燃煤發電機組水力除渣管線在線酸洗研究與應用

張 帥

（大唐三門峽發電有限責任公司，河南三門峽 472143）

0 引言

除渣系統是火力發電廠穩定運行的關鍵，在20 世紀，由于電力工業發展相對緩慢，社會對電能的需求量很小，火力發電廠容量不是很大，水力除渣技術在二十世紀八九十年代的燃煤發電機組中較為普遍。進入21 世紀后，隨著環保政策的調整，尤其是廢水排放的限制，原來的水力除渣系統已不能滿足要求，部分發電企業為適應環保形勢，將水力除渣改為干排渣，但仍有大量發電企業由于機組布局受限、服役期限較長等原因未進行升級改造，繼續采用水力除渣。

某發電企業2×320MW 燃煤發電機組除渣系統原設計采用水力除渣方式，近年來，為降低企業生產成本，機組采用了劣質煤摻燒技術，煤質變差，渣量變大，加之近年環保要求的提高，發電企業一直在探索廢水零排放路線，渣水系統廢水實現自循環使用，渣水堿度逐漸升高，管道結垢現象非常突出。一旦燃燒中出現焦塊，很容易造成渣管線的堵塞，嚴重影響機組的安全穩定運行[1]。

該企業通過自主探索除渣管線在線酸洗技術，有效解決了渣管線結垢的問題，對其他企業同類型除渣系統有很好的借鑒作用。本文針對除渣管線結垢及在線酸洗進行詳細的分析和討論。

1 系統現狀

某燃煤發電企業一期2×320MW 機組，設計煤種為低硫煤和地方煤（見表1）的混合煤種。

表1 機組燃煤特性表

除渣系統設計為水力除渣運行方式，每臺爐配置2 臺撈渣機、2 臺碎渣機、3 臺渣漿泵每臺渣漿泵各配置1 條DN150 的渣管道，由渣漿泵將渣水混合物輸送入一期脫水倉。一期1 號、2 號爐共用2 個直徑10m 的脫水倉、1 個回水池和2 臺回水泵。

除渣系統原使用沖洗水泵將循環水升壓后作為除渣系統渣溝沖洗使用，隨著環保政策的變化，公司自2013 年開始逐步探索廢水零排放路線，將澄清后的清水回用，除渣系統基本實現渣水自循環使用。

長期廢水自循環后，渣水中堿性離子濃度越來越高，經專業技術人員測量渣水堿度pH 值最高達到11 ～12，渣水呈現強堿性，渣管線管壁內部嚴重結垢；同時由于渣塊的沖刷作用，管線整體呈現為上部結垢下部磨損，如圖1 所示，上部垢層厚度在50mm 左右，下部垢層15mm左右，管道通經從140mm 縮減到80mm。

圖1 渣管線結垢圖（上部垢層50mm，下部垢層15mm）

渣漿泵額定電流83.4A，管道結垢后渣漿泵運行電流已下降至52 ～55A，單臺泵出力已無法滿足渣漿前池的液位控制要求，撈渣機渣溝頻繁堵塞導致除渣系統停運；而兩臺泵運行導致渣池液位迅速被打空，需頻繁啟停渣泵，導致渣泵頻繁發生故障[2]。

除渣系統的運行狀況直接決定了鍋爐撈渣機的安全穩定運行，每次渣溝堵渣、溢流都將導致撈渣機系統停運，嚴重時甚至需要關閉撈渣機液壓關斷門進行處理，而液壓關斷門的操作對鍋爐燃燒系統又帶來副作用，鍋爐更容易結焦，除渣系統進入了“鍋爐結焦→堵塞渣溝、管線堵塞→渣泵停運→關閉液壓關斷門→鍋爐結焦”的惡性循環。同時每次除渣系統故障，大量人員聚集在撈渣機系統、渣泵系統周圍進行搶修，一旦高溫渣塊噴出，將造成不可挽回的人員傷亡。

2 方案內容

目前，除渣管道結垢的處理方案主要有兩種：一是管道定期翻轉，利用渣塊的沖刷作用使垢層減薄，但此方法需在管道的全過程生命管理中實施，每個大修周期定期翻轉，缺點是每次需要投入大量人工成本，按照企業實際狀況每次約需30 萬元。二是更換新管道，缺點是資金投入較大。經測算，單臺爐3 根渣管線更換費用約為70 萬元；按照技術人員測算結垢速率10 ～15mm/年，一個大修周期即需要再次更換。兩種方案的資金投入都很難被瀕臨虧損的企業所接受[3]。

管道酸洗在除渣系統中應用較少，更多應用于鍋爐爐管酸洗。為改善除渣系統的困局，該企業結合1、2 號爐渣管線的實際情況，借鑒鍋爐爐管酸洗的工藝方法，自主策劃，對管線進行在線酸洗。

酸洗工序包括“酸洗準備 →加藥→化學酸洗→沖洗→酸洗后的系統拆除及恢復”，重點在于控制酸洗步驟。

經過垢層酸洗實驗，管線酸洗的藥劑選用標準為：緩蝕劑濃度0.5%～1%，鹽酸濃度5%～10%。

2.1 酸洗前準備工作

本次酸洗方案以1 號爐渣漿前池為進酸口，不停機在線對2 號爐渣管線酸洗。具體系統如圖2 所示。（1）在1、2 號爐鍋爐房內鋪設臨時互聯管道，將2 號爐1 號渣泵出口管連接至1 號爐渣漿前池，同時將脫水倉上部1 號爐1 號渣管線出口管和2 號爐1 號渣管線出口管聯通。使之形成“1 號爐渣漿前池—1 號爐1 號渣管線—2 號爐1 號渣管線—1 號爐渣漿前池”的閉式循環。一條管線酸洗完成后按相同方案進行下一條管線；（2）為避免管道酸洗過程中存在氣體滯留在管道內形成氣阻，在脫水倉頂部及其他管線相對高點開孔，安裝若干排氣閥門，在化學酸洗期間，定期進行排氣；（3）酸洗前應對渣漿前池池壁刷防腐漆，防止酸液腐蝕池壁；（4）臨時酸洗加藥系統安裝完畢后，應啟動酸洗循環泵進行沖水查漏，消除漏點，水壓合格無泄漏方可進行加藥操作；（5）循環泵出口壓力表指示準確；（6）直接接觸酸堿人員應穿耐酸工作服，戴防護眼鏡；（7）現場應備有防酸堿燒傷的急救藥品以及毛巾、藥棉等[4]。

圖2 不停機在線酸洗系統示意圖

2.2 加藥

（1）系統連接完成后，啟動循環泵建立循環，檢查臨時系統與正式系統的嚴密性，并檢查系統隔離是否完善，保證化學酸洗液不進入其他系統或設備；（2）沖洗后，在1 號爐渣漿池中加入緩蝕劑，使緩蝕劑在系統內流通0.5 ～1h，保證緩蝕劑在系統內循環均勻。緩蝕劑可吸附在裸露的金屬基體上，避免金屬基體的腐蝕。

2.3 化學酸洗

（1）緩蝕劑循環均勻后，緩慢加入鹽酸開始酸洗。并將酸度控制在5%～10%，濃度過大，垢層脫落可能會堵塞管道；濃度過小則反應較慢，導致酸洗時間加長。酸洗后30min 測一次濃度值，根據檢測結果適當調整加酸速率；（2）酸液的加入會導致系統內產生大量氣泡，在酸洗過程中應定期排出空氣。如果管線壓力波動在正常范圍、循環泵電流波動在安全值內，則可適當加快鹽酸的添加速度，使系統內產生的氣泡增多，氣泡的產生可有效增加酸液在系統內的擾動。一方面可使酸洗液膨脹，酸洗液均勻接觸所有被酸洗面；另一方面可對管線內部污垢產生擊打作用，污垢內部泡沫的產生可加快污垢的剝離，接觸污垢表面的氣泡破裂也可對污垢局部產生物理作用力；（3）應定點進行測厚。建立測厚數據記錄，發現明顯減薄應停止酸洗；（4）在酸洗期間，需要安排專人對系統進行巡查，發現泄漏立即暫停酸洗，修復后方可繼續酸洗；（5）由于酸液與垢層反應，渣漿前池內泡沫可能較多，應根據泡沫量適當添加消泡劑；（6）在酸洗后期，應檢查酸洗情況，根據檢查情況確定是否結束酸洗[5]。

2.4 水沖洗

（1）化學酸洗完成后，可補入澄清工業水將管線系統內的酸液排出系統，沖洗至排放水pH 接近所用水質的pH 即可；（2）廢棄酸液必須中和后方可排放，禁止直接排放至廢水系統中。本系統考慮在2 號爐渣管線與1 號爐渣漿前池互聯時加裝閥門及排廢液管路，廢液排至2 號爐排污泵坑，由排污泵打至2 號爐渣漿前池，再通過2 號爐渣泵排至脫水倉進行中和。在此循環中由于酸液已被管道內垢層中和，且廢液內有緩蝕劑，途徑各級渣水池子再次被堿性渣水中和，對設備腐蝕很小，且廢水經中和后回用，對廢水系統無任何影響[6]；（3）由于酸洗過程中垢層脫落的不確定性，應在管道垂直上坡段解體沖洗，檢查管道內是否存在大塊垢片，防止垢片脫落后堆積在垂直上坡段無法沖出而影響渣泵出力[7]。

2.5 系統恢復

系統沖洗完成后，將臨時系統全部拆除，運行試運渣漿泵。經試運，渣漿泵電流由酸洗前的52 ～55A 上升到酸洗后的67 ～72A，渣漿泵出力恢復至設計水平。

3 結語

經過不斷摸索調整，該企業利用2 個月時間將2 臺爐6 根渣管線不停機在線酸洗完畢，有效清理了除渣管道內的垢層，消除了困擾公司多時的除渣系統結垢隱患，提高了除渣系統可靠性；同時通過自主對渣管線的在線酸洗，為公司節約了近140 萬元費用，為企業降本增效做出了巨大貢獻，對同類型除渣系統的企業有很好的借鑒作用。