欣格瑞（山東）環(huán)境科技有限公司 姚飛飛 田民格 宋 旗

內蒙某10萬千瓦槽式導熱油光熱發(fā)電項目為中國最大的百兆級槽式國家光熱發(fā)電示范項目，通過配置的10小時熔鹽儲熱系統(tǒng)，可實現24小時連續(xù)發(fā)電。項目全面投運后年發(fā)電量約3.92億千瓦時，每年可節(jié)省標煤約12萬噸、減排二氧化碳約30萬噸，對于優(yōu)化能源結構、助力碳中和及碳達峰目標的實現具有重大意義。

在光熱發(fā)電機組中，其常規(guī)島與熱傳儲熱島的作用是為蒸汽輪機提供合格的蒸汽，類似于火力發(fā)電機組中的“鍋”，遂需要對常規(guī)島以及熱傳儲熱島所有汽水系統(tǒng)采用化學清洗，對太陽島以及熱傳儲熱島所有導熱油系統(tǒng)則可以采用物理方式清洗。本文將對該槽式導熱油光熱發(fā)電機組中的常規(guī)島及熱傳儲熱島汽水系統(tǒng)的化學清洗工藝設計進行比選和優(yōu)化。

光熱發(fā)電機組的蒸汽發(fā)生系統(tǒng)不同于一般的火力發(fā)電機組的“爐”和“鍋”，其本質是高溫導熱油與爐水進行熱量交換的換熱器。為了控制蒸汽品質和熱交換部位的安全、清潔，就需要對其汽水系統(tǒng)進行化學清洗，然后再進行吹管，以避免熱力系統(tǒng)中的銹蝕產物、灰垢等污垢對汽輪機產生危害。但光熱發(fā)電機組在附屬設施配套和熱力系統(tǒng)方面與常規(guī)火力發(fā)電機組不同，這就要求在其化學清洗工作開展前，需深入了解項目自身的條件和設備、系統(tǒng)的結構特點，結合各種化學清洗工藝的藥品特性、可達到的清洗效果及其公用工程的要求等方面進行確定。

1 工藝比選

1.1 工藝概選

本次化學清洗范圍內的金屬材質包括合金鋼及碳鋼，在選擇化學清洗工藝時，首先排出無機酸化學清洗工藝，宜優(yōu)先選擇有機酸作為化學清洗主劑。本項目配置有額定蒸發(fā)量為10噸/小時的蒸汽鍋爐，其額定蒸汽壓力為1.3MPa，在化學清洗過程中利用表面換熱器加熱清洗液，可滿足有機酸清洗工藝的溫度要求。

常用的有機酸有檸檬酸、EDTA 及羥基乙酸與甲酸的復合酸。其中檸檬酸與復合酸的化學清洗工藝包含有酸洗后的水沖洗、漂洗、鈍化等工序，對除鹽水供應量要求較大，且其可達到的質量標準基本相同。其中檸檬酸為食品添加劑，安全性較高；而復合酸主要是針對垢下腐蝕較嚴重的運行機組進行清洗，其藥品價格較昂貴。在綜合考慮經濟效益及安全性后，排除復合酸的化學清洗工藝。其中EDTA 清洗工藝以EDTA 或EDTA 二鈉作為清洗主劑，在酸洗完成后，通過在酸洗液中添加部分助劑和調節(jié)pH 工作即可實現鈍化效果，可大大節(jié)省后續(xù)用水量且鈍化質量較好。本次化學清洗工藝在檸檬酸化學清洗工藝及EDTA 化學清洗工藝中進行比選。

1.2 工藝選擇

由于檸檬酸清洗工藝中包括最少兩次的水沖洗且單次用水量較大，約在清洗系統(tǒng)水容積的2～3倍。其中酸洗后的水沖洗工序較重要，如受限于供水條件該工序的沖洗時間延長，極易引起已清潔的金屬表面產生二次浮繡，進而影響后續(xù)的鈍化效果。經考察，現場除鹽水車間采用的原水為當地污水廠的中水，補水量為32m3/h，除鹽水產水量滿負荷下約在30m3/h，但原水供應量不穩(wěn)定，且存在長時間無法供水的情況，實際的除鹽水產水量即會存在較大波動。且除鹽水泵向熱傳儲熱島區(qū)域供水流量較小，最大供水流量約在70m3/h。整個清洗系統(tǒng)的水容積在230m3左右，除鹽水泵供水流量不足的情況、可通過安裝臨時管道泵作為流量補充的方式進行解決。

檸檬酸清洗工藝包含了水沖洗、檸檬酸酸洗、水沖洗、漂洗、置換、鈍化。其過程較復雜，清洗過程中的連續(xù)用水量較大。首次水沖洗至酸洗后水沖洗的間隔時間一般為升溫時間加酸洗時間，其中升溫時間約在5小時，酸洗時間約在7小時，其中再加上1小時的工序操作時間，則總的間隔時間在13小時。若原水供應充足，除鹽水產水處于滿負荷狀態(tài)，13個小時可產水約390m3，該水量不足以滿足清洗泵對化學清洗系統(tǒng)進行兩次以上的水沖洗。考慮到原水供應條件的現實情況，實際產生量會低于390m3。另外，若產水量、儲水量可滿足酸洗后水沖洗的要求，沖洗用水完成后即開始進行漂洗工序的切換，包括工序切換在內的操作時間一般在3小時，此時僅可生產合格的除鹽水約90m3，并不足以置換出清洗系統(tǒng)中的漂洗液。由于檸檬酸清洗工藝介質的特點，如出現除鹽水供水量不足則會對檸檬酸工藝的執(zhí)行產生較大影響。

EDTA 清洗工藝包含了水沖洗、EDTA 酸洗鈍化，此清洗工藝僅在酸洗前有一步水沖洗，對用水總量要求較小，除鹽水供水量對EDTA 清洗工藝的執(zhí)行影響較小。根據除鹽水供水條件的實際情況來看，本次化學清洗應優(yōu)先選用EDTA 化學清洗工藝。

2 工藝優(yōu)化

2.1 水沖洗工序優(yōu)化

在一般化學清洗工藝中，對于第一步的水沖洗一般采用開式沖洗，利用大流量的除鹽水沖洗系統(tǒng)，以較快的流速和較大的流量將系統(tǒng)及設備中的固體雜質沖出系統(tǒng)。本次化學清洗由于現場供水量及儲水量較小，采用循環(huán)沖洗及開式沖洗相結合的步驟進行。在循環(huán)沖洗中，以臨時循環(huán)泵最大負荷進行循環(huán)，使系統(tǒng)及設備中的固體雜質松動，隨液體流動，停止循環(huán)后利用壓縮空氣快速頂排循環(huán)沖洗水。通過多次的循環(huán)沖洗及排放，使被清洗設備及系統(tǒng)達到初步清潔的狀態(tài)。

多次循環(huán)沖洗結束后采用開式沖洗，在開式沖洗中包括恒流量開式沖洗及變流量開式沖洗。由于供水量較小，首先以較小的流量對系統(tǒng)進行連續(xù)的開式沖洗，沖洗至排放水較澄清。然后以清洗箱為容器，在積存較高液位后調整清洗泵負荷，以短時間較大流量對系統(tǒng)進行沖洗，利用短時間、多次的較大擾動使系統(tǒng)中的較大雜質流動起來，進一步清潔系統(tǒng)。本項目水沖洗工序用時12天，最終將系統(tǒng)渾濁發(fā)黃的排放水質沖洗至透明澄清、無機械雜質。

2.2 酸洗鈍化工藝優(yōu)化

常用的EDTA 化學清洗工藝所使用的清洗介質一般包括EDTA 銨鹽清洗和EDTA 鈉鹽清洗。本項目主蒸汽設計壓力為12.7MPa，參考DL/T794-2012《火力發(fā)電廠鍋爐化學清洗導則》的建議，對于壓力不大于15.6MPa 的鍋爐可采用EDTA 鈉鹽進行清洗。所以本次化學清洗介質可采用EDTA 鈉鹽或EDTA 銨鹽。下面對兩種工藝的特性進行評價和選擇。被清洗設備中的預熱器、蒸發(fā)器、過熱器、再熱器均為管殼式換熱器，其清洗流程如圖1。

表1 EDTA 鈉鹽與EDTA 銨鹽工藝對比

圖1 化學清洗流程圖

其中清洗液在預熱器、過熱器、再熱器中均在管程流動，其流動性較好。但被清洗設備中的蒸發(fā)器為管殼式換熱器，水平橫向布置，其管程介質為導熱油，殼程介質為水汽混合物，清洗液在其殼層流動，且設備底部化學清洗回水口較小，清洗介質在其殼程流動較慢，且由于殼程結構的特殊性，其清洗介質的分散均勻性較其他部位差。為實現對蒸發(fā)器更好的清洗效果，對兩種EDTA 清洗藥劑的溶解速度及靜態(tài)下的分散效果進行了試驗。通過在現場實驗室配置兩種清洗液的過程，檢驗藥劑溶解效果。取常用的工業(yè)級EDTA 及EDTA 二鈉鹽配置清洗液，兩種藥劑均為白色晶體。對所配置清洗液的頂部和底部pH 進行檢測，判定藥劑的分散性如下。

EDTA 二鈉鹽：溶解性。易溶，在90℃的除鹽水中溶解度較高。在加入過程中即可看到溶解現象。15g 固體藥劑溶解于500mL 除鹽水中用時30s；分散性。較好，清洗液頂部及底部的pH 值相同。EDTA：溶解性。難溶，目測在90℃的除鹽水中溶解度較小或者不溶。在加入氨水后可看到少量的溶解，需不斷攪拌才可繼續(xù)溶解。15g 固體藥劑在加入氨水及不斷攪拌條件下溶解于500mL 除鹽水中用時60s；分散性。較差，在不斷攪拌下藥劑才可溶解分散，靜態(tài)下清洗液頂部及底部的pH 值不同，溶解分散性較差。

經過試驗驗證可看出，作為溶解分散性均較好的EDTA 二鈉鹽更適合本項目中設備結構的清洗，遂本次酸洗鈍化采用EDTA 二鈉鹽。該化學清洗工藝在鈍化工序操作時僅需利用少量片狀氫氧化鈉調節(jié)清洗液pH 即可，操作方便。且由于蒸發(fā)器循環(huán)較慢，會導致整個清洗時間的延長，選用清洗速度較慢，清洗時間較長的EDTA 二鈉鹽更有利于化學清洗的安全進行。

針對EDTA 二鈉鹽的清洗工藝優(yōu)化包括了控制較高溫度、延長加藥時間、分區(qū)加強循環(huán)等方式。酸洗加藥前，控制維持系統(tǒng)溫度在90～95℃。酸洗初期加藥過程中采用少量、多次的方式，防止局部藥劑濃度過高，超過藥劑的溶解度，避免限制EDTA 二鈉鹽的溶解。在循環(huán)過程中，通過多次暫時調小其他循環(huán)回路流量和關閉其他循環(huán)回路的方式，加大蒸發(fā)器循環(huán)回路的循環(huán)清洗壓力及流量，加快蒸發(fā)器循環(huán)回路的清洗液循環(huán)速度。在分回路進行循環(huán)時，加大化驗分析頻率，通過檢測各回路化學清洗介質濃度和總鐵濃度判斷EDTA 二鈉清洗劑在清洗系統(tǒng)的分布情況和化學清洗進度。

根據以上化學清洗工藝的比選和工藝優(yōu)化，在該項目汽水系統(tǒng)化學清洗工作中執(zhí)行了優(yōu)化后的EDTA 二鈉鹽化學清洗工藝。經過縝密的設計和嚴格的執(zhí)行，化學清洗完成后，通過對汽包、監(jiān)視管、蒸發(fā)器及過熱器進行的檢查，判斷清洗效果良好。

圖2 化學清洗前、后汽包內部狀態(tài)

圖3 化學清洗前、后監(jiān)視管

3 結語

針對光熱發(fā)電機組常規(guī)島及熱傳儲熱島汽水系統(tǒng)與常規(guī)熱力機組系統(tǒng)的差異，結合各化學清洗工藝及化學清洗藥品的特點，初步篩選了適用于該光熱發(fā)電機組汽水系統(tǒng)的清洗工藝。并根據實驗結果，對化學清洗工藝進行了優(yōu)化，據此可得出以下結論：

根據公用工程條件和被清洗系統(tǒng)設備的結構特點，槽式導熱油光熱發(fā)電機組的常規(guī)島和熱傳儲熱島汽水系統(tǒng)化學清洗宜優(yōu)先選用EDTA 二鈉鹽為介質進行化學清洗；通過循環(huán)沖洗、帶壓頂排和變流量開式沖洗優(yōu)化水沖洗工序可為下一步的酸洗鈍化創(chuàng)造良好的條件。但受限于現場除鹽水產水能力的限值，該沖洗方式需較長的沖洗時間。在制定工期計劃和進度安排時，需區(qū)別于一般火力發(fā)電機組的化學清洗情況，預留出較長的水沖洗時間；通過控制較高溫度、延長加藥時間、分區(qū)加強循環(huán)的方式優(yōu)化EDTA 的酸洗鈍化工序，可使被清洗金屬表面達到清潔、鈍化良好的狀態(tài)。