燃煤发电机组水力除渣管线在线酸洗研究与应用

张 帅

（大唐三门峡发电有限责任公司，河南三门峡 472143）

0 引言

除渣系统是火力发电厂稳定运行的关键，在20 世纪，由于电力工业发展相对缓慢，社会对电能的需求量很小，火力发电厂容量不是很大，水力除渣技术在二十世纪八九十年代的燃煤发电机组中较为普遍。进入21 世纪后，随着环保政策的调整，尤其是废水排放的限制，原来的水力除渣系统已不能满足要求，部分发电企业为适应环保形势，将水力除渣改为干排渣，但仍有大量发电企业由于机组布局受限、服役期限较长等原因未进行升级改造，继续采用水力除渣。

某发电企业2×320MW 燃煤发电机组除渣系统原设计采用水力除渣方式，近年来，为降低企业生产成本，机组采用了劣质煤掺烧技术，煤质变差，渣量变大，加之近年环保要求的提高，发电企业一直在探索废水零排放路线，渣水系统废水实现自循环使用，渣水碱度逐渐升高，管道结垢现象非常突出。一旦燃烧中出现焦块，很容易造成渣管线的堵塞，严重影响机组的安全稳定运行[1]。

该企业通过自主探索除渣管线在线酸洗技术，有效解决了渣管线结垢的问题，对其他企业同类型除渣系统有很好的借鉴作用。本文针对除渣管线结垢及在线酸洗进行详细的分析和讨论。

1 系统现状

某燃煤发电企业一期2×320MW 机组，设计煤种为低硫煤和地方煤（见表1）的混合煤种。

表1 机组燃煤特性表

除渣系统设计为水力除渣运行方式，每台炉配置2 台捞渣机、2 台碎渣机、3 台渣浆泵每台渣浆泵各配置1 条DN150 的渣管道，由渣浆泵将渣水混合物输送入一期脱水仓。一期1 号、2 号炉共用2 个直径10m 的脱水仓、1 个回水池和2 台回水泵。

除渣系统原使用冲洗水泵将循环水升压后作为除渣系统渣沟冲洗使用，随着环保政策的变化，公司自2013 年开始逐步探索废水零排放路线，将澄清后的清水回用，除渣系统基本实现渣水自循环使用。

长期废水自循环后，渣水中碱性离子浓度越来越高，经专业技术人员测量渣水碱度pH 值最高达到11 ～12，渣水呈现强碱性，渣管线管壁内部严重结垢；同时由于渣块的冲刷作用，管线整体呈现为上部结垢下部磨损，如图1 所示，上部垢层厚度在50mm 左右，下部垢层15mm左右，管道通经从140mm 缩减到80mm。

图1 渣管线结垢图（上部垢层50mm，下部垢层15mm）

渣浆泵额定电流83.4A，管道结垢后渣浆泵运行电流已下降至52 ～55A，单台泵出力已无法满足渣浆前池的液位控制要求，捞渣机渣沟频繁堵塞导致除渣系统停运；而两台泵运行导致渣池液位迅速被打空，需频繁启停渣泵，导致渣泵频繁发生故障[2]。

除渣系统的运行状况直接决定了锅炉捞渣机的安全稳定运行，每次渣沟堵渣、溢流都将导致捞渣机系统停运，严重时甚至需要关闭捞渣机液压关断门进行处理，而液压关断门的操作对锅炉燃烧系统又带来副作用，锅炉更容易结焦，除渣系统进入了“锅炉结焦→堵塞渣沟、管线堵塞→渣泵停运→关闭液压关断门→锅炉结焦”的恶性循环。同时每次除渣系统故障，大量人员聚集在捞渣机系统、渣泵系统周围进行抢修，一旦高温渣块喷出，将造成不可挽回的人员伤亡。

2 方案内容

目前，除渣管道结垢的处理方案主要有两种：一是管道定期翻转，利用渣块的冲刷作用使垢层减薄，但此方法需在管道的全过程生命管理中实施，每个大修周期定期翻转，缺点是每次需要投入大量人工成本，按照企业实际状况每次约需30 万元。二是更换新管道，缺点是资金投入较大。经测算，单台炉3 根渣管线更换费用约为70 万元；按照技术人员测算结垢速率10 ～15mm/年，一个大修周期即需要再次更换。两种方案的资金投入都很难被濒临亏损的企业所接受[3]。

管道酸洗在除渣系统中应用较少，更多应用于锅炉炉管酸洗。为改善除渣系统的困局，该企业结合1、2 号炉渣管线的实际情况，借鉴锅炉炉管酸洗的工艺方法，自主策划，对管线进行在线酸洗。

酸洗工序包括“酸洗准备 →加药→化学酸洗→冲洗→酸洗后的系统拆除及恢复”，重点在于控制酸洗步骤。

经过垢层酸洗实验，管线酸洗的药剂选用标准为：缓蚀剂浓度0.5%～1%，盐酸浓度5%～10%。

2.1 酸洗前准备工作

本次酸洗方案以1 号炉渣浆前池为进酸口，不停机在线对2 号炉渣管线酸洗。具体系统如图2 所示。（1）在1、2 号炉锅炉房内铺设临时互联管道，将2 号炉1 号渣泵出口管连接至1 号炉渣浆前池，同时将脱水仓上部1 号炉1 号渣管线出口管和2 号炉1 号渣管线出口管联通。使之形成“1 号炉渣浆前池—1 号炉1 号渣管线—2 号炉1 号渣管线—1 号炉渣浆前池”的闭式循环。一条管线酸洗完成后按相同方案进行下一条管线；（2）为避免管道酸洗过程中存在气体滞留在管道内形成气阻，在脱水仓顶部及其他管线相对高点开孔，安装若干排气阀门，在化学酸洗期间，定期进行排气；（3）酸洗前应对渣浆前池池壁刷防腐漆，防止酸液腐蚀池壁；（4）临时酸洗加药系统安装完毕后，应启动酸洗循环泵进行冲水查漏，消除漏点，水压合格无泄漏方可进行加药操作；（5）循环泵出口压力表指示准确；（6）直接接触酸碱人员应穿耐酸工作服，戴防护眼镜；（7）现场应备有防酸碱烧伤的急救药品以及毛巾、药棉等[4]。

图2 不停机在线酸洗系统示意图

2.2 加药

（1）系统连接完成后，启动循环泵建立循环，检查临时系统与正式系统的严密性，并检查系统隔离是否完善，保证化学酸洗液不进入其他系统或设备；（2）冲洗后，在1 号炉渣浆池中加入缓蚀剂，使缓蚀剂在系统内流通0.5 ～1h，保证缓蚀剂在系统内循环均匀。缓蚀剂可吸附在裸露的金属基体上，避免金属基体的腐蚀。

2.3 化学酸洗

（1）缓蚀剂循环均匀后，缓慢加入盐酸开始酸洗。并将酸度控制在5%～10%，浓度过大，垢层脱落可能会堵塞管道；浓度过小则反应较慢，导致酸洗时间加长。酸洗后30min 测一次浓度值，根据检测结果适当调整加酸速率；（2）酸液的加入会导致系统内产生大量气泡，在酸洗过程中应定期排出空气。如果管线压力波动在正常范围、循环泵电流波动在安全值内，则可适当加快盐酸的添加速度，使系统内产生的气泡增多，气泡的产生可有效增加酸液在系统内的扰动。一方面可使酸洗液膨胀，酸洗液均匀接触所有被酸洗面；另一方面可对管线内部污垢产生击打作用，污垢内部泡沫的产生可加快污垢的剥离，接触污垢表面的气泡破裂也可对污垢局部产生物理作用力；（3）应定点进行测厚。建立测厚数据记录，发现明显减薄应停止酸洗；（4）在酸洗期间，需要安排专人对系统进行巡查，发现泄漏立即暂停酸洗，修复后方可继续酸洗；（5）由于酸液与垢层反应，渣浆前池内泡沫可能较多，应根据泡沫量适当添加消泡剂；（6）在酸洗后期，应检查酸洗情况，根据检查情况确定是否结束酸洗[5]。

2.4 水冲洗

（1）化学酸洗完成后，可补入澄清工业水将管线系统内的酸液排出系统，冲洗至排放水pH 接近所用水质的pH 即可；（2）废弃酸液必须中和后方可排放，禁止直接排放至废水系统中。本系统考虑在2 号炉渣管线与1 号炉渣浆前池互联时加装阀门及排废液管路，废液排至2 号炉排污泵坑，由排污泵打至2 号炉渣浆前池，再通过2 号炉渣泵排至脱水仓进行中和。在此循环中由于酸液已被管道内垢层中和，且废液内有缓蚀剂，途径各级渣水池子再次被碱性渣水中和，对设备腐蚀很小，且废水经中和后回用，对废水系统无任何影响[6]；（3）由于酸洗过程中垢层脱落的不确定性，应在管道垂直上坡段解体冲洗，检查管道内是否存在大块垢片，防止垢片脱落后堆积在垂直上坡段无法冲出而影响渣泵出力[7]。

2.5 系统恢复

系统冲洗完成后，将临时系统全部拆除，运行试运渣浆泵。经试运，渣浆泵电流由酸洗前的52 ～55A 上升到酸洗后的67 ～72A，渣浆泵出力恢复至设计水平。

3 结语

经过不断摸索调整，该企业利用2 个月时间将2 台炉6 根渣管线不停机在线酸洗完毕，有效清理了除渣管道内的垢层，消除了困扰公司多时的除渣系统结垢隐患，提高了除渣系统可靠性；同时通过自主对渣管线的在线酸洗，为公司节约了近140 万元费用，为企业降本增效做出了巨大贡献，对同类型除渣系统的企业有很好的借鉴作用。