高壓鍋爐EDTA化學清洗實踐

許懷鵬,張永福,孔 苑

(馬鞍山鋼鐵股份有限公司熱電總廠，安徽馬鞍山 243000）

引言

馬鋼熱電總廠1#鍋爐系上海鍋爐廠生產的SG 220/9.8-M295型燃煤自然循環汽包爐，額定蒸發量為220 t/h，過熱蒸汽壓力為9.8 MPa，過熱蒸汽溫度為540℃，于1993年投入運行。鍋爐采用“Π”形布置。爐本體水循環流程是：爐水由汽包→四根ф133×25大直徑下降管→44根ф133×10支管→14個水冷壁下集箱→364根鰭片ф60×5水冷壁管→上集箱→44根ф133×10支管→汽包。水冷壁由14個汽水回路組成，前后墻各4個，左右側墻各3個。除過熱器外，汽包(φ1600×11732)材質為 19Mn5，其它均20A。爐本體運行時水容積約70 m3。

鍋爐投產前進行過HCl化學清洗，2000年11月因鍋爐水冷壁向火側結垢量超過《DL/T 794火力發電廠鍋爐化學清洗導則》規定的上限值，進行過一次HCl化學清洗。2016年1月份，該鍋爐大修前割管檢查發現水冷壁向火側結垢量達到1363.3 g/m2、省煤器管結垢量達到59.3 g/m2，且垢下有明顯腐蝕坑點，垢樣成分如下：水份(0.15%),灼燒減量(0.34%)，酸不溶物 (0.52%)，SiO2(0.09%),Fe2O3(63.42%),CaO(2.76%),MgO(1.09%),(1.42%)，P2O5(22.00%),(3.25%),CuO(1.20%)，合計 96.24%。

根據《DL/T 794火力發電廠鍋爐化學清洗導則》規定，該爐亟需進行化學清洗。通常，鍋爐本體及爐前系統的化學清洗一般采用鹽酸、氫氟酸、檸檬酸等方法，普通酸洗方法雖然除垢效果較好，但經酸洗的設備易帶來腐蝕，隨著機組參數、容量的增大，腐蝕危害也越發明顯。同時，普通酸洗廢液的排放對環境的危害也比較嚴重。綜合比較本次化學清洗的范圍、鍋爐結構特點、主要部件的材質、結垢的特點、廢液的排放等因素，確定采用EDTA化學清洗方法。

1 EDTA化學清洗原理

EDTA學名乙二胺四乙酸，其化學式為C10H16N2O8，常溫常壓下為白色粉末，熔點為250℃，易溶于氫氧化鈉，碳酸鈉及氨的溶液，微溶于水，冷水中溶解速度較慢。它是一種絡合能力很強的絡合劑，能與 Mg2+、Ca2+、Mn2+、Fe2+等金屬離子形成不同絡合比的絡合物。

EDTA對金屬離子的絡合能力隨溶液的pH值不同而變化。當pH值為4.6～8.0時，EDTA呈二鈉鹽與三鈉鹽共存的狀態，此時它與鐵離子的絡合能力最強，可在瞬間形成穩定的1:1絡合物：

當采用EDTA絡合清洗以鐵垢為主要成分的鍋爐時，在EDTA的絡合作用下，Fe2O3、FeO的水解反應不斷向右移動，鐵垢不斷溶解。由于清洗過程中會產生氫氧化鈉，隨著垢的清除，清洗溶液的pH值自動由清洗開始的4.5左右逐漸升高至清洗結束時的9.0以上，金屬材料由腐蝕狀態轉向鈍化狀態，形成清洗與鈍化先后連續不間斷、一步完成的簡單工藝。因EDTA在水中的溶解度較小，實際中常使用溶解度較大的EDTA二鈉鹽和EDTA銨鹽。

2 化學清洗工藝和控制參數

2.1 清洗范圍

根據《DL/T 794火力發電廠鍋爐化學清洗導則》的要求，結合設備實際運行情況確定該爐的化學清洗的范圍為汽包、水冷壁及其上、下集箱等鍋爐本體部分。過熱器、省煤器不參加化學清洗。

2.2 清洗工藝

清洗工藝：水沖洗→EDTA-2Na酸洗鈍化一步法→排水→檢查驗收。

清洗方式：強制循環清洗。汽包汽水分離器等不參加清洗，清洗前將其拆除。臨時管與爐本體相接的焊口，選在大直徑下降管下部手孔及省煤器放水管。現場用除鹽水由電廠除鹽水母管引出，化學供水至清洗箱。加溫汽源采用鍋爐底部點火加溫系統，汽源參數為：壓力 0.8～1.2 MPa，溫度250～350 ℃。清洗廢液臨時排放至化學中和池存儲，后由槽車倒運至煤場噴淋到煤堆中送入鍋爐焚燒。

2.3 清洗液濃度

清洗液中EDTA-2Na的濃度一般都是按系統總垢量的大小進行理論計算，加上維持清洗液最低殘留質量分數為1.5%來確定。根據1#鍋爐水冷壁結垢量估算，經試驗室模擬化學清洗試驗確定，選定本次EDTA清洗介質濃度為6.0%。

2.4 清洗溫度

EDTA在常溫下與于氧化鐵的絡合速度較慢，隨著溫度的增加反應速度會加快，同時EDTA熱分解速度也顯著增大,通常要求清洗溫度不超過140℃。根據現場情況，選定本次EDTA清洗介質溫度為（120±10）℃，鈍化溫度為（90±5）℃。

3 化學清洗過程

為保護過熱器在清洗中、清洗后不受到腐蝕，化學清洗正式開始之前，配置400 mg/L DMKO保護液,并用氨水調整pH至9.5～10，溢入過熱器。

3.1 水沖洗

采用除鹽水循環沖洗鍋爐本體、化學清洗臨時系統約4 h，至出水澄清。

3.2 化學清洗

清洗水循環建立以后，投清洗箱蒸汽加熱，水溫達70℃時，投加IS-136緩蝕劑，維持其濃度為0.3%～0.5%；80 ℃時，開始投加EDTA-2Na，維持其濃度為6.0%～6.5%，監測清洗液pH值4.5～5.5，必要時加NaOH調整；在90～95℃循環清洗4 h后，將清洗箱短路，投鍋爐底部加熱系統，將鍋爐水冷壁分為兩個部分建立循環，升溫至120～130℃循環清洗10 h，EDTA濃度應保證在循環清洗結束時不低于1.5%～2.0%，否則應補加。根據清洗液中全鐵含量基本穩定、二價鐵離子含量不在升高，及監視管內垢清洗干凈，判定清洗完成。

3.3 鈍化

停鍋爐底部加熱，待清洗液溫度降至100℃，將清洗箱并入循環系統，加NaOH調整pH值為9.5～10.0，維持溫度90～95 ℃，循環6 h鈍化結束。

3.4 廢液排放

鈍化結束后，打開爐膛人孔通風降溫，待清洗系統溫度降至70℃左右，停清洗泵，將廢液排放至化學中和池臨時存放，后送到煤場噴灑。

4 化學清洗效果評價

(1)清洗結束，檢查了汽包、水冷壁下聯箱及監視管，被清洗金屬表面清潔，無二次浮銹，無鍍銅現象，保護膜完整。

(2)腐蝕指示片表面無點蝕及過洗現象，平均腐蝕速率為3.640 g/m2.h，腐蝕總量為54.5 g/m2，均小于《DL/T 794火力發電廠鍋爐化學清洗導則》中要求的腐蝕速率小于8 g/m2.h、腐蝕總量小于80 g/m2的標準。

5 總結

(1)EDTA清洗方法對于去除鐵垢效果良好，馬鋼熱電總廠1#鍋爐經EDTA化學清洗后，除垢率高，鍋爐重新啟動后水汽品質正常，排煙溫度下降，爐效有所提高。

(2)EDTA清洗可以一步完成清洗鈍化過程，步驟簡單，操作安全，易于實施，只要選擇合理工藝，采用優良的緩蝕劑，嚴格控制清洗參數，完全可以取得滿意的除垢和鈍化效果，且腐蝕速率較低。

(3)EDTA清洗工期短，可以大大地縮短清洗時間，加快工程進度。且廢液產生量少，可以全部采用焚燒處理，環保排放壓力小。

(4)EDTA清洗對去除硅酸鹽垢、鈣鎂垢效果有限。同普通酸洗除垢工藝相比，價格偏高。