周期、满负荷、低能耗地运转，需要对灰水管道及时进行清洗。对于灰水管道中灰垢的清洗技术，国内外都进行了许多研究。在我国采用的有化学清洗、高压水射流清洗、PIG（清管器）清洗等，化学清洗是应用最广的清洗技术。
一、输灰管道结垢原理
输灰管道中的灰垢是干（湿）灰和水在输送过程中发生化学反应产生的沉积物，其垢质坚硬，呈灰色，一般按水流方向呈层叠分布。煤粉中的碳酸钙经高温作用转化为氧化钙，部分氧化钙混杂于玻璃体内或以硫酸钙形式存在，部分以游离氧化钙存在。在输灰过程中，游离的氧化钙不断溶解于水中，使灰水中的Ca2+和pH值不断升高，OH-的增加使HCO3-转化为CO32-，当灰水中的Ca2+和CO32-浓度超过一定过饱和度时，碳酸钙便结晶析出，沉积在输灰管道内壁上形成灰垢。因此，输灰管道中灰垢的主要成分为碳酸钙。
影响输灰管道结垢的因素是煤灰中钙的含量、冲灰水的pH值、硬度和冲灰水量等。煤灰中钙的的含量越高，结垢速度越快；冲灰水的硬度越高，水量越小，结垢倾向越大；冲灰水在碱性条件下，易结垢。
二、化学清洗原理
化学清洗是利用无机酸与灰垢发生化学反应，生成可溶性的盐而将灰垢清除的一种技术。在化学反应中产生的CO2气体可对灰垢产生剥离作用，使部分灰垢脱落而被清洗液带出管外。但是CO2气体也会聚积于输灰管道的高点或管道的上部，形成气阻，造成酸洗液与管顶灰垢隔离，使管内的灰垢不能充分与酸洗液接触发生反应。致使管道底部灰垢已清除干净，管道顶部还有大量余垢未清洗掉，可能产生管道顶垢塌落，造成堵管等事故。为防止此情况的发生，在清洗时需在管道顶部加一些排气装置及时排气。酸与灰垢的反应如下：
CaCO3+2H+=Ca2++H2O+CO2↑
针对火电厂输灰管道化学清洗工艺中存在的问题——酸对金属的腐蚀及在酸洗过程中产生气阻造成灰垢塌落甚至堵管的危害，曲阜天蓝清洗服务有限公司研制出了新的药剂输灰管运行清洗缓蚀剂和管道清剥离剂，为酸洗工艺过程中减少腐蚀和危害，提高酸的利用率提供了保障。如清洗时为抑制酸洗液对管道的腐蚀，在酸洗液中添加输灰管运行清洗缓蚀剂。为防止反应产生的二氧化碳聚积在管内产生气阻，使灰垢不能与酸液充分反应，在酸洗液中加入一定量的管道清剥离剂。
三、化学清洗工艺
1.循环清洗
循环清洗是利用两条原有的平行排灰管线组成回路，与清洗泵站形成循环系统，加入一定浓度的酸洗液，在灰水管道中循环流动清洗，并在酸度下降至一定程度时，不断补充酸液。对于短距离的单条灰水管道，若条件许可，可铺设一条临时管道与其构成循环回路清洗。该工艺需在停运状态下进行，且工艺复杂，成本较高。
2 .开路清洗
在清洗时不能有两条灰管形成回路，只能采用单条灰管开路清洗。方法是将灰管一端与清洗装置连接，在配液罐中连续配制一定浓度的酸洗液，连续或间歇地注入灰管中。此工艺需在停运状态下增加清洗设备，成本较高。
3.不停运化学清洗
该工艺是在灰管正常输灰不停运的状态下，连续注入一定量的酸液，同时注入一定量的输灰管运行清洗缓蚀剂和管道清剥离剂，开路清洗。清洗助剂的主要作用是在一定浓度及流速的酸液中，促进酸液与灰垢的反应，同时增加二氧化碳在水中的溶解度，减少气阻的产生，保证灰管的清洗质量。
操作方法是：清洗前，先按管道中总垢量估算出所需的酸量，再根据灰水流量及酸度计算出加酸速度及输灰管运行清洗缓蚀剂和管道清剥离剂的加入流速。清洗时，在灰管前端取样点每隔30 min取样测试酸度，并通过加酸的流量调节来严格控制酸度。清洗后期，在灰管末端每隔15 min取样测试pH值，当pH值达到一定数值并保持30 min不变时，可判定清洗结束。
此种工艺方法具有如下特点：
(1)不增加清洗设备（直接在灰水池加药），清洗系统简单。
(2)酸利用率高。由于不停机清洗，一般输灰管道内压力较大，酸与垢反应生成大量CO2气体，当输灰管线距离较长时，在这个体系中，参加清洗反应除酸外的物质有：气体CO2、溶解于水中的二氧化碳（CO2）、碳酸（H2CO3）、碳酸氢根离子（HCO3-）、碳酸根（CO32-）、灰垢（CaCO3）、活性氧化钙（CaO）组成的反应体系，并存在这样一个反应平衡：
CO2（气） CO2（液） K=10-1.5
CO2（液）+H2O H2CO3 Km=10-2.8
在输灰管道清洗过程中,由于酸性灰浆液在管道中流动时间长,灰浆液中二氧化碳量相当多,从量值关系上看：
CO2(气)＞＞CO2(液)＞＞H2CO3，
这样为反应：
CaCO3+H2CO3=Ca(HCO3)2
提供有利条件,从而提高酸的利用率。
（3）除垢彻底。
（4）不影响输灰管道的正常运行。
四、结 论
通过3种清洗工艺的分析，化学运行清洗是输灰管道清洗的一种较为理想的清洗方式，也是今后发展的方向。

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发表时间：2015-07-17

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