化學清洗技術在火電廠輸灰管道內壁清洗中的應用及發展
發布時間：2019-07-16
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目前，我國火電廠普遍采用水力輸灰方式進行輸灰。在運行過程中管道內壁易產生堅硬的灰垢，隨著時間的推移，垢層逐漸增厚，致使灰水管道流通面積減少，管內灰水流動阻力增大，能耗增加，直接影響機組的安全運行。為了安全、穩定、長周期、滿負荷、低能耗地運轉，需要對灰水管道及時進行清洗。對于灰水管道中灰垢的清洗技術，國內外都進行了許多研究。在我國采用的有化學清洗、高壓水射流清洗、PIG（清管器）清洗等，化學清洗是應用廣的清洗技術。
一、輸灰管道結垢原理
輸灰管道中的灰垢是干（濕）灰和水在輸送過程中發生化學反應產生的沉積物，其垢質堅硬，呈灰色，一般按水流方向呈層疊分布。煤粉中的碳酸鈣經高溫作用轉化為氧化鈣，部分氧化鈣混雜于玻璃體內或以硫酸鈣形式存在，部分以游離氧化鈣存在。在輸灰過程中，游離的氧化鈣不斷溶解于水中，使灰水中的Ca2+和pH值不斷升高，OH-的增加使HCO3-轉化為CO32-，當灰水中的Ca2+和CO32-濃度超過一定過飽和度時，碳酸鈣便結晶析出，沉積在輸灰管道內壁上形成灰垢。因此，輸灰管道中灰垢的主要成分為碳酸鈣。
影響輸灰管道結垢的因素是煤灰中鈣的含量、沖灰水的pH值、硬度和沖灰水量等。煤灰中鈣的的含量越高，結垢速度越快；沖灰水的硬度越高，水量越小，結垢傾向越大；沖灰水在堿性條件下，易結垢。
二、化學清洗(保潔)原理
化學清洗是利用無機酸與灰垢發生化學反應，生成可溶性的鹽而將灰垢清除的一種技術。在化學反應中產生的CO2氣體可對灰垢產生剝離作用，使部分灰垢脫落而被清洗液帶出管外。但是CO2氣體也會聚積于輸灰管道的高點或管道的上部，形成氣阻，造成酸洗液與管頂灰垢隔離，使管內的灰垢不能充分與酸洗液接觸發生反應。致使管道底部灰垢已清除干凈，管道頂部還有大量余垢未清洗掉，可能產生管道頂垢塌落，造成堵管等事故。為防止此情況的發生，在清洗時需在管道頂部加一些排氣裝置及時排氣。酸與灰垢的反應如下：
CaCO3+2H+=Ca2++H2O+CO2↑
針對火電廠輸灰管道化學清洗工藝中存在的問題——酸對金屬的腐蝕及在酸洗過程中產生氣阻造成灰垢塌落甚至堵管的危害，曲阜天藍清洗服務有限公司研制出了新的藥劑輸灰管運行清洗緩蝕劑和管道清剝離劑，為酸洗工藝過程中減少腐蝕和危害，提高酸的利用率提供了保障。如清洗時為抑制酸洗液對管道的腐蝕，在酸洗液中添加輸灰管運行清洗緩蝕劑。為防止反應產生的二氧化碳聚積在管內產生氣阻，使灰垢不能與酸液充分反應，在酸洗液中加入一定量的管道清剝離劑。
三、化學清洗工藝
1、循環清洗
循環清洗是利用兩條原有的平行排灰管線組成回路，與清洗泵站形成循環系統，加入一定濃度的酸洗液，在灰水管道中循環流動清洗，并在酸度下降至一定程度時，不斷補充酸液。對于短距離的單條灰水管道，若條件許可，可鋪設一條臨時管道與其構成循環回路清洗。該工藝需在停運狀態下進行，且工藝復雜，成本較高。
2、開路清洗
在清洗時不能有兩條灰管形成回路，只能采用單條灰管開路清洗。方法是將灰管一端與清洗裝置連接，在配液罐中連續配制一定濃度的酸洗液，連續或間歇地注入灰管中。此工藝需在停運狀態下增加清洗設備，成本較高。
3、不停運化學清洗
該工藝是在灰管正常輸灰不停運的狀態下，連續注入一定量的酸液，同時注入一定量的輸灰管運行清洗緩蝕劑和管道清剝離劑，開路清洗。清洗助劑的主要作用是在一定濃度及流速的酸液中，促進酸液與灰垢的反應，同時增加二氧化碳在水中的溶解度，減少氣阻的產生，保證灰管的清洗質量。
操作方法是：清洗前，先按管道中總垢量估算出所需的酸量，再根據灰水流量及酸度計算出加酸速度及輸灰管運行清洗緩蝕劑和管道清剝離劑的加入流速。清洗時，在灰管前端取樣點每隔30 min取樣測試酸度，并通過加酸的流量調節來嚴格控制酸度。清洗后期，在灰管末端每隔15 min取樣測試pH值，當pH值達到一定數值并保持30 min不變時，可判定清洗結束。
此種工藝方法具有如下特點：
(1) 不增加清洗設備（直接在灰水池加藥），清洗系統簡單。
(2)酸利用率高。由于不停機清洗，一般輸灰管道內壓力較大，酸與垢反應生成大量CO2氣體，當輸灰管線距離較長時，在這個體系中，參加清洗反應除酸外的物質有：氣體CO2、溶解于水中的二氧化碳（CO2）、碳酸（H2CO3）、碳酸氫根離子（HCO3-）、碳酸根（CO32-）、灰垢（CaCO3）、活性氧化鈣（CaO）組成的反應體系，并存在這樣一個反應平衡：
CO2（氣） CO2（液） K=10-1.5
CO2（液）+H2O H2CO3 Km=10-2.8
在輸灰管道清洗過程中,由于酸性灰漿液在管道中流動時間長,灰漿液中二氧化碳量相當多,從量值關系上看：
CO2(氣)＞＞CO2(液)＞＞H2CO3，
這樣為反應：
CaCO3+H2CO3=Ca(HCO3)2
提供有利條件,從而提高酸的利用率。
?。?）除垢徹底。
?。?）不影響輸灰管道的正常運行。
四、結論
通過3種清洗工藝的分析，化學運行清洗是輸灰管道清洗的一種較為理想的清洗方式，也是今后發展的方向。
一、輸灰管道結垢原理
輸灰管道中的灰垢是干（濕）灰和水在輸送過程中發生化學反應產生的沉積物，其垢質堅硬，呈灰色，一般按水流方向呈層疊分布。煤粉中的碳酸鈣經高溫作用轉化為氧化鈣，部分氧化鈣混雜于玻璃體內或以硫酸鈣形式存在，部分以游離氧化鈣存在。在輸灰過程中，游離的氧化鈣不斷溶解于水中，使灰水中的Ca2+和pH值不斷升高，OH-的增加使HCO3-轉化為CO32-，當灰水中的Ca2+和CO32-濃度超過一定過飽和度時，碳酸鈣便結晶析出，沉積在輸灰管道內壁上形成灰垢。因此，輸灰管道中灰垢的主要成分為碳酸鈣。
影響輸灰管道結垢的因素是煤灰中鈣的含量、沖灰水的pH值、硬度和沖灰水量等。煤灰中鈣的的含量越高，結垢速度越快；沖灰水的硬度越高，水量越小，結垢傾向越大；沖灰水在堿性條件下，易結垢。
二、化學清洗(保潔)原理
化學清洗是利用無機酸與灰垢發生化學反應，生成可溶性的鹽而將灰垢清除的一種技術。在化學反應中產生的CO2氣體可對灰垢產生剝離作用，使部分灰垢脫落而被清洗液帶出管外。但是CO2氣體也會聚積于輸灰管道的高點或管道的上部，形成氣阻，造成酸洗液與管頂灰垢隔離，使管內的灰垢不能充分與酸洗液接觸發生反應。致使管道底部灰垢已清除干凈，管道頂部還有大量余垢未清洗掉，可能產生管道頂垢塌落，造成堵管等事故。為防止此情況的發生，在清洗時需在管道頂部加一些排氣裝置及時排氣。酸與灰垢的反應如下：
CaCO3+2H+=Ca2++H2O+CO2↑
針對火電廠輸灰管道化學清洗工藝中存在的問題——酸對金屬的腐蝕及在酸洗過程中產生氣阻造成灰垢塌落甚至堵管的危害，曲阜天藍清洗服務有限公司研制出了新的藥劑輸灰管運行清洗緩蝕劑和管道清剝離劑，為酸洗工藝過程中減少腐蝕和危害，提高酸的利用率提供了保障。如清洗時為抑制酸洗液對管道的腐蝕，在酸洗液中添加輸灰管運行清洗緩蝕劑。為防止反應產生的二氧化碳聚積在管內產生氣阻，使灰垢不能與酸液充分反應，在酸洗液中加入一定量的管道清剝離劑。
三、化學清洗工藝
1、循環清洗
循環清洗是利用兩條原有的平行排灰管線組成回路，與清洗泵站形成循環系統，加入一定濃度的酸洗液，在灰水管道中循環流動清洗，并在酸度下降至一定程度時，不斷補充酸液。對于短距離的單條灰水管道，若條件許可，可鋪設一條臨時管道與其構成循環回路清洗。該工藝需在停運狀態下進行，且工藝復雜，成本較高。
2、開路清洗
在清洗時不能有兩條灰管形成回路，只能采用單條灰管開路清洗。方法是將灰管一端與清洗裝置連接，在配液罐中連續配制一定濃度的酸洗液，連續或間歇地注入灰管中。此工藝需在停運狀態下增加清洗設備，成本較高。
3、不停運化學清洗
該工藝是在灰管正常輸灰不停運的狀態下，連續注入一定量的酸液，同時注入一定量的輸灰管運行清洗緩蝕劑和管道清剝離劑，開路清洗。清洗助劑的主要作用是在一定濃度及流速的酸液中，促進酸液與灰垢的反應，同時增加二氧化碳在水中的溶解度，減少氣阻的產生，保證灰管的清洗質量。
操作方法是：清洗前，先按管道中總垢量估算出所需的酸量，再根據灰水流量及酸度計算出加酸速度及輸灰管運行清洗緩蝕劑和管道清剝離劑的加入流速。清洗時，在灰管前端取樣點每隔30 min取樣測試酸度，并通過加酸的流量調節來嚴格控制酸度。清洗后期，在灰管末端每隔15 min取樣測試pH值，當pH值達到一定數值并保持30 min不變時，可判定清洗結束。
此種工藝方法具有如下特點：
(1) 不增加清洗設備（直接在灰水池加藥），清洗系統簡單。
(2)酸利用率高。由于不停機清洗，一般輸灰管道內壓力較大，酸與垢反應生成大量CO2氣體，當輸灰管線距離較長時，在這個體系中，參加清洗反應除酸外的物質有：氣體CO2、溶解于水中的二氧化碳（CO2）、碳酸（H2CO3）、碳酸氫根離子（HCO3-）、碳酸根（CO32-）、灰垢（CaCO3）、活性氧化鈣（CaO）組成的反應體系，并存在這樣一個反應平衡：
CO2（氣） CO2（液） K=10-1.5
CO2（液）+H2O H2CO3 Km=10-2.8
在輸灰管道清洗過程中,由于酸性灰漿液在管道中流動時間長,灰漿液中二氧化碳量相當多,從量值關系上看：
CO2(氣)＞＞CO2(液)＞＞H2CO3，
這樣為反應：
CaCO3+H2CO3=Ca(HCO3)2
提供有利條件,從而提高酸的利用率。
?。?）除垢徹底。
?。?）不影響輸灰管道的正常運行。
四、結論
通過3種清洗工藝的分析，化學運行清洗是輸灰管道清洗的一種較為理想的清洗方式，也是今后發展的方向。
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