同步化学在线清洗技术在发电厂的应用.pdf

第3 1 卷 第 2期 2 0 0 9年 2月 华 电技 术 Hu a d i a n Te c h n o l o g y Vo 1 3l No 2 F e b 2 0 o 9 同步化学在 线清洗技术在发 电厂 的应用 Ap p l i c a t i o n o f s y n c h r o n i z e d o n l i n e c h e mi c a l c l e a n i n g t e c h n o l o g y i n p o we r p l a n t 孔庆甫 ， 闵智慧 K O N G Q i n g f u ， MI N Z h i h u i ( 杭州华 电半山发电有限公司 ， 浙江 杭州3 1 0 0 1 5 ) ( H a n g z h o u H u a d i a n B a n s h a n P o w e r G e n e r a t i o n C o r p o r a t i o n L i m i t e d ， H a n g z h o u 3 1 0 0 1 5 ， C h i n a ) 摘要： 利用化学在线清洗技术， 采用Y C H 1 0 7清洗剂和辅助生物黏泥剥离、 清洗及钝化一体化在线清洗 工艺， 在 不影响机组发 电的情况下， p H值控制在 4 5 ， 实施 了 3 3 9 0 MW 机 组循 环冷却水 系统 的同步在线 清洗， 有效控制 系统 内不同材质 的腐蚀速 率并取得 了满意的效果 。 以杭 州华 电半山发电有 限公 司 3 3 9 0 MW燃气 一蒸汽联合循环汽轮发电机组为例， 简述了循环水系统化学在线清洗的技术运用情况及其实施过 程和 清洗效果， 对产生的经济效益进行 了分析。 关键词： 同步化学在线清洗； 燃汽轮发电机； 循环冷却水系统； 凝汽器结垢 ； 清洗方案； 清洗效果； 经济效益 分析 中图分类号： T K 2 2 3 5 文献标志码 ： B 文章编号 ： 1 6 7 41 9 5 1 ( 2 0 0 9 ) 0 20 0 1 l一 0 5 Abs t r a c t ： Th e s y n c h r on i z e d on l i n e c h a me c i a t c l e a n i n g o f 33 9 0 MW un i t s c i r c u l a t i n g wa t e r s y s t e m wa s i mp l e me n t e d b y u s i n g t h e c h a me c a l o n l i n e c l e a ni n g t e c h n ol o g y。i n wh i c h t h e Y CH1 07 c l e a n i n g a g e n t wa s u s e d。t h e i nt e g r a t e d b i o f o u l i n g r e mo v a l 。c l e a ni n g a n d p a s s i v a t i o n p r o c e s s e s we r e a do p t e dThe c l e a n i n g p r o c e s s d i d n o t i n flu e n c e u ni t s g e ne r a t i o n，t h e pH v a l u e wa s c o nt r o l e d i n r a n g e 4 t o 5Th e n t he c o r r o s i o n r a t e s o f ma t e ria l s i n t h e s y s t e m we r e c o n t r o l e d e ff e c t i v e l y T a k i n g t h e 33 9 0 MW c o mb i n e d g a s a n d s t e a m t u r b i n e u n i t s o f Ha n g z h o u Hu a d i a n B a n s h a n Ge n e r a t i o n C o r p o r a t i o n L i mi t e d a s e x a mp l e s ，t h e a p p l i c a t i o n，i mp l e me n t p r o c e s s a n d e ff e c t o f c i r c u l a t i n g w a t e r s y s t e rn c h a me c al o n l i n e c l e a n i n g t e c h n o l o gy w e r e d e s c r i b e d b ri e fl y ，a n d i t s e c o n o mi c b e n e fi t w a s a n aly z e d Ke y wo r d s： s y n c h r o n i z e d o n l i n e c h e mi c al c l e a n i n g ；g a s t u r b i n e g e n e r a t o r s e t ；c i r c u l a t i n g c o o l i n g wa t e r s y s t e m ； c o n d e n s e r f o u l i n g；c l e a n i n g pl a n；c l e a ni n g e ffe c t ；e c o n o mi c b e n e fit a n a l y s i s 0 引言 火力发电厂中耗水最多的是循环冷却水系统的 水损失 ， 其 耗水 量约 占电厂 总耗 水 量 的 6 0 8 0 。在运行过程中， 循环水化学处理中的化学品 质量因选择不 当或者对 系统的监控调整不力等因 素， 往往会 出现凝汽器系统结垢现象 ， 对凝汽器的端 差和真空产生 了一定 的影 响， 从而影响发 电效率。 按照不同汽轮机的试验资料， 真空每降低 1 ， 汽耗 将增加 1 1 5 ， 燃料消耗量增加 1 一 2 。所 以， 对凝汽器结垢进行清洗是恢 复其换热效率 的最 直接有效的办法。 收稿 日期 ： 2 0 0 8 0 9 2 8 目前 ， 清洗除垢方法主要有机械除垢 、 单台凝汽 器化学清洗 、 化学在线清洗 3种方法 ， 在电力行业 中， 机械除垢和单台凝汽器化学清洗方法使用广泛， 化学在线清洗方法在电力系统使用极少。 该例中33 9 0 MW 燃气 一蒸汽联合循环汽轮 发电机组 ， 配置有 3台2 5 5 M W 燃气轮机， 利用燃气 轮机余热产生 的蒸汽带动 3台 1 4 2 MW 的蒸汽轮 机， 汽轮机排汽的冷却介质是水。循环冷却水系统 有如下特点： ( 1 ) 系统复杂 ， 母管制， 3台机共用 2个冷却塔 ， 冷却塔的水汇入前池 ， 再经每 台机的循环水泵送人 凝汽器 ， 冷却塔的回水方式一般为： 1机循环水 回 1 冷却塔， 3机循环水回 2冷却塔， 2机循环水部分 回 1 冷却塔， 部分回 2冷却塔。 1 2 华 电技 术 第 3 l卷 ( 2 ) 循环水量大， 冷却面积大 ， 每台机组 的最大 需水量为 2 5 6 7 8 m h ， 凝汽器冷却面积 1 0 6 2 3 m 台。 ( 3 ) 设备多 ， 材质多样 ， 机组工业冷却水系统采 用循环水为冷却介质 ， 其中设备中有碳钢 、 不锈钢材 质 ， 凝汽器换热管和管板材料为 T P 3 1 6 L ， 凝汽器壳 体及循环水管道材料为碳钢， 其中凝汽器壳体表面 衬胶 ， 循环水管道表面防腐 ， 冷却塔为钢筋混凝土 ， 其中填料为塑料。 该例循环水系统的特点是单台凝汽器化学清洗 需要分别加装临时系统 ， 这样 ， 会造成其他机组的运 行。同时 ， 临时设备多 ， 安装复杂， 只能单独清洗凝 汽器 ， 停机进行化学清洗会减少发电量 ， 造成巨大的 经济损失。该例也曾采用高压水冲洗除垢 ， 但效果 不好 。 杭州华电半山发电有限公司于2 0 0 7年 l 0月对 3 台 3 9 0 MW燃气 一 蒸汽联合循环汽轮发 电机组 的循 环冷却水系统进行了同步化学在线清洗 ， 效果明显。 1 循环冷却水 系统状况 3台 3 9 0M W 燃气 一蒸汽联合循环汽轮发 电机 组分别于 2 0 0 5年 8月 1日、 1 1月 1 2日、 1 2月 2 7日 投产， 其中凝汽器本体为韩 国制造 ， 循环冷却水系统 有关参数如下： ( 1 ) 3台机组配 2座冷却塔 ， 每台机组配 2台循 环水泵， 供水管为单元制 ， 回水管为双母 管制 ， 循环 水供水管管径为 1 9 0 0 mm钢管， 循环水回水支管管 径为 1 9 0 0 m m钢管 ， 循环水 回水母管管径为 2 4 0 0 m m钢管 ， 循环水管道面积为 7 0 0 0 m ； ( 2 ) 夏季及春秋季的运行方式 为 1机 2泵 ， 单 泵流量为 1 2 8 4 4 m h ( 3 5 7 m s ) ； 冬季的运行方式 为 1 机 1泵， 单泵流量为 1 6 2 8 7 m h ( 4 5 2 m s ) ； ( 3 ) 凝汽器冷却面积 1 0 6 2 3 m ， 循环水量 2 1 2 5 3 IT I h ， 管内水流速 2 2 7m s ， 管子长度 1 1 6 0 8 m m， 管 子有效长度 1 1 5 5 2 m m， 管子数量 1 2 1 0 0根 ， 管子材 料为 A S T M A 2 4 9 T P 3 1 6 L ， 管子直径为 2 5 4 m m。 2 凝汽器结垢情况及其试验结果 2 1 结垢情况 由于机组在最初运行期间对循环冷却水的处理 不到位等因素 ， 在 日常运行中， 发现 3台机组的凝汽 器端差逐渐上升， 影响了发电效率； 经对凝汽器打开 检查发现 ， 系统 内存在较为严重的结垢情况 ， 从垢样 成分 的分析结果看， 垢样 以 C a C O 为主要成分 ( 占 8 2 7 8 ) ， Mg C O ( 占2 3 9 ) 、 S i O 2 ( 占 2 1 2 ) 为 次要成分 ， 同时， 含有少量 的铁 、 铝氧化物。3台凝 汽器的不锈钢管均曾尝试采用 高压水机 械除垢处 理 ， 鉴于所结垢的性质 比较特别， 高压水冲洗后仍有 部分的垢残 留， 在以后运行 中结垢的速率明显加快 ， 未能有效解决问题 。 2 2 模拟试验 以此垢样在实验室进行清洗模拟试验 ， P C T模 拟试验的结果表 明， 在此浓度( Y C H 1 0 7有机清洗 剂浓度为 2 ， 用无机酸调节 ， p H值在 34 ) 下 ， 模 拟机组现场运行流速和温度 ， 1 6 h完成清洗 ， 3 6 h完 成预膜 ， 在清洗和预膜过程中， 腐蚀速度和腐蚀总量 都控制在国家标准和清洗方案规定的范 围以内， 经 过清洗 ， 能将大部分垢清除掉 。 3 清洗方案 3 1 清洗 系统及范围 化学在线清洗是利用原循环冷却水系统 ， 将化 学清洗所有药剂直接加入循环水泵前池参与循环 ， 只增加一路废 酸液输送泵及 管道 ( 至煤机灰 渣系 统 ) ， 循环水系统清洗阶段药剂用量见表 1 。 表 1 循环 水系统清洗阶段药剂用量 清洗范围： 3台机的凝汽器及其辅助系统 ( 所有 管道、 冷却塔填料等设备) 以及开式冷却水所涉及 的设备( 如换热器等) 。 3 2 系统清洗预膜工艺 3 3工艺特 点 在化学清洗前 ， 先对系统进行杀菌灭藻处理 ， 在 试验中发现 ， 循环冷却水系统大量的生物黏泥会消 耗大量清洗剂， 不但降低清洗效果， 而且增加清洗成 本。所以， 化学清洗前要尽量彻底杀菌灭藻。 在化学清洗过程中， 运行时使用 1 座冷却塔 ， 另 1 座冷却塔隔离为清水贮存池 ； 可大大减少置换时 间与水量。 水池液位控制按每台机各投 1台循环水泵的最 低安全水位运行 ， 既可保证化学清洗流速 ， 可减少清 洗剂的用量 ， 降低清洗成本和废酸液处理成本。 由于在化学清洗过程 中机组处于运行状态 ， 为 第 2期 孔庆甫， 等： 同步化学在线清洗技术在发 电厂的应用 1 3 避免化学清洗溶解的离子由于系统 中其浓度增加且 在热交换的作用下重新在管材上结垢 ， 分散剂 的使 用成为关键。 化学清洗结束后 ， 将废酸洗液打入化学清洗时 所用的冷却塔， 隔离后它可作为酸洗废液进入贮存 池， 通过临时废液泵将废液通过化学中和池出水管 输送至煤机灰渣系统。 4 化学清洗和预膜实施 4 1 系统杀菌 ( 1 ) 连续 4 d大剂量加次氯酸钠进行短期冲击 式杀菌 ， 质量浓度为 1 2 0 0 mg L 。 ( 2 ) 随后加 N 7 3 4 8生物分散剂进行黏泥剥离 ， 质量浓度为4 0 m g L ， 维持大池水面有一定的泡沫 ， 每天分析循环水的浊度变化。 4 2 化学清洗 ( 1 ) 首先对 1 、 2冷却塔进行隔离 ： 放下 1冷却 塔的出水闸f - I ， 3台机各启 1台循环水泵 ， 待 1 大池 水满后关闭回水阀。 ( 2 ) 循环水前池水位仍满足循环水泵最低水位， 陆续加入 YC H 1 1 0碳钢缓蚀剂， 质量浓度为 4 0 0 mg L。 ( 3 ) 连续加入硝酸调节循环水 p H值。 ( 4 ) 加入 YC H 1 0 7有机清洗剂， 质量浓度约 为2 0 0 0m g L ， 每 2 h监测系统 p H值 、 浊度 、 总铁及 钙离子。经水样分析发现系统 内 p H值一直处于理 想质量范围， 钙硬度趋于平稳并出现一定回落， 判断 清洗已接近终点。 ( 5 ) 在化学在线清洗期间， 1 、 3机调停， 2机 日开夜停 ； 2机在化学清洗过程中部分运行参数的 变化： 在 1 O月 1日开始化学清洗时 ， 2机负荷为 3 1 1 4 MW， 凝汽器循环冷却水进水水温为 2 8 9 5 C， 出水温度为 4 3 4 2 ， 排 汽温度为 4 7 2 9 ， 真空度 为 一 9 2 8 6 k P a ； 1 0月 2日化学清洗结束时 ， 2机负 荷为 3 4 6 4 Mw， 凝 汽器 循环 冷却 水进水 水 温为 2 8 4 6 ， 出 水 温 度 为 4 3 1 1 c c， 排 汽 温 度 为 4 6 3 8 c I = ， 真空度为 一 9 3 3 8 k P a 。 4 3 水质 置换 放下 2冷却塔的出水闸门， 打开 1冷却塔 的出 水闸门， 在此过程中， 按顺序启动每台循环水泵， 使 酸洗废液尽量 回到 2大池。开启 1冷却塔回水阀， 关闭 2冷却塔回水阀。同时， 启动 2大池安装的临 时废液泵将废液通过化学 中和池出水管输送至煤机 灰渣系统。 4 4 预膜 仍在循环水前池加入 N 7 3 5 9预膜剂和分散剂 ， 及时分析及调整系统中预膜剂浓度 ， 使系统中预膜 剂始终维持在较高 的浓度， 经过 4 8 h运行后 ， 挂片 预膜情况 良好， 预膜结束后 ， 要求对系统适当排水以 降低系统内药剂浓度转入正常运行。 4 5 化学清洗废液处理 为了化学清洗废液不外排 ， 此次清洗特别在化 学在线清洗酸液池 的 2冷却塔大池 中安装 了 1台 临时废水泵 ， 出力为 1 5 0 t h ， 并将泵出 口管连接至 化学废水泵出口母管上， 由此管道送至老厂灰渣系 统内。在灰渣系统中循环至高水位， 然后 ， 再通过灰 浆泵送到临时灰库。 化学清洗废液分析数据为： p H值为 6 1 2， S S质 量浓度为 2 2 4m g L ， C O D 为2 5 0 m g L 。 临时废水泵运行 了近 5 d ， 最后 ， 大池底部淤泥 由人工清理干净。 5 清洗预膜效果评价与化学清洗过程分析 5 1 清洗效果评价 ( 1 ) 清洗挂片情况。在此次清洗过程中， 不锈钢 挂片的失重为0 0 2 g ， 腐蚀速率为 0 0 0 0 8 g ( m h ) 。 碳钢挂片的腐蚀速率为0 5 g ( m 2 h ) ， 腐蚀速率远远 低于相关标准， 参照 C E C S l 0 3 ) 9 循环冷却水系统不 停车化学清洗和热态预膜工艺技术规程 ， 该规程表 3 0 1 技术指标 3中规定： 清洗过程中腐蚀速度 2 0碳 钢3 g ( m 2 h ) ， 不锈钢 O 3 g ( n l h ) 。 ( 2 ) 清洗过程中， 共洗掉钙垢约 1 6 t 。应为凝汽 器不锈钢管内的垢、 循环水管管道内和冷却塔填料 内的沉积物的总量。 ( 3 ) 各机组凝汽器清洗前后 比较 ， 如图 1 、 图 2 、 图3 、 图4 、 图5 、 图6所示 。 图 1 1 机清洗前出水端照片 5 2 经济效益分析 通过对化学清洗前 、 后运行机组的参数比较 ， 其 1 4 华 电技 术 第3 1卷 图 2 1 机清洗后出水端照片 图3 2机清洗前 出水端照片 图 4 2机清洗后出水端 照片 图5 3机清洗前出水端照片 端差下降和真空提高， 负荷也有不同程度的提高。 为了更好地比较清洗前后的效果 ， 特从节约成本及 增加效益 2个方面进行分析。 ( 1 ) 降低天然气耗 ， 节约成本。从表 2可 以看 出， 2机在同样工况下 ， 机组 负荷也基本相 同的情 图6 3机清洗后出水端照片 况下 ， 真空下降了0 8 k P a 。根据 同出力相近的 1 3 5 M W 煤机的试验相比较 ， 真空下降 0 8 k P a ， 1 3 5 MW 煤机的煤耗下降 0 9 6g ( k W h ) ， 折合到天然气发 电气耗可下降到 0 7 8 5 X 1 0 m ( k W h ) ， 按年发 电量 4 3亿 k W h ( 此为汽轮机发 电量 ， 机组发电 量按设计年发 电量 1 3亿 k W h ， 其中汽轮机部分 约为 1 3计) 计算为 0 7 8 51 0 ( 下降气耗 ) 4 3 00 0 0 0 0 0 ( 设计 发电量)2 9 2 7 1 ( 天然气标准热量 ) 3 5 0 5 7( 2 0 0 7 年全年平均天然气热量 ) =2 8 3 ( 万 m ) 。 表 2 同步化学在线清洗前后 2凝汽器性能 比较 注： 1 1 机 由于清洗后没有运行所 以无法对比数据； 2 2机对 比相 同工况下 ， 清洗前后真空的变化 ； 3 清洗前后的循环水系统运行方式均为双塔双泵 运行。 ( 2 ) 提高负荷 ， 增加电量 。从表 3可 以看 出： 3 机在清洗前负荷最高只能到 3 5 1 9 7 M W， 清洗后 ， 在 同样工况下 ， 机组的负荷提 高1 4 1 6 M W， 真空也相 应上升了 0 8 5 k P a 。如果以后 日常循环水处理能够 保证系统真空和端差情况 良好 ， 在其他设备条件不 变的情况下 ， 以 3机为例， 按设计设备利用小时数 3 5 0 0 h计算 ， 增加发电量 1 4 1 6 0 3 5 0 0 ( 设计设备利用小时数 )= 4 9 5 6 0 ( MW h) 。 第 2期 孔庆甫， 等 ： 同步化学在线清洗技术在发电厂的应用 l 5 相应增加的天然气用量约为 2 8 3万 m ， 天然 气气价 以 1 8 3 m ， 电价 以 0 5 3 ( k W h ) 计 ， 增加的电量的经济效益为 2 0 0 0多万 年。 表3 同步化学在线清洗前后 3凝汽器性能比较 注 ： 1 3机对 比相同工况下 ， 清洗前后负荷的变化 ； 2 清洗前后 的循环水 系统 运行方式均为双塔双泵 运行。 6 结论 ( 1 ) 本文所论述的 3台机组循环水系统的同步 化学在线清洗在国内尚属首例。该技 术的成功应 用， 说明了根据循环水系统的特点 ， 利用循环水系统 的设备进行化学在线清洗， 它不仅可以同时进行多 台机组的化学清洗， 而且不需要增加 临时管道 ( 除 废液临时管外 ) ， 大大减少 了准备工作量与时间， 在 清洗期间 ， 不影响机组的安全运行。 ( 2 ) 对系统 内进行杀菌 ， 先采用藻类黏泥剥离 的方法， 再采用有机酸与无机酸结合清洗的方法 ， 将 p H值控制在 4 5 ， 不仅洗 出了金属本色， 而且使腐 蚀率达标 ， 降低了酸耗量， 提高了清洗效果。 ( 3 ) 目前发电厂凝汽器清洗除垢方法主要有机 ( 上接第 l 0页) 相变点焊条改善焊接接头的疲劳强度 J 焊接学报， 2 0 0 1 ， 2 2 ( 5 ) ： 3 7 4 0 2 樊世英 混流式水轮机转轮裂纹原因分析及预防措施 J 水力发电， 2 0 0 2 ， 1 8 ( 5 ) ： 3 8 4 1 3 商长松， 陈杰 二滩水电站转轮裂纹原因浅析和处理对 策 J 水电站机电技术， 2 0 0 3 ( B I 2 ) ： 8 3 8 4 4 唐培甲 岩滩水电站水轮机振动问题的研