張玉軍¹  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(fā)電有限公司，江蘇連云港；2220424.華能濟(jì)寧高新區(qū)熱電有限公司，山東濟(jì)

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

摘要:火力發(fā)電廠熱力設(shè)備眾多，所有設(shè)備都會不同程度的受到結(jié)垢的影響：或降低熱效率，或影響安全生產(chǎn)，這對電廠的節(jié)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(shè)備進(jìn)行清洗，可以有效解決和防止這種危害，保證電廠的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：火力發(fā)電廠；節(jié)能降耗；熱力設(shè)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(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境，是我國長期的發(fā)展方針，也是全世界所關(guān)注的課題。火力發(fā)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(fā)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(wěn)定發(fā)展具有至關(guān)重要的意義。

火力發(fā)電廠作為二次能源生產(chǎn)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(jīng)處理過的煤粉，煤粉燃燒加熱鍋爐使鍋爐中的水變?yōu)樗�蒸汽，通過蒸汽去推動汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電。已經(jīng)作過功的蒸汽經(jīng)過凝汽器水冷，通過凝結(jié)水泵、給水泵輸送到鍋爐進(jìn)行再次利用。

看似簡單的一個流程，其專業(yè)范圍卻涵蓋了鍋爐、汽機(jī)、電氣、化水，熱力設(shè)備更是包括鍋爐本體、空氣預(yù)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(huán)水系統(tǒng)及涼水塔、氫冷器、汽輪機(jī)、油系統(tǒng)、反滲透裝置等等。如此眾多的設(shè)備只有有機(jī)結(jié)合在一起，才能保證電廠的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)營，任何一個環(huán)節(jié)的缺陷，都會導(dǎo)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(shè)備性能的提高以及對電廠節(jié)能降耗的意義。

二 清洗對熱力設(shè)備性能提高的作用

  所謂清洗，是指物體表面受到物理、化學(xué)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(fù)到原表面狀況的過程稱作清洗。當(dāng)然，不同的設(shè)備和不同的用途，對清洗的要求不一樣，也就是所期望達(dá)到的具體目的是不同的，對于火力發(fā)電廠熱力設(shè)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(chǎn)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(chǎn)生的熱量傳遞給爐水，是電廠節(jié)能降耗的重要環(huán)節(jié)，而決定這一環(huán)節(jié)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(guān)鍵，這是因?yàn)殄仩t結(jié)垢后，傳熱效率將降低，造成大量的能量浪費(fèi)。垢層的熱導(dǎo)率與碳鋼相比很小（見表1），水垢引起相當(dāng)大的傳熱損失（見表2），在維持正常生產(chǎn)過程中，水垢越厚，能耗越大（見表3），因此，清洗除垢能提高設(shè)備換熱效率，節(jié)約能源。

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

表2 水垢引起的傳熱損失

表3 水垢厚度與能耗的關(guān)系

另外，清洗可以延長鍋爐使用壽命，這是因?yàn)殄仩t由于結(jié)垢使導(dǎo)熱性能下降，管壁溫度升高局部過熱可能產(chǎn)生爆裂等事故，鍋爐垢厚與管壁的溫度關(guān)系如表。由于結(jié)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(guān)系

因此，鍋爐清洗可以除去運(yùn)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(nèi)沉積物過多而影響鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。鍋爐清洗包括水汽系統(tǒng)的化學(xué)清洗和爐膛內(nèi)積灰的高壓水射流清洗，其中，由于鍋爐高溫高壓的特點(diǎn)，其水汽系統(tǒng)的清洗要求非常嚴(yán)格，DL/T794-2001《火力發(fā)電廠鍋爐化學(xué)清洗導(dǎo)則》對鍋爐清洗單位的資質(zhì)、清洗時機(jī)、清洗工藝、清洗質(zhì)量都做了明確要求。

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

空氣預(yù)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(fēng)進(jìn)行預(yù)熱，使得爐膛溫度升高，燃料著火迅速并穩(wěn)定燃燒。經(jīng)測算，空氣預(yù)熱器正常運(yùn)行時，可以使助燃空氣溫度升高10℃，可使?fàn)t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,會積聚在空預(yù)器的蓄熱原件中,容易堵灰結(jié)垢,影響到鍋爐系統(tǒng)的正常運(yùn)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(yù)器的傳熱效率將會下降，嚴(yán)重時達(dá)到40%以上，造成大量有用能源的浪費(fèi)。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(yùn)行的隱患。空預(yù)器傳熱元件設(shè)計緊湊，由于積灰的沉積使通流面積大為減小，運(yùn)行一段時間后，積灰問題越來越嚴(yán)重,堵塞嚴(yán)重時,電廠無法正常運(yùn)行,因此,必須及時進(jìn)行清洗,以提高生產(chǎn)效率。這時，選擇適當(dāng)?shù)臅r機(jī)對空預(yù)器進(jìn)行高壓水射流清洗或化學(xué)清洗輔助高壓水射流清洗，使空預(yù)器恢復(fù)其設(shè)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(chǎn)的灰可在爐膛和煙氣流經(jīng)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(yùn)行，選擇適當(dāng)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(fù)如新。

火力發(fā)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(yùn)行頻率的影響，灰水中的灰份會沉積在輸灰管道內(nèi)，造成管道內(nèi)結(jié)垢，結(jié)垢厚度可達(dá)管道通徑的60%以上甚至堵死，輸灰管道結(jié)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(jié)垢嚴(yán)重時會造成灰管堵塞，危害電廠的正常安全運(yùn)行；灰管結(jié)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(shè)備運(yùn)行成本加大，同時危害設(shè)備的安全運(yùn)行；結(jié)垢可使灰管內(nèi)壁產(chǎn)生不均勻充氣電池或閉塞電池而腐蝕，也可在垢下產(chǎn)生縫隙腐蝕，以上垢下腐蝕嚴(yán)重時會使灰管穿孔，影響電廠正常運(yùn)行。 鑒于此，電廠輸灰管結(jié)垢后必須及時清洗，以保證電廠的正常、安全生產(chǎn)。

電廠輸灰管道清洗可以采用機(jī)械清洗的方式，也可以采用化學(xué)清洗的方式。機(jī)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(nèi)所輸送介質(zhì)的流動，推動清管器前進(jìn)。依靠清管器上所攜帶的清洗刀具，將管道內(nèi)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：

清洗采用化學(xué)清洗方式清洗時，一般利用輸灰系統(tǒng)原有設(shè)備組成清洗系統(tǒng)，準(zhǔn)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(nèi)使鹽酸、緩蝕劑、促進(jìn)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(jīng)灰漿泵打入輸灰管。清洗液在輸灰管內(nèi)往前輸送，在輸送過程中和灰管垢發(fā)生反應(yīng)，溶解和剝離垢，清洗殘液排至灰場。

3、              汽輪機(jī)

我們知道進(jìn)入汽輪機(jī)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(jī)內(nèi)膨脹作功時，參數(shù)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(jī)通流部分結(jié)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(jī)出力降低；若保持汽輪機(jī)出力不變，就需要提高新汽參數(shù)，這必然使結(jié)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(jī)葉片的結(jié)垢厚度也不是均勻的，高速運(yùn)行的汽輪機(jī)在失去平衡的狀態(tài)下，輕者發(fā)生汽輪機(jī)震動，嚴(yán)重著發(fā)生飛車事故，影響電廠安全運(yùn)營。因此，汽輪機(jī)在運(yùn)行中必須根據(jù)監(jiān)視段壓力上升情況，判斷通流部分結(jié)垢的程度。當(dāng)監(jiān)視段壓力超過規(guī)定極限時，應(yīng)對通流部分進(jìn)行清洗。

汽輪機(jī)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(xué)清洗，具體采用哪種清洗方式，需根據(jù)汽輪機(jī)的結(jié)垢程度以及電廠的檢修計劃來確定。

汽機(jī)潤滑油系統(tǒng)及密封油系統(tǒng)在機(jī)組運(yùn)行過程中，油溫升高引起的油碳化、機(jī)械磨損混入系統(tǒng)的金屬顆粒等都會惡化油質(zhì)。為了保證潤滑油系統(tǒng)和密封油系統(tǒng)不對汽輪機(jī)軸承、軸頸、軸封環(huán)和控制系統(tǒng)零部件造成污染和危害，在機(jī)組運(yùn)行一定時間后，根據(jù)油質(zhì)分析結(jié)果，應(yīng)對潤滑油系統(tǒng)及密封油系統(tǒng)進(jìn)行清洗和對汽輪機(jī)油進(jìn)行復(fù)新。清洗一般采用停機(jī)化學(xué)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(jìn)油母管

                 空側(cè)冷油器        空側(cè)進(jìn)油             氫側(cè)回油

     氫側(cè)進(jìn)油        氫側(cè)冷油器                     氫側(cè)密封油箱

回油母管                 軸承回油管                             軸承坐進(jìn)油支管    

圖1

備用油箱       油過濾           

系統(tǒng)排空油            短接連通進(jìn)回油管      油箱進(jìn)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(dú)循環(huán)

      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(jìn)油        排污            油除水               合格            系統(tǒng)檢查驗(yàn)收

   油質(zhì)化驗(yàn)           全面驗(yàn)收       

                        圖2

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

凝汽設(shè)備是凝汽式汽輪機(jī)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(jī)組的安全性、可靠性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。而凝汽器真空度是汽輪機(jī)運(yùn)行的重要指標(biāo)，也是反映凝汽器綜合性能的一項(xiàng)主要考核指標(biāo)。凝汽器的真空水平對汽輪發(fā)電機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性有著直接影響，如機(jī)組真空下降1%，機(jī)組熱耗將要上升0.6%～1%。因此保持凝汽器良好的運(yùn)行工況，保證凝汽器的最有利真空，是每個發(fā)電廠節(jié)能的重要內(nèi)容。而凝汽器內(nèi)所形成的真空受凝汽器傳熱情況、真空系統(tǒng)嚴(yán)密性狀況、冷卻水的溫度、流量、機(jī)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(yù)膜非常重要。

目前我們國家的凝汽器管材材質(zhì)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(jìn)行清洗，也可以根據(jù)列管材質(zhì)、垢樣分析進(jìn)行化學(xué)清洗，化學(xué)清洗流程如下圖所示：

                                          8       

                                         4

除鹽水

                                  甲        乙       

 工業(yè)水                          3          3     

                                      7                      

             1     5     2      6            

1－清洗循環(huán)箱  2－清洗循環(huán)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(fā)電機(jī)組安全運(yùn)行的主要因素之一。據(jù)統(tǒng)計，國外高參數(shù)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?yàn)槟�汽器銅管腐蝕泄漏，會使冷卻水漏入凝結(jié)水中，導(dǎo)致給水水質(zhì)惡化，造成給水系統(tǒng)、鍋爐、汽輪機(jī)等設(shè)備的腐蝕與結(jié)垢，嚴(yán)重影響電廠的經(jīng)濟(jì)效益，增加運(yùn)行成本，甚至嚴(yán)重影響機(jī)組的安全運(yùn)行，導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。因此防止凝汽器銅管的腐蝕，是很重要的一項(xiàng)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(yù)膜處理，包括FeSO₄預(yù)膜處理和MBT預(yù)膜處理。

銅管硫酸亞鐵成膜機(jī)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(fā)生不同化學(xué)吸附反應(yīng)的結(jié)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(jìn)而水解形成難溶于水的FeO-OH膠膜，包在銅管上的結(jié)果，所以成膜過程主要是化學(xué)吸附過程，化學(xué)反應(yīng)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(fù)離子能與銅離子結(jié)合生成十分穩(wěn)定的絡(luò)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(nèi)，也很穩(wěn)定。MBT和金屬銅表面上的活性銅原子或銅離子產(chǎn)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(fā)生化學(xué)吸附作用，在金屬表面形成一層保護(hù)膜。用此法造成的膜近似無色。這層保護(hù)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(yù)膜處理，在銅管表面形成一層堅硬致密的保護(hù)膜，腐蝕性水質(zhì)就接觸不到銅質(zhì)本體，可以有效防止脫鋅腐蝕、沖擊腐蝕、沉積腐蝕、應(yīng)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(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

冷卻塔作為循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的排熱設(shè)備，其工作狀況好壞歷來引不起我們重視，其實(shí)這種觀點(diǎn)非常錯誤，我們可以計算一下循環(huán)水溫與設(shè)計值偏差1℃時的節(jié)能潛力。 我們首先來分析冷卻塔的工作過程： 循環(huán)水從凝汽器中吸收排汽熱量，以溫度t1 送入冷水塔,經(jīng)由壓力管道分流至配水槽, 熱水通過噴濺裝置散成細(xì)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(fā)、傳導(dǎo)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(tài)由塔頂逸出，循環(huán)水冷卻后，以溫度t2 返回凝汽器。由此可見，循環(huán)水的出塔水溫直接影響汽輪機(jī)的排汽壓力和循環(huán)熱效率。實(shí)際運(yùn)行中，冷卻塔經(jīng)常在偏離設(shè)計條件的環(huán)境下工作， 出塔水溫高于設(shè)計值導(dǎo)致凝汽器真空下降、機(jī)組經(jīng)濟(jì)性降低，表5中列出了5種型號的機(jī)組因?yàn)樗�的冷卻能力降低造成出塔水溫升高1℃時對機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的影響.

表5 出塔水溫升高1℃時機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的變化

從表5 中可看出， 電廠凝汽器循環(huán)水進(jìn)口溫度升高1℃帶來的節(jié)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(fù)其設(shè)計工況，大有必要。清洗可以運(yùn)行清洗，即整個循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行清洗，也可以停機(jī)單獨(dú)清洗。例如涼水塔單獨(dú)清洗，根據(jù)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(xué)藥劑對填料上的污垢進(jìn)行清洗，再輔助高壓水射流進(jìn)行大流量重沖洗。

5、  電廠其他熱力設(shè)備

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

三．結(jié)論

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

參考文獻(xiàn)

1．竇照英. 電力工業(yè)清洗技術(shù) [M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.                                  

2．DL/T794-2001 《火力發(fā)電廠鍋爐化學(xué)清洗導(dǎo)則》

3. DL/T957-2005 《火力發(fā)電廠凝汽器化學(xué)清洗及成膜導(dǎo)則》

作者簡介：

張玉軍，男，大學(xué)，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(fā)電廠生產(chǎn)運(yùn)營管理工作。