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            火力發電廠熱力設備的清洗與節能降耗

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            點擊次數:  更新時間:2014-9-22 13:19:32  【打印此頁】  【關閉

            張玉軍孫虎軍2陳霞3王懷福4 田民格5李愛兵5

            (1. 山東富倫鋼鐵熱電廠,山東萊蕪 271100;2.寧夏英力特樹脂公司熱電分公司,寧夏石嘴山 753200;3.江蘇新海發電有限公司,江蘇連云港;2220424.華能濟寧高新區熱電有限公司,山東濟

            寧 272000;5.濟寧新格瑞水處理有限公司,山東濟寧 272000;)

            摘要:火力發電廠熱力設備眾多,所有設備都會不同程度的受到結垢的影響:或降低熱效率,或影響安全生產,這對電廠的節能降耗工作是一種危害,而選擇合適的清洗工藝、及時的對熱力設備進行清洗,可以有效解決和防止這種危害,保證電廠的安全經濟運行。

            關鍵詞:火力發電廠;節能降耗;熱力設備;清洗

            Equipment Cleaning & the Energy Saving of the Thermal Power Plant

            Zhang Yujun1 Sun Hujun2 Chen Xia3Wang Huaifu4Tian Minge5Li Aibing5

            (1. Shandong Fulun Iron and Steel Thermal Power Plant,Laiwu Shandong 271100;2.Ningxia Yinglite Resin Company-Thermal Power Branch,Shi Zuishan Ningxia 753200;3.Jiangsu Xinhai Power Generation Co.,Ltd,Lian Yungang Jiangsu;2220424. Jining High-tech Development Zone Huaneng Thermal Power Plant,Jining Shandong 272000;5.Jining Scientific Green Water Treatment Co., Ltd,Jining Shandong 272000;)

            Abstract: The quantity of thermal equipments of the thermal power  plant is large, All of the equipments will be effected by the scale in different degrees: The scale

            Will lower the thermal efficiency or affect the safety production, it’s kind of  hazards   to the work of energy saving, choose proper cleaning process to clean the thermal equipments timely can effectively solve and prevent these risks, and ensure the thermal power plant operation safely and economically.

            Key Words:Thermal Power Plant;Energy Saving;Thermal Equipment;Cleaning

            一 概述

            節約能源,保護環境,是我國長期的發展方針,也是全世界所關注的課題。火力發電廠作為一次能源消耗大戶, 耗水量占到全國總用水量的10%左右,而耗煤量更是占全國總耗煤量的60%以上,因此,提高火力發電廠的資源利用率,降低能源消耗,對我國乃至整個社會的長期穩定發展具有至關重要的意義。

            火力發電廠作為二次能源生產單位,亦即一次能源消耗單位,主要工作原理就是將煤炭作為能源,利用皮帶向鍋爐傳送經處理過的煤粉,煤粉燃燒加熱鍋爐使鍋爐中的水變為水蒸汽,通過蒸汽去推動汽輪發電機發電。已經作過功的蒸汽經過凝汽器水冷,通過凝結水泵、給水泵輸送到鍋爐進行再次利用。

            看似簡單的一個流程,其專業范圍卻涵蓋了鍋爐、汽機、電氣、化水,熱力設備更是包括鍋爐本體、空氣預熱器、電除塵、脫硫GGH、除霧器、輸灰管道、凝汽器、冷油器、空冷器、循環水系統及涼水塔、氫冷器、汽輪機、油系統、反滲透裝置等等。如此眾多的設備只有有機結合在一起,才能保證電廠的安全經濟運營,任何一個環節的缺陷,都會導致電廠能耗的增加或安全的隱患。下面就從清洗的角度分析一下清洗對電廠各種熱力設備性能的提高以及對電廠節能降耗的意義。

            二 清洗對熱力設備性能提高的作用

              所謂清洗,是指物體表面受到物理、化學或生物的作用而形成的污染物或覆蓋層稱作污垢,去除這些污染物或覆蓋層而使其恢復到原表面狀況的過程稱作清洗。當然,不同的設備和不同的用途,對清洗的要求不一樣,也就是所期望達到的具體目的是不同的,對于火力發電廠熱力設備,清洗的目的和作用也不盡相同,下面我們逐一分析:

            1、  鍋爐本體

            鍋爐的作用就是將煤燃燒所產生的熱量通過爐管傳遞給爐水,使之吸熱變成高溫高壓蒸汽,能否最大限度的把煤燃燒所產生的熱量傳遞給爐水,是電廠節能降耗的重要環節,而決定這一環節的重要因素,就是鍋爐爐管的換熱效率。影響換熱效率的諸多因素中,爐管的清潔度非常關鍵,這是因為鍋爐結垢后,傳熱效率將降低,造成大量的能量浪費。垢層的熱導率與碳鋼相比很小(見表1),水垢引起相當大的傳熱損失(見表2),在維持正常生產過程中,水垢越厚,能耗越大(見表3),因此,清洗除垢能提高設備換熱效率,節約能源。

            表1 碳鋼與垢層熱導率比較(以一般水垢熱導率為1~2比較)

             

            介 質

            相對熱傳導率

            介 質

            相對熱導率

            碳鋼

            一般水垢

            硫酸鹽水垢

            碳酸鹽水垢

            40~50

            1~2

            0.5~2

            0.2~0.6

            硅酸鹽水垢

            油脂膜

            煤炭

            空氣

            0.2~0.4

            0.1

            0.05~0.1

            0.04

             

             

             

             

             

            表2 水垢引起的傳熱損失

             

            水垢厚度,mm

            傳熱損失

            硬度CaCO3

            軟質CaCO3

            硬質CaSO4

            0.5

            1.0

            1.6

            2.2

            5.2%

            9.9%

            12.6%

            14.3%

            3.5%

            8.0%

            12.5%

            15.0%

            3.0%

            9.0%

            12.6%

            14.3%

            表3 水垢厚度與能耗的關系

            水垢厚度,mm

            多耗燃料

            水垢厚度,mm

            多耗燃料

            0.80

            2.82

            3.18

            4%

            18%

            38%

            12.7

            19.05

            60%

            90%

            另外,清洗可以延長鍋爐使用壽命,這是因為鍋爐由于結垢使導熱性能下降,管壁溫度升高局部過熱可能產生爆裂等事故,鍋爐垢厚與管壁的溫度關系如表。由于結垢還會造成垢下下腐蝕。因此,清洗可降低管壁溫度,有效避免爆管事故和腐蝕穿孔,延長鍋爐使用壽命。

            表4 鍋爐垢厚與管壁的溫度的關系

             

            垢厚,mm

            不同熱導率垢層下管壁溫度  ℃

            2.0W/

            ()

            1.0W/

            ()

            0.5W/

            ()

            0.2W/

            ()

            0.1W/

            ()

            0

            1

            2

            3

            4

            5

            200

            320

            370

            410

            450

            490

            200

            380

            470

            520

            580

            610

            200

            450

            580

            650

            705

            760

            200

            605

            755

            830

            895

            920

            200

            760

            860

            950

            980

            1000

            因此,鍋爐清洗可以除去運行鍋爐金屬受熱面上積聚的氧化鐵垢、鈣鎂水垢、銅垢、硅酸鹽垢和油垢等,以免鍋內沉積物過多而影響鍋爐的安全經濟運行。鍋爐清洗包括水汽系統的化學清洗和爐膛內積灰的高壓水射流清洗,其中,由于鍋爐高溫高壓的特點,其水汽系統的清洗要求非常嚴格,DL/T794-2001《火力發電廠鍋爐化學清洗導則》對鍋爐清洗單位的資質、清洗時機、清洗工藝、清洗質量都做了明確要求。

            2.  鍋爐輔機(包括空氣預熱器、電除塵、脫硫GGH、除霧器、輸灰管道等)

            空氣預熱器作為電站鍋爐的重要組成部分,其作用是吸收鍋爐尾部煙氣中含有的大量熱量,對鍋爐爐膛給風進行預熱,使得爐膛溫度升高,燃料著火迅速并穩定燃燒。經測算,空氣預熱器正常運行時,可以使助燃空氣溫度升高10℃,可使爐膛理論燃燒溫度升高3-4℃,使排煙溫度降低10℃,可使鍋爐熱效率升高0.7%。

            但是,鍋爐煙氣中含有的大量煤灰,長期使用后,積聚在空預器的蓄熱原件中,容易堵灰結垢,影響到鍋爐系統的正常運行效率,積灰的熱阻很大,是金屬材料的幾十倍,如果傳熱元件表面有積灰存在,那么空預器的傳熱效率將會下降,嚴重時達到40%以上,造成大量有用能源的浪費。而且,積灰的存在使煙氣阻力增加,排煙溫度升高,成為鍋爐安全運行的隱患。空預器傳熱元件設計緊湊,由于積灰的沉積使通流面積大為減小,運行一段時間后,積灰問題越來越嚴重,堵塞嚴重時,電廠無法正常運行,因此,必須及時進行清洗,以提高生產效率。這時,選擇適當的時機對空預器進行高壓水射流清洗或化學清洗輔助高壓水射流清洗,使空預器恢復其設計工況,提高鍋爐的熱效率。

            煤粉在爐膛中可基本燃盡,所生產的灰可在爐膛和煙氣流經出沉積,尤其是大量的煤粉灰在三電場或四電場靜電除塵器中被除去。電除塵的陰極線、陽極板不可避免的會積聚厚厚的灰垢,如不及時清除,將大大降低除塵效果,影響正常運行,選擇適當壓力的高壓水射流清洗,可以將極板表面的灰垢徹底清除,使極板恢復如新。

            火力發電廠的除灰方式,目前有干法除灰和濕法除灰兩種,濕法除灰就是通過灰漿泵將一定比例的灰水混合物輸送到灰場中。受灰水比、灰漿泵壓力與流量以及運行頻率的影響,灰水中的灰份會沉積在輸灰管道內,造成管道內結垢,結垢厚度可達管道通徑的60%以上甚至堵死,輸灰管道結垢將會有以下危害:使灰管流通截面積變小,輸灰能力減弱;灰管結垢嚴重時會造成灰管堵塞,危害電廠的正常安全運行;灰管結垢,使灰漿輸送沿程阻力加大,使灰漿泵泵壓升高,使得能耗增加,設備運行成本加大,同時危害設備的安全運行;結垢可使灰管內壁產生不均勻充氣電池或閉塞電池而腐蝕,也可在垢下產生縫隙腐蝕,以上垢下腐蝕嚴重時會使灰管穿孔,影響電廠正常運行。 鑒于此,電廠輸灰管結垢后必須及時清洗,以保證電廠的正常、安全生產。

            電廠輸灰管道清洗可以采用機械清洗的方式,也可以采用化學清洗的方式。機械清洗原理就是通過外力將不同型號的清管器置入管道,依靠管道內所輸送介質的流動,推動清管器前進。依靠清管器上所攜帶的清洗刀具,將管道內壁上垢一層一層逐步清刮下來。并通過流動介子將清刮下來的垢帶出管道。清洗原理如下圖:

            QQ圖片20140922132213.jpg

            清洗采用化學清洗方式清洗時,一般利用輸灰系統原有設備組成清洗系統,準備好配料槽,以灰漿泵為清洗用泵,輸灰管自身為清洗管道。在配料槽內使鹽酸、緩蝕劑、促進劑等初步混合后,由加藥泵將清洗用藥品由灰漿池處加入,清洗用水為清水或灰水,經灰漿泵打入輸灰管。清洗液在輸灰管內往前輸送,在輸送過程中和灰管垢發生反應,溶解和剝離垢,清洗殘液排至灰場。

            3、              汽輪機

            我們知道進入汽輪機的蒸汽總會有一些鹽分,這些鹽份中,一類是溶于水的鈉的化合物,如硫酸鈉、氯化鈉等;另一類是不溶于水的或難溶于水的硅、鎂、鈣等的化合物,如二氧化硅、碳酸鈣等。蒸汽在汽輪機內膨脹作功時,參數降低,攜帶鹽分的能力逐漸減弱,加之汽流方向和速度多次改變,鹽分被分離出來,緊緊地粘附在噴嘴、動葉和汽閥等通流部分的表面上,形成鹽垢。汽輪機通流部分結垢后將使通流面積減小。若維持各級壓力不變,流量將減少,使汽輪機出力降低;若保持汽輪機出力不變,就需要提高新汽參數,這必然使結垢級的壓降增大,因而反動度增大,軸向推力增加。并且,汽輪機葉片的結垢厚度也不是均勻的,高速運行的汽輪機在失去平衡的狀態下,輕者發生汽輪機震動,嚴重著發生飛車事故,影響電廠安全運營。因此,汽輪機在運行中必須根據監視段壓力上升情況,判斷通流部分結垢的程度。當監視段壓力超過規定極限時,應對通流部分進行清洗。

            汽輪機常用的清洗方法有手工打磨除銹、噴砂處理、高壓水射流清洗、在線化學清洗,具體采用哪種清洗方式,需根據汽輪機的結垢程度以及電廠的檢修計劃來確定。

            汽機潤滑油系統及密封油系統在機組運行過程中,油溫升高引起的油碳化、機械磨損混入系統的金屬顆粒等都會惡化油質。為了保證潤滑油系統和密封油系統不對汽輪機軸承、軸頸、軸封環和控制系統零部件造成污染和危害,在機組運行一定時間后,根據油質分析結果,應對潤滑油系統及密封油系統進行清洗和對汽輪機油進行復新。清洗一般采用停機化學清洗的方式,清洗流程如下圖所示:

            主油箱                           交流潤滑油泵                            冷油器                            進油母管

                                  

                             空側冷油器        空側進油             氫側回油

              

                 氫側進油        氫側冷油器                     氫側密封油箱






             

            回油母管                 軸承回油管                             軸承坐進油支管    

            1

            備用油箱       油過濾           

             

            系統排空油            短接連通進回油管      油箱進除鹽水        啟動交流潤滑油泵

                                            

            合格                 抽樣檢查        50-60    水沖洗       每個軸瓦支路單獨循環

                  排污                      

                                          不合格

            壓縮空氣吹掃   50-60      抽樣檢查                合格                 油沖洗

                      

                       不合格

            油箱進油        排污            油除水               合格            系統檢查驗收

             

               油質化驗           全面驗收       

                                    2

            4、              循環冷卻水系統(包括凝汽器、冷油器、空冷器及涼水塔)

            凝汽設備是凝汽式汽輪機組的一個重要組成部分,它的工作性能直接影響整個汽輪機組的安全性、可靠性、穩定性和經濟性。而凝汽器真空度是汽輪機運行的重要指標,也是反映凝汽器綜合性能的一項主要考核指標。凝汽器的真空水平對汽輪發電機組的經濟性有著直接影響,如機組真空下降1%,機組熱耗將要上升0.6%~1%。因此保持凝汽器良好的運行工況,保證凝汽器的最有利真空,是每個發電廠節能的重要內容。而凝汽器內所形成的真空受凝汽器傳熱情況、真空系統嚴密性狀況、冷卻水的溫度、流量、機組的排汽量及抽氣器的工作狀況等因素制約。作為保證凝汽器維持良好工作狀況的措施,凝汽器管的及時清洗與預膜非常重要。

            目前我們國家的凝汽器管材材質大部分為HSn70-1、HSn70-1B、HSn70-1AB、HA177-2、BFe30-1-1、Bfe10-1-1、TA0、TA1、TA2、304、304L、316、316L等,尤以銅管居多。針對凝汽器列管的清洗,可以選擇合適壓力等級的高壓水射流進行清洗,也可以根據列管材質、垢樣分析進行化學清洗,化學清洗流程如下圖所示:

                                                      8       

                                                     4

            除鹽水

                                              甲        乙       

             工業水                          3          3     





































             

                                                  7                      

                         1     5     2      6            





            1-清洗循環箱  2-清洗循環泵  3-凝汽器  4-排氣門   5~8截門

            另外,凝汽器銅管的腐蝕也是影響發電機組安全運行的主要因素之一。據統計,國外高參數鍋爐的腐蝕損害事故中,大約有30%是由于凝汽器銅管的腐蝕損壞造成的,在我國這個比例更高。這是因為凝汽器銅管腐蝕泄漏,會使冷卻水漏入凝結水中,導致給水水質惡化,造成給水系統、鍋爐、汽輪機等設備的腐蝕與結垢,嚴重影響電廠的經濟效益,增加運行成本,甚至嚴重影響機組的安全運行,導致安全事故的發生。因此防止凝汽器銅管的腐蝕,是很重要的一項工作。目前,防止凝汽器銅管的腐蝕的措施主要是銅管表面預膜處理,包括FeSO4預膜處理和MBT預膜處理。

            銅管硫酸亞鐵成膜機理是吸附于銅管表面的氧與二價鐵離子在不同條件下,在銅管表面發生不同化學吸附反應的結果,即水中溶解氧及二價鐵離子被銅管表面上的Cu-Zn合金、氧化亞銅、氧化銅、氧化鋅等所吸附,進而水解形成難溶于水的FeO-OH膠膜,包在銅管上的結果,所以成膜過程主要是化學吸附過程,化學反應方程式為:

            4FeSO4+8H2O→4Fe(OH)2+4H2SO4          

            4Fe(OH)2+O2→4FeOOH+2H2O 。

            MBT(基苯并噻唑)作為一種銅緩蝕劑,其成膜原理是基苯并噻唑基上的氫原子能在水溶液中游離出H+,它的負離子能與銅離子結合生成十分穩定的絡合物。基苯并噻唑的銅鹽在水中幾乎不溶解,在使用的PH變化范圍內,也很穩定。MBT和金屬銅表面上的活性銅原子或銅離子產生螯合作用,形成的螯合物也可能與金屬表面上的氧化亞銅再發生化學吸附作用,在金屬表面形成一層保護膜。用此法造成的膜近似無色。這層保護膜十分致密和牢固,雖然厚度僅幾十個Å,但對銅或銅合金基體具有良好的緩蝕效果。

            通過以上預膜處理,在銅管表面形成一層堅硬致密的保護膜,腐蝕性水質就接觸不到銅質本體,可以有效防止脫鋅腐蝕、沖擊腐蝕、沉積腐蝕、應力腐蝕破裂、腐蝕疲勞等各類腐蝕,大大延長銅管的使用壽命,有利于凝汽器的安全經濟運行。

            冷卻塔作為循環冷卻水系統中的排熱設備,其工作狀況好壞歷來引不起我們重視,其實這種觀點非常錯誤,我們可以計算一下循環水溫與設計值偏差1℃時的節能潛力。 我們首先來分析冷卻塔的工作過程: 循環水從凝汽器中吸收排汽熱量,以溫度t1 送入冷水塔,經由壓力管道分流至配水槽, 熱水通過噴濺裝置散成細小均勻的水珠灑落到淋水填料上,沿填料層高度和深度與冷空氣通過蒸發、傳導和對流等方式完成熱交換。 空氣吸收熱量和水分,其溫度和濕度逐漸接近飽和狀態由塔頂逸出,循環水冷卻后,以溫度t2 返回凝汽器。由此可見,循環水的出塔水溫直接影響汽輪機的排汽壓力和循環熱效率。實際運行中,冷卻塔經常在偏離設計條件的環境下工作, 出塔水溫高于設計值導致凝汽器真空下降、機組經濟性降低,表5中列出了5種型號的機組因為塔的冷卻能力降低造成出塔水溫升高1℃時對機組經濟性的影響.

            表5 出塔水溫升高1℃時機組經濟性的變化

            機組容量MW

            25

            50

            100

            200

            300

            機組負荷MW

            25

            50

            100

            200

            300

            效率降低 %

            0.454

            0.381

            0.365

            0.328

            0.23

            煤耗率增加 g/kw.h

            1.94

            152

            1.276

            1.107

            0.798

            熱耗率增加KJ/kw.h

            56.86

            44.84

            37.56

            32.44

            23.39

            煤耗量增加t/a

            340

            536

            876

            1550

            1670

            從表5 中可看出, 電廠凝汽器循環水進口溫度升高1℃帶來的節能潛力是比較可觀的。因此,對冷卻塔的填料、布水器、水池定期清洗,恢復其設計工況,大有必要。清洗可以運行清洗,即整個循環水系統進行清洗,也可以停機單獨清洗。例如涼水塔單獨清洗,根據涼水塔填料上的污垢成分(主要是碳酸鹽、生物粘泥、菌藻等),可以先投加殺菌劑、粘泥剝離劑、硫酸等化學藥劑對填料上的污垢進行清洗,再輔助高壓水射流進行大流量重沖洗。

            5、  電廠其他熱力設備

            電廠熱力設備眾多,初上述外,還包括供熱系統的熱交換器、空冷機組的空冷島、供電系統的變壓器等等,定期清洗對于這些設備來說,同樣意義重大。

            三.結論

               為了響應國家的節能降耗政策和十一五關于節能降耗的目標,電力工作者從各個方面進行挖潛,降低煤耗和廠用電率、提高熱利用率,使節能降耗工作取得了很大成果。本文從熱力設備清洗的角度,逐一討論了電廠各種熱力設備的清洗對于節能降耗的意義,希望能給廣大電力工作者一點啟發,從而為整個節能降耗工作做出一點貢獻。

             

            參考文獻

            1.竇照英. 電力工業清洗技術 [M].北京:化學工業出版社,2005.                                  

            2.DL/T794-2001 《火力發電廠鍋爐化學清洗導則》

            3. DL/T957-2005 《火力發電廠凝汽器化學清洗及成膜導則》

             

            作者簡介:

            張玉軍,男,大學,高級工程師,山東萊蕪人,山東富倫鋼鐵熱電廠廠長,主要從事熱力發電廠生產運營管理工作。


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