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火力发电厂化学清洗技术现状和展望

发布时间：2010/11/3 阅读次数：1267 字体大小: 【小】【中】【大】

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化学清洗作为一种常见有效的清洗方法，是火力
发电厂化学监督和管理工作一个重要内容，火力发电
厂的热力设备，在启用和运转过程中需要进行化学清
洗处理，以维持设备的安全经济运行。本文讨论了目
前火力发电厂的化学清洗技术研究进展，包括常用酸
洗工艺、酸洗缓蚀剂、清洗废水处理等。
是一项高效清洗技术，其原理是将酸性物质与受热面
管内壁的沉积物进行化学反应，在清洗液中通过鼓泡
的方式形成气液两相流，使清洗剂更有效地与污垢接
触，把水不溶性沉积物变成可溶性盐类溶解在清洗介
质中，然后随清洗液而除去，并对清洗后的清洁金属
面进行保护性钝化处理，防止二次腐蚀发生。
1.2 锅炉化学清洗的相关规定
原国家电力公司DL/T 794-2001《火力发电厂锅
炉化学清洗导则》中的有关规定，锅炉系统在投运之
前，锅炉受热面必须进行化学清洗，以除去设备在生
产、运输、存放、安装过程中所产生的腐蚀产物、焊
渣、泥沙等污染物，保证机组启动后水汽品质尽快合
格。在锅炉运行中，随着炉水的不断蒸发，水质会变
得较差，在炉管内壁会形成各种污垢，包括钙镁垢、铁
垢、硅垢等，不仅影响锅炉的热效率和水汽质量，而
火力发电厂化学清洗技术现状和展望
张大全
（上海电力学院环境工程系，上海 200090）
摘要介绍了目前国内火力发电厂化学清洗技术状况，并指出了火力发电厂化学清
洗技术的存在的问题和发展方向。
关键词火力发电厂化学清洗技术发展方向
中图分类号 TK 269.2 文献标识码 B
1 火力发电厂化学清洗技术概况
1.1 化学清洗工艺及清洗方式
火力发电厂化学清洗的范围包括电厂的热力设备
如锅炉、凝汽器和水处理反渗透系统等，化学清洗工
艺一般为：水洗 → 碱煮 → 漂洗 → 酸洗 → 水洗 →
钝化等，常用的酸种从盐酸、柠檬酸、EDTA 等发展
到混合酸清洗。清洗方式也从传统的“液相”清洗发
展到“两相流”的清洗。“气液两相流”化学清洗工艺且会造成爆管的事故，危及机组的安全经济运行。为
了确保锅炉机组运行中有较高的安全性、经济性、良
好的水汽品质，减少结垢和腐蚀，一方面运行中要保
证补给水的品质，另一方面也要根据情况适时地进行
化学清洗。
1.3 盐酸酸洗法
盐酸酸洗工艺，价格低廉，对硅酸盐以外的其他
水垢和铁垢有较高的溶解能力，操作简便安全，仍然
是目前使用最广泛的清洗工艺。河北某发电厂针对
660 MW 机组的自然循环汽包锅炉，采用热盐酸静态
浸泡清洗工艺，流程包括3.45 MPa压力下碱煮和热盐
酸静态浸泡、氮气顶压排放、中和钝化等，取得了较
好的效果[1]。
1.4 柠檬酸清洗法
柠檬酸清洗工艺，对氧化铁垢有很强的溶解能
力，对基体金属的腐蚀性小、危险性小、使用方便，目
前在火力发电厂锅炉清洗中应用相当广泛，柠檬酸清
洗时常用氨水或三乙醇胺将溶液pH值调整到3.5~4.0。
大连化学工业公司热电厂一台220 t/h循环流化床锅
炉，采用柠檬酸清洗工艺取得了较好的效果[2]。锅炉
及炉前系统的化学清洗以往一直使用盐酸、氢氟酸、
柠檬酸清洗等方法，但随着高参数大容量机组的出现
及奥氏体钢及特种钢材在锅炉上的应用，普通酸洗对
设备产生的危害越来越大，酸洗废液排放严重污染环
境，因此需要改进洗炉方法。
1.5 EDTA清洗法
协调乙二胺四乙酸（EDTA）洗炉是利用EDTA 的
络合原理，从弱酸性开始，依靠络合体系自身的物理
化学变化，随铁垢的不断溶解，pH 自动上升，实现除
垢和钝化一步完成，清洗液对特种钢材无危害，清洗
过程也不会出现大量沉渣堵塞管道。EDTA 清洗工艺
具有工艺简便，清洗工期短，对人身和设备安全可靠，
清洗效果好等诸多优点。扬州第二发电厂采用EDTA
铵盐法清洗锅炉，最后以充氧方式在氧化环境下加以
钝化的工艺，对600 MW发电机组的2 000 t/h的汽包
锅炉进行清洗。清洗结束后对系统进行检查，汽包金
属表面洁净，无残留氧化垢物，无二次浮锈，无镀铜
现象，且形成均匀致密的钢灰色钝化膜。割管检查炉
管内壁、监视管、临时管路情况相同。汽包和水冷壁
回路的金属指示片腐蚀速度均不大于0.49 g/(m2·h)。
被清洗金属表面无粗晶析出的过洗现象，热力系统的
设备、部件无损害。在以后的机组冲管和启动阶段中，
锅炉水汽品质都较快达到了合格水平[3]。
EDTA 清洗法以其临时系统和清洗工艺简单、清
洗时间短、安全可靠、清洗效果好等优点，在电力工
业中得到了越来越广泛的应用。但EDTA 价格昂贵，
清洗成本高，所以人们对EDTA 清洗废液进行回收利
用研究，以降低EDTA 的清洗成本。目前开发的EDTA
洗炉废液碱法回收利用工艺，就是向清洗废液中，加
入碱调整溶液到一定的pH 值，使铁离子生成氢氧化
铁从溶液中分离出去，EDTA 以离子的形式保留，直
接重复利用，据称EDTA 的回收率可达75% 以上[4]。
1.6 凝汽器的清洗
凝汽器是火力发电厂的重要附属设备，它的结垢
和腐蚀具有较大的危害。一是严重影响凝汽器铜管的
使用寿命；二是凝汽器铜管腐蚀穿孔时，将导致冷却
水漏入凝结水中，使凝结水遭受污染，将引起锅炉结
垢、腐蚀，还将使过热器和汽轮机积结盐垢。对于凝
汽器的清洗，在电厂中，可采用盐酸或氨基磺酸的清
洗方式，现在也有采用EDTA 络合的清洗方式。从传
统的停机清洗方式，研究开发不停机的清洗工艺，不
影响电力生产的正常运行[5]。HEDTA(羟基乙二胺三
乙酸)是EDTA 的一种改进型产品，具有水溶性好，螯
合能力强等特点。HEDTA 和有机酸外加缓蚀剂、粘泥
剥离剂、浸润剂等清洗助剂复配而成的全有机化学清
洗剂，经试验和工业应用表明，该配方能在不停车的情况下，对换热器内的污垢起到很好的去除作用，而
且对设备的腐蚀很小，安全可靠[6]。
1.7 反渗透膜的清洗
反渗透膜除盐是一种较为先进的水处理技术，也
是比较成熟的技术，随着电力系统高参数大容量机组
的不断发展，反渗透-离子交换除盐联合处理的水处
理工艺流程的应用十分广泛。运行中的反渗透膜必然
受到污染，使系统的出水降低，压降升高，脱盐串降
低。膜生产厂家一般规定是出现下列情况时，需要清
洗膜：（１）产水量下降10％～15％；（２）RO 各段
间压差比运行初期增加15％；（３）脱盐率下降10％～
15％；（４）产水电导率升高。
反渗透膜的污染因各地水源水质不同，预处理工
艺和效果不同而复杂化，膜的清洗成为应用中的一个
难题。各发电厂家必须结合自己的水处理工艺特点，
根据不同时期的水质变化、污染物特征进行现场实物
试验，寻找有效清洗配方，探索改进工艺程序，规范
操作监督标准，形成了一套完整的膜清洗技术，保证
较好的清洗效果。山东淄博嘉周热电有限公司，对反
渗透膜清洗采用复合清洗，并配合用甲醛或异噻唑啉
酮等杀菌剂，杀菌处理效果好，确保了运行周期[7]。
2.1 多用酸洗缓蚀剂
近几年，我国缓蚀剂的研究开发得到较快的发
展，从缓蚀剂的品种上看，分别适合于盐酸、柠檬酸
清洗的缓蚀剂已成功地在工业上得到应用。随着化学
清洗技术的发展，也对化学清洗缓蚀剂提出了更高的
要求。随着混合酸清洗技术的发展，需要开发在多种
清洗介质中同样具有很好性能的多用酸洗缓蚀剂。
Lan-826 就是我国开发的多用酸洗缓蚀剂，可用
于硝酸、氨基磺酸、羟基乙酸、硝酸和氢氟酸中。湖
南省电力试验研究所研究开发的HDH-1 多用酸洗缓
蚀剂已应用于湘潭新电厂300 MW 亚临界汽包炉的清
洗工作中，HDH-1 对盐酸、柠檬酸中的碳钢缓蚀性能
优良，且对紫铜在盐酸中的缓蚀效果良好[8]。
2.2 TPRI-6阴极型清洗缓蚀剂
目前E D T A 清洗技术在火力发电厂应用较为广
泛，促进了EDTA 清洗缓蚀剂的研究工作，最初的
EDTA 清洗缓蚀剂常采用乌洛托品、硫脲、2- 巯基苯
并噻唑的复合配方。西安热工院开发的TPRI-6 型
EDTA 清洗缓蚀剂，并在襄樊电厂的两台300 MW 的
基建炉的清洗中得到了应用[9]。TPRI-6 阴极型缓蚀
剂，其主要成分为咪唑啉，结构式为：
2 化学清洗缓蚀剂的研究及应用
2.3 酸性铜缓蚀剂SBTA
热电厂凝汽器广泛采用大型的热交换器，换热管
普遍使用黄铜、白铜等材质。苯并三唑等铜缓蚀剂在
酸性介质中缓蚀性能不理想，为适应对铜质凝汽器的
酸洗要求，上海电力学院对酸性介质铜缓蚀剂的研究
作了大量的工作，如苯并三唑衍生物、2-巯基苯并米
唑、二巯基噻二唑等，将苯并三唑单元和二巯基噻二
唑单元结合起来，合成了一个新的酸性铜缓蚀剂
SBTA[10]，结构式为:
在酸洗过程中还必须注意一个十分重要的腐蚀问
题就是由Fe3+、Cu2+引起的腐蚀，当酸洗液的Fe3+、Cu2+
含量过高时，已作为阴极去极化剂引起基体金属的腐
蚀：
阳极反应：Fe → Fe2++2e
阴极反应：Fe3++ e →Fe2+
Cu2++ e→Cu+
在一定的Fe3+、Cu2+ 离子浓度范围内，腐蚀速度与Fe3+、Cu2+ 离子浓度呈线性关系，并且还有引起点
蚀的危险，常规的酸洗缓蚀剂能抑制金属的析氢腐
蚀，但是对Fe3+、Cu2+ 引起的腐蚀没有抑制作用，对
此一般采用添加还原剂的办法来解决。硫脲是酸洗中
常用的铜离子掩蔽剂，也可还原三价铁离子。使用还
原剂不仅要考虑其还原作用，而且要考虑所加还原剂
与缓蚀剂之间的协同作用。亚硫酸钠、亚磷酸、联氨
等都具有较好的还原性，但加入清洗体系后不仅不能
达到预期效果，反而对金属基体造成危害。目前研究
使用的还原剂为氯化亚锡、抗坏血酸等。
2.4 钝化处理剂
在化学清洗工艺中，钝化处理是一个不可缺少的
工序，最早采用亚硝酸盐的钝化剂，为减少环境污染
和降低毒性，又开发出磷酸- 磷酸五钠体系、联胺体
系、双氧水体系、丙酮体系等钝化液，使钝化膜从单
一的钝化膜发展到复合钝化膜，达到了更好的钝化效
果。结合机组十八胺停用保护的时间，最近又开发了
酸洗的十八胺钝化工艺，京能电厂的一台200 MW 机
组在大修同时进行酸洗，然后采用十八胺作为钝化剂
钝化，取得了较好的效果[11]。
洗、漂洗和钝化等几个工艺环节。清洗工艺和采用的
药剂组成取决于受热面上沉积物的成分和设备材质
等。清洗剂有无机酸、有机酸，还有络合剂、缓蚀剂
及钝化剂等。在酸洗过程中除要考虑采用对人和环境
危害小的药剂外，还要防止系统泄漏现象。系统的泄
漏会对环境造成不利影响，如腐蚀损坏地坪；大量的
泄漏，还会影响酸洗质量，而且极有可能发生伤人事
故。所以一定要保证酸洗系统的严密性。酸洗前对系
统进行打压试验是确保酸洗安全进行的一项不可缺少
的重要工作。此外，酸洗系统管路用料要具有足够的
厚度，而且焊缝一定要符合压力焊接要求。
3.2 废水处理
因清洗后排出的废液中含有大量污染物质，对环
境影响较大，对酸洗废液必须经过适当处理才能排
放。锅炉化学清洗废液不但化学成分复杂，而且含量
变化范围大。化学清洗废液中含有清洗剂、缓蚀剂、钝
化剂及络合剂的残留物，此外还有大量溶解物质如
Fe、Cu、Ca、Mg 等离子，同时还有一定的颜色、气
味和泡沫。表1列举了某电厂盐酸清洗和柠檬酸清洗
的排水水质情况，调查结果表明，化学清洗废液中主
要是pH 值、COD 和金属离子等超标[12]。
选择废水处理方法时，既要考虑处理效果，又要
考虑处理费用。例如，对于有水力冲灰系统的工厂，可
以考虑结合灰水系统处理化学清洗废液，充分发挥粉
煤灰的去污作用，降低处理费用。随着大型机组的建
设和运行，锅炉清洗越来越多地采用有机酸清洗，因
此应对有机酸洗废液的处理做重点研究。柠檬酸清洗
3 化学清洗过程中的环境保护
3.1 清洗前对设备的要求
热力设备的化学清洗就是用某些化学药剂的水溶
液以溶解、剥离等方式去除水汽系统的各种沉积物，
保护锅炉受热面的洁净度，并使金属表面形成良好的
防腐保护膜。热力设备的化学清洗，一般包括碱洗、酸
表1 化学清洗废水水质
*为现有二级排放标准。
2 8 2004年第 6 期
· 28· 清洗世界第2 0 卷
废液的COD 指标高，需要进行处理才能排放。图1 为
有机酸清洗废水处理示意图[12]。
空气
废液
空气
泥浆
COD 去除剂
NaOH,Ca(OH)2
混凝剂
COD 去除剂
HCl
进入水力
冲灰系统
图1 有机酸清洗废液处理系统
２) 对汽轮机油系统的化学清洗工作需要加强。
汽轮机油系统存在庞大复杂的油管路，生成的锈蚀产
物杂质、油垢，目前尚无比较好的清除方法。
３) 随着火力发电机组超高临界、大容量的发展，
除传统的Cr-Mo 钢和Cr-MoV 钢外，一些长寿命耐热
钢如铁素体钢在电站锅炉中得到了应用，对含这些材
料的设备化学清洗需要积累经验，并及时进行总结。
４) 在目前电力供应紧张形势下，强调研究开发
凝汽器不停机的清洗工艺。随着不锈钢凝汽器、钛制
凝汽器的应用和推广，需要研制相应的清洗技术和清
洗缓蚀剂。
4 火力发电厂化学清洗的展望
１) 研究开发性能良好，毒性小的化学清洗工艺
和相应的缓蚀剂、钝化剂，对化学清洗废液进行处理、
回收利用，达到变害为宝的目的。
参考文献
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[10]
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[12]
[13]
锅炉清洗废水中,含有高浓度的柠檬酸和丙酮肟等
有机污染物。经试验，采取原水作适当稀释后，进行
耗氧曝气- 活性碳生物膜法二级处理，CODCr 总去除
率可达88％~90％；BOD5 去除率为90%。经二级处理
后的出水CODCr ＜ 100 mg/L，BOD5 ＜ 50 mg/L 可达
到较好的处理效果[13]。
EDTA 清洗废液中除有过量的EDTA 络合剂外，
主要是Fe、Cu 的螯合物。对此废液可采用回收法，将
EDTA 回收后循环使用。方法有：
１) 直接酸化法
在废液中注入无机强酸，至pH ＜ 3，则EDTA 以
结晶形式析出，回收后的废液可排到中和池进行中和
处理。
２) 碱化-酸化法
先向废液中加入强碱NaOH，至pH ≥ 11，使螯
合物解离，金属沉淀，然后分离上部清液，并加入强
无机酸，EDTA 结晶析出, 回收后的废酸碱排入中和
池，使其相互中和。
直接酸化法适合于含Fe 和Cu 量少及EDTA 量过
剩较大的废液，而碱化- 酸化法则用于相反的情况。

2007927103549832.pdf

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