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火力发电厂热力设备的清洗与节能降耗

点击: 上传时间:2014-9-22 13:19:32 作者:管理员

张玉军孙虎军2陈霞3王怀福4 田民格5李爱兵5

(1. 山东富伦钢铁热电厂,山东莱芜 271100;2.宁夏英力特树脂公司热电分公司,宁夏石嘴山 753200;3.江苏新海发电有限公司,江苏连云港;2220424.华能济宁高新区热电有限公司,山东济

宁 272000;5.济宁新格瑞水处理有限公司,山东济宁 272000;)

摘要:火力发电厂热力设备众多,所有设备都会不同程度的受到结垢的影响:或降低热效率,或影响安全生产,这对电厂的节能降耗工作是一种危害,而选择合适的清洗工艺、及时的对热力设备进行清洗,可以有效解决和防止这种危害,保证电厂的安全经济运行。

关键词:火力发电厂;节能降耗;热力设备;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

节约能源,保护环境,是我国长期的发展方针,也是全世界所关注的课题。火力发电厂作为一次能源消耗大户, 耗水量占到全国总用水量的10%左右,而耗煤量更是占全国总耗煤量的60%以上,因此,提高火力发电厂的资源利用率,降低能源消耗,对我国乃至整个社会的长期稳定发展具有至关重要的意义。

火力发电厂作为二次能源生产单位,亦即一次能源消耗单位,主要工作原理就是将煤炭作为能源,利用皮带向锅炉传送经处理过的煤粉,煤粉燃烧加热锅炉使锅炉中的水变为水蒸汽,通过蒸汽去推动汽轮发电机发电。已经作过功的蒸汽经过凝汽器水冷,通过凝结水泵、给水泵输送到锅炉进行再次利用。

看似简单的一个流程,其专业范围却涵盖了锅炉、汽机、电气、化水,热力设备更是包括锅炉本体、空气预热器、电除尘、脱硫GGH、除雾器、输灰管道、凝汽器、冷油器、空冷器、循环水系统及凉水塔、氢冷器、汽轮机、油系统、反渗透装置等等。如此众多的设备只有有机结合在一起,才能保证电厂的安全经济运营,任何一个环节的缺陷,都会导致电厂能耗的增加或安全的隐患。下面就从清洗的角度分析一下清洗对电厂各种热力设备性能的提高以及对电厂节能降耗的意义。

二 清洗对热力设备性能提高的作用

  所谓清洗,是指物体表面受到物理、化学或生物的作用而形成的污染物或覆盖层称作污垢,去除这些污染物或覆盖层而使其恢复到原表面状况的过程称作清洗。当然,不同的设备和不同的用途,对清洗的要求不一样,也就是所期望达到的具体目的是不同的,对于火力发电厂热力设备,清洗的目的和作用也不尽相同,下面我们逐一分析:

1、  锅炉本体

锅炉的作用就是将煤燃烧所产生的热量通过炉管传递给炉水,使之吸热变成高温高压蒸汽,能否最大限度的把煤燃烧所产生的热量传递给炉水,是电厂节能降耗的重要环节,而决定这一环节的重要因素,就是锅炉炉管的换热效率。影响换热效率的诸多因素中,炉管的清洁度非常关键,这是因为锅炉结垢后,传热效率将降低,造成大量的能量浪费。垢层的热导率与碳钢相比很小(见表1),水垢引起相当大的传热损失(见表2),在维持正常生产过程中,水垢越厚,能耗越大(见表3),因此,清洗除垢能提高设备换热效率,节约能源。

表1 碳钢与垢层热导率比较(以一般水垢热导率为1~2比较)

 

介 质

相对热传导率

介 质

相对热导率

碳钢

一般水垢

硫酸盐水垢

碳酸盐水垢

40~50

1~2

0.5~2

0.2~0.6

硅酸盐水垢

油脂膜

煤炭

空气

0.2~0.4

0.1

0.05~0.1

0.04

 

 

 

 

 

表2 水垢引起的传热损失

 

水垢厚度,mm

传热损失

硬度CaCO3

软质CaCO3

硬质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 水垢厚度与能耗的关系

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,清洗可以延长锅炉使用寿命,这是因为锅炉由于结垢使导热性能下降,管壁温度升高局部过热可能产生爆裂等事故,锅炉垢厚与管壁的温度关系如表。由于结垢还会造成垢下下腐蚀。因此,清洗可降低管壁温度,有效避免爆管事故和腐蚀穿孔,延长锅炉使用寿命。

表4 锅炉垢厚与管壁的温度的关系

 

垢厚,mm

不同热导率垢层下管壁温度  ℃

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,锅炉清洗可以除去运行锅炉金属受热面上积聚的氧化铁垢、钙镁水垢、铜垢、硅酸盐垢和油垢等,以免锅内沉积物过多而影响锅炉的安全经济运行。锅炉清洗包括水汽系统的化学清洗和炉膛内积灰的高压水射流清洗,其中,由于锅炉高温高压的特点,其水汽系统的清洗要求非常严格,DL/T794-2001《火力发电厂锅炉化学清洗导则》对锅炉清洗单位的资质、清洗时机、清洗工艺、清洗质量都做了明确要求。

2.  锅炉辅机(包括空气预热器、电除尘、脱硫GGH、除雾器、输灰管道等)

空气预热器作为电站锅炉的重要组成部分,其作用是吸收锅炉尾部烟气中含有的大量热量,对锅炉炉膛给风进行预热,使得炉膛温度升高,燃料着火迅速并稳定燃烧。经测算,空气预热器正常运行时,可以使助燃空气温度升高10℃,可使炉膛理论燃烧温度升高3-4℃,使排烟温度降低10℃,可使锅炉热效率升高0.7%。

但是,锅炉烟气中含有的大量煤灰,长期使用后,积聚在空预器的蓄热原件中,容易堵灰结垢,影响到锅炉系统的正常运行效率,积灰的热阻很大,是金属材料的几十倍,如果传热元件表面有积灰存在,那么空预器的传热效率将会下降,严重时达到40%以上,造成大量有用能源的浪费。而且,积灰的存在使烟气阻力增加,排烟温度升高,成为锅炉安全运行的隐患。空预器传热元件设计紧凑,由于积灰的沉积使通流面积大为减小,运行一段时间后,积灰问题越来越严重,堵塞严重时,电厂无法正常运行,因此,必须及时进行清洗,以提高生产效率。这时,选择适当的时机对空预器进行高压水射流清洗或化学清洗辅助高压水射流清洗,使空预器恢复其设计工况,提高锅炉的热效率。

煤粉在炉膛中可基本燃尽,所生产的灰可在炉膛和烟气流经出沉积,尤其是大量的煤粉灰在三电场或四电场静电除尘器中被除去。电除尘的阴极线、阳极板不可避免的会积聚厚厚的灰垢,如不及时清除,将大大降低除尘效果,影响正常运行,选择适当压力的高压水射流清洗,可以将极板表面的灰垢彻底清除,使极板恢复如新。

火力发电厂的除灰方式,目前有干法除灰和湿法除灰两种,湿法除灰就是通过灰浆泵将一定比例的灰水混合物输送到灰场中。受灰水比、灰浆泵压力与流量以及运行频率的影响,灰水中的灰份会沉积在输灰管道内,造成管道内结垢,结垢厚度可达管道通径的60%以上甚至堵死,输灰管道结垢将会有以下危害:使灰管流通截面积变小,输灰能力减弱;灰管结垢严重时会造成灰管堵塞,危害电厂的正常安全运行;灰管结垢,使灰浆输送沿程阻力加大,使灰浆泵泵压升高,使得能耗增加,设备运行成本加大,同时危害设备的安全运行;结垢可使灰管内壁产生不均匀充气电池或闭塞电池而腐蚀,也可在垢下产生缝隙腐蚀,以上垢下腐蚀严重时会使灰管穿孔,影响电厂正常运行。 鉴于此,电厂输灰管结垢后必须及时清洗,以保证电厂的正常、安全生产。

电厂输灰管道清洗可以采用机械清洗的方式,也可以采用化学清洗的方式。机械清洗原理就是通过外力将不同型号的清管器置入管道,依靠管道内所输送介质的流动,推动清管器前进。依靠清管器上所携带的清洗刀具,将管道内壁上垢一层一层逐步清刮下来。并通过流动介子将清刮下来的垢带出管道。清洗原理如下图:

QQ图片20140922132213.jpg

清洗采用化学清洗方式清洗时,一般利用输灰系统原有设备组成清洗系统,准备好配料槽,以灰浆泵为清洗用泵,输灰管自身为清洗管道。在配料槽内使盐酸、缓蚀剂、促进剂等初步混合后,由加药泵将清洗用药品由灰浆池处加入,清洗用水为清水或灰水,经灰浆泵打入输灰管。清洗液在输灰管内往前输送,在输送过程中和灰管垢发生反应,溶解和剥离垢,清洗残液排至灰场。

3、              汽轮机

我们知道进入汽轮机的蒸汽总会有一些盐分,这些盐份中,一类是溶于水的钠的化合物,如硫酸钠、氯化钠等;另一类是不溶于水的或难溶于水的硅、镁、钙等的化合物,如二氧化硅、碳酸钙等。蒸汽在汽轮机内膨胀作功时,参数降低,携带盐分的能力逐渐减弱,加之汽流方向和速度多次改变,盐分被分离出来,紧紧地粘附在喷嘴、动叶和汽阀等通流部分的表面上,形成盐垢。汽轮机通流部分结垢后将使通流面积减小。若维持各级压力不变,流量将减少,使汽轮机出力降低;若保持汽轮机出力不变,就需要提高新汽参数,这必然使结垢级的压降增大,因而反动度增大,轴向推力增加。并且,汽轮机叶片的结垢厚度也不是均匀的,高速运行的汽轮机在失去平衡的状态下,轻者发生汽轮机震动,严重着发生飞车事故,影响电厂安全运营。因此,汽轮机在运行中必须根据监视段压力上升情况,判断通流部分结垢的程度。当监视段压力超过规定极限时,应对通流部分进行清洗。

汽轮机常用的清洗方法有手工打磨除锈、喷砂处理、高压水射流清洗、在线化学清洗,具体采用哪种清洗方式,需根据汽轮机的结垢程度以及电厂的检修计划来确定。

汽机润滑油系统及密封油系统在机组运行过程中,油温升高引起的油碳化、机械磨损混入系统的金属颗粒等都会恶化油质。为了保证润滑油系统和密封油系统不对汽轮机轴承、轴颈、轴封环和控制系统零部件造成污染和危害,在机组运行一定时间后,根据油质分析结果,应对润滑油系统及密封油系统进行清洗和对汽轮机油进行复新。清洗一般采用停机化学清洗的方式,清洗流程如下图所示:

主油箱                           交流润滑油泵                            冷油器                            进油母管

                      

                 空侧冷油器        空侧进油             氢侧回油

  

     氢侧进油        氢侧冷油器                     氢侧密封油箱






 

回油母管                 轴承回油管                             轴承坐进油支管    

1

备用油箱       油过滤           

 

系统排空油            短接连通进回油管      油箱进除盐水        启动交流润滑油泵

                                

合格                 抽样检查        50-60    水冲洗       每个轴瓦支路单独循环

      排污                      

                              不合格

压缩空气吹扫   50-60      抽样检查                合格                 油冲洗

          

           不合格

油箱进油        排污            油除水               合格            系统检查验收

 

   油质化验           全面验收       

                        2

4、              循环冷却水系统(包括凝汽器、冷油器、空冷器及凉水塔)

凝汽设备是凝汽式汽轮机组的一个重要组成部分,它的工作性能直接影响整个汽轮机组的安全性、可靠性、稳定性和经济性。而凝汽器真空度是汽轮机运行的重要指标,也是反映凝汽器综合性能的一项主要考核指标。凝汽器的真空水平对汽轮发电机组的经济性有着直接影响,如机组真空下降1%,机组热耗将要上升0.6%~1%。因此保持凝汽器良好的运行工况,保证凝汽器的最有利真空,是每个发电厂节能的重要内容。而凝汽器内所形成的真空受凝汽器传热情况、真空系统严密性状况、冷却水的温度、流量、机组的排汽量及抽气器的工作状况等因素制约。作为保证凝汽器维持良好工作状况的措施,凝汽器管的及时清洗与预膜非常重要。

目前我们国家的凝汽器管材材质大部分为HSn70-1、HSn70-1B、HSn70-1AB、HA177-2、BFe30-1-1、Bfe10-1-1、TA0、TA1、TA2、304、304L、316、316L等,尤以铜管居多。针对凝汽器列管的清洗,可以选择合适压力等级的高压水射流进行清洗,也可以根据列管材质、垢样分析进行化学清洗,化学清洗流程如下图所示:

                                          8       

                                         4

除盐水

                                  甲        乙       

 工业水                          3          3     





































 

                                      7                      

             1     5     2      6            





1-清洗循环箱  2-清洗循环泵  3-凝汽器  4-排气门   5~8截门

另外,凝汽器铜管的腐蚀也是影响发电机组安全运行的主要因素之一。据统计,国外高参数锅炉的腐蚀损害事故中,大约有30%是由于凝汽器铜管的腐蚀损坏造成的,在我国这个比例更高。这是因为凝汽器铜管腐蚀泄漏,会使冷却水漏入凝结水中,导致给水水质恶化,造成给水系统、锅炉、汽轮机等设备的腐蚀与结垢,严重影响电厂的经济效益,增加运行成本,甚至严重影响机组的安全运行,导致安全事故的发生。因此防止凝汽器铜管的腐蚀,是很重要的一项工作。目前,防止凝汽器铜管的腐蚀的措施主要是铜管表面预膜处理,包括FeSO4预膜处理和MBT预膜处理。

铜管硫酸亚铁成膜机理是吸附于铜管表面的氧与二价铁离子在不同条件下,在铜管表面发生不同化学吸附反应的结果,即水中溶解氧及二价铁离子被铜管表面上的Cu-Zn合金、氧化亚铜、氧化铜、氧化锌等所吸附,进而水解形成难溶于水的FeO-OH胶膜,包在铜管上的结果,所以成膜过程主要是化学吸附过程,化学反应方程式为:

4FeSO4+8H2O→4Fe(OH)2+4H2SO4          

4Fe(OH)2+O2→4FeOOH+2H2O 。

MBT(基苯并噻唑)作为一种铜缓蚀剂,其成膜原理是基苯并噻唑基上的氢原子能在水溶液中游离出H+,它的负离子能与铜离子结合生成十分稳定的络合物。基苯并噻唑的铜盐在水中几乎不溶解,在使用的PH变化范围内,也很稳定。MBT和金属铜表面上的活性铜原子或铜离子产生螯合作用,形成的螯合物也可能与金属表面上的氧化亚铜再发生化学吸附作用,在金属表面形成一层保护膜。用此法造成的膜近似无色。这层保护膜十分致密和牢固,虽然厚度仅几十个Å,但对铜或铜合金基体具有良好的缓蚀效果。

通过以上预膜处理,在铜管表面形成一层坚硬致密的保护膜,腐蚀性水质就接触不到铜质本体,可以有效防止脱锌腐蚀、冲击腐蚀、沉积腐蚀、应力腐蚀破裂、腐蚀疲劳等各类腐蚀,大大延长铜管的使用寿命,有利于凝汽器的安全经济运行。

冷却塔作为循环冷却水系统中的排热设备,其工作状况好坏历来引不起我们重视,其实这种观点非常错误,我们可以计算一下循环水温与设计值偏差1℃时的节能潜力。 我们首先来分析冷却塔的工作过程: 循环水从凝汽器中吸收排汽热量,以温度t1 送入冷水塔,经由压力管道分流至配水槽, 热水通过喷溅装置散成细小均匀的水珠洒落到淋水填料上,沿填料层高度和深度与冷空气通过蒸发、传导和对流等方式完成热交换。 空气吸收热量和水分,其温度和湿度逐渐接近饱和状态由塔顶逸出,循环水冷却后,以温度t2 返回凝汽器。由此可见,循环水的出塔水温直接影响汽轮机的排汽压力和循环热效率。实际运行中,冷却塔经常在偏离设计条件的环境下工作, 出塔水温高于设计值导致凝汽器真空下降、机组经济性降低,表5中列出了5种型号的机组因为塔的冷却能力降低造成出塔水温升高1℃时对机组经济性的影响.

表5 出塔水温升高1℃时机组经济性的变化

机组容量MW

25

50

100

200

300

机组负荷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

热耗率增加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

从表5 中可看出, 电厂凝汽器循环水进口温度升高1℃带来的节能潜力是比较可观的。因此,对冷却塔的填料、布水器、水池定期清洗,恢复其设计工况,大有必要。清洗可以运行清洗,即整个循环水系统进行清洗,也可以停机单独清洗。例如凉水塔单独清洗,根据凉水塔填料上的污垢成分(主要是碳酸盐、生物粘泥、菌藻等),可以先投加杀菌剂、粘泥剥离剂、硫酸等化学药剂对填料上的污垢进行清洗,再辅助高压水射流进行大流量重冲洗。

5、  电厂其他热力设备

电厂热力设备众多,初上述外,还包括供热系统的热交换器、空冷机组的空冷岛、供电系统的变压器等等,定期清洗对于这些设备来说,同样意义重大。

三.结论

   为了响应国家的节能降耗政策和十一五关于节能降耗的目标,电力工作者从各个方面进行挖潜,降低煤耗和厂用电率、提高热利用率,使节能降耗工作取得了很大成果。本文从热力设备清洗的角度,逐一讨论了电厂各种热力设备的清洗对于节能降耗的意义,希望能给广大电力工作者一点启发,从而为整个节能降耗工作做出一点贡献。

 

参考文献

1.窦照英. 电力工业清洗技术 [M].北京:化学工业出版社,2005.                                  

2.DL/T794-2001 《火力发电厂锅炉化学清洗导则》

3. DL/T957-2005 《火力发电厂凝汽器化学清洗及成膜导则》

 

作者简介:

张玉军,男,大学,高级工程师,山东莱芜人,山东富伦钢铁热电厂厂长,主要从事热力发电厂生产运营管理工作。


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