工业锅炉络合清洗工艺研究

陈勤华

(福建省锅炉压力容器检验研究院龙岩分院，福建 龙岩 364000)

1 前言

锅炉经过长时间运行，不可避免地会出现结垢、锈蚀等问题。由于水垢的产生，造成锅炉金属局部温度冷热不均，直接影响传热和汽水正常循环，轻则造成垢下腐蚀、燃料浪费和缩短锅炉寿命，重则引发胀管、变形或爆管事故。因此，TSG G5003-2008《锅炉化学清洗规则》规定，工业锅炉受热面被水垢覆盖80%以上，且水垢平均厚度达到1mm以上时，或者锅炉受热面有严重锈蚀时，应进行除垢或除锈清洗。[1]

传统的工业锅炉化学清洗除垢方式有酸洗除垢、碱煮除垢和运行除垢。酸洗除垢风险较大，安全性低，对设备腐蚀性强，控制不当易造成过洗现象，且盐酸购置不易，购买手续繁琐；而碱煮除垢效果差，除垢率低；运行除垢耗时长，需50天～70天，除垢期间锅水碱度常处于高限，易影响锅炉蒸汽品质，如排污不及时还易造成暴管事故。而络合清洗除垢相对于以上的各种化学清洗，有其显著的优点：（1）络合清洗腐蚀率低，设备清洗过程安全；（2）络合清洗除垢效果好，清洗后能在金属表面形成一层稳定的保护膜，无需再作钝化处理；（3）络合清洗最终产物为乳状物，流动性好，易随锅炉排污排除，可避免清洗过程中污垢成片脱落发生堵管现象；清洗后设备没有事故隐患，例如不会在清洗后发生氢脆、过洗、点腐蚀、垢块堵塞等现象；（4）络合清洗工艺简单，因腐蚀率低可不挂腐蚀指示片，耗时较短，清洗时间一般为4h～24h，可在企业短暂停产时清洗；（5）络合清洗剂购买简便，无需公安局审批。为此，提出采用络合清洗除垢代替酸洗等传统的除垢方式，可广泛应用于工业锅炉的化学清洗中。

2 络合清洗原理

络合反应：络合剂与金属离子结合，形成稳定的新的离子的过程就叫络合反应。[2]反应式如下：

络合物：由一个简单阳离子（中心离子）和几个中性分子或几种阴离子（配位体）以配位键结合而成的复杂离子叫络离子，含有络离子的化合物叫络合物，作配位体的物质称络合剂。[3]通俗地说，由络合反应生成的产物就是络合物，络合物的化学性质稳定。

络合清洗是根据络合剂与水垢中的钙、镁离子通过络合反应，将固态的化合物转化为可溶性的稳定络合物，进而将其产物排出锅炉外，达到除垢的目的；[4]同时，络合剂通过螯合功能在金属表面形成一层稳定的保护膜。

3 络合清洗工艺及清洗效果

工业锅炉水垢类型可分为碳酸盐水垢、硫酸盐水垢、硅酸盐水垢、氧化铁垢及混合垢等[3]，对于不同类型的水垢需采取不同的清洗方案，方能取得理想的清洗效果。文中以碳酸盐为主的水垢、硅酸盐为主的水垢及混合水垢为例，分别阐述络合清洗工艺及其清洗效果。

3.1 以碳酸盐为主的水垢络合清洗工艺及效果（以武平县三卓纸业DZL6-1.25-WⅡ锅炉清洗为例）

3.1.1 制定络合清洗方案

（1）了解锅炉设备参数、投运年限及水处理情况，检查锅炉设备状况、内部结垢或锈蚀状况。

该锅炉内部结垢情况：水垢覆盖率＞85%，水垢厚度约3mm。

（2）水垢定性分析及溶垢小型试验

在锅炉受热面采取有代表性的垢样，在实验室进行水垢定性分析和小型溶垢试验。

水垢类型的鉴别方法。（见表1）

表1 水垢类型的鉴别[2]

该锅炉水垢定性分析结果：以碳酸盐为主，含少量硅酸盐。

（3）制定清洗方案

根据水垢定性分析和溶垢小型试验结果，选择合适的络合清洗剂DJ-416，估算清洗剂用量，确定清洗工艺条件，制定络合清洗方案。

3.1.2 清洗前准备

（1）打开锅炉人孔、手孔，预先清除锅内堆积的沉渣和污物。

（2）选取与该锅炉金属同材质（20G）的指示片（4片），经乙醇清洁、干燥后称量，分别悬挂于锅筒和清洗箱内（各2片）。

（3）用耐腐蚀胶管联接清洗箱、清洗泵与锅炉，形成低进高出的循环工艺管路，关闭人孔、手孔、检查孔及有关阀门。

（4）水压检漏。将清水注入锅炉，进行检漏试验，检查锅炉、清洗泵及循环管路的阀门有无泄漏、失灵等现象。

3.1.3 络合清洗

（1）将炉内水排出至锅筒低水位处，点火升温至90℃～98℃，后停止加热；在清洗箱内加入700kg 5%络合清洗剂DJ-416，启动循环泵，将清洗剂送入锅炉，循环泵持续循环。

清洗过程工艺条件控制：清洗液流速维持在0.6m/s～1m/s，温度维持在90℃～98℃，清洗时间4h～6h。

（2）清洗过程进行化学监测，监测项目为浊度、pH值、Ca2+浓度；监测频次为清洗初、中期1次/h，后期1次/30min。清洗过程将pH值控制在4.5以下，当pH值高于4.5时适当补加清洗剂DJ-416。

（3）清洗终点判断：清洗至接近预定时间时，检测Ca2+浓度基本趋于平衡时，终点到达，停止清洗。

3.1.4 水冲洗

清洗结束后，边排清洗液边上水，直至出水澄清，出水pH值接近进水pH值。然后排尽锅水，打开人、手孔检查清洗效果。

3.1.5 计算金属腐蚀速度v

清洗结束时取出指示片，立即用清水淋洗后放入氨水溶液中浸泡1min～2min，取出后快速擦干，再放入无水乙醇中浸泡1min～2min后取出擦干，放入干燥器中，干燥2h后称量。计算金属腐蚀速度，见表2。

表2 金属腐蚀速度计算

3.1.6 检查清洗质量及效果

（1）除垢率达80%以上；

（2）金属腐蚀速度为0.07g/m2.h，远小于6g/m2.h，腐蚀总量远小于80g/m2，试验表明，络合清洗剂对金属基本无腐蚀；

（3）锅炉金属表面形成良好的钝化保护膜，无明显的二次浮锈，无点蚀。

清洗效果图如图1、图2所示。

图 1 清洗前

图 2 清洗后

3.2 以硅酸盐为主的水垢络合清洗工艺及效果（以武平县龙兴木业DZG2-1.0-WⅡ锅炉清洗为例）

3.2.1 制定络合清洗方案

（1）了解锅炉设备参数、投运年限及水处理情况，检查锅炉设备状况、内部结垢或锈蚀状况。

该锅炉内部结垢情况：水垢覆盖率＞88%，水垢厚度约2mm～3mm。

（2）水垢定性分析及溶垢小型试验

在锅炉受热面采取有代表性的垢样，在实验室进行水垢定性分析和小型溶垢试验，水垢类型的鉴别方法同表1。

该锅炉水垢定性分析结果：以硅酸盐为主，含少量磁性氧化铁和碳酸盐。

（3）制定清洗方案

根据水垢定性分析和溶垢小型试验结果，选择合适的络合清洗剂DJ-415，估算清洗剂用量，确定清洗工艺条件，制定络合清洗方案。

3.2.2 清洗前准备

（1）打开锅炉人孔、手孔，预先清除锅内堆积的沉渣和污物。

（2）选取与该锅炉金属同材质（20G）的指示片（4片），经乙醇清洁、干燥后称量，分别悬挂于锅筒和清洗箱内（各2片）。

（3）用耐腐蚀胶管联接清洗箱、清洗泵与锅炉，形成低进高出的循环工艺管路，关闭人孔、手孔、检查孔及有关阀门。

（4）水压检漏。将清水注入锅炉，进行检漏试验，检查锅炉、清洗泵及循环管路的阀门有无泄漏、失灵等现象。

3.2.3 络合清洗

（1）将炉内水排出至锅筒低水位处，点火升温至90℃～98℃，后停止加热；在清洗箱内加入325kg 8%络合清洗剂DJ-415，启动循环泵，将清洗剂送入锅炉，循环泵持续循环。

清洗过程工艺条件控制：清洗液流速维持在0.6m/s～1m/s，温度维持在90℃～98℃，清洗时间18h～24h。

（2）清洗过程进行化学监测，监测项目为浊度、pH值及铁离子浓度；监测频次为清洗初、中期1次/h，后期1次/30min。清洗过程将pH值控制在4.5以下，当pH值高于4.5时适当补加清洗剂DJ-415。

（3）清洗终点判断：清洗至接近预定时间时，检测铁离子浓度和pH值基本趋于平衡时，终点到达，停止清洗。

3.2.4 水冲洗

清洗结束后，边排清洗液边上水，直至出水澄清，出水pH值接近进水pH值。然后排尽锅水，打开人孔、手孔，用高压水枪冲洗锅内各部位，清除锅内附着的泥状络合清洗产物。

3.2.5 计算金属腐蚀速度v

清洗结束时取出指示片，立即用清水淋洗后放入氨水溶液中浸泡1min～2min，取出后快速擦干，再放入无水乙醇中浸泡1min～2min后取出擦干，放入干燥器中，干燥2h后称量。计算金属腐蚀速度，见表3。

表3 金属腐蚀速度计算

3.2.6 检查清洗质量及效果

（1）除垢率达60%以上；

（2）金属腐蚀速度为0.08g/m2.h，远小于6g/m2.h，腐蚀总量远小于80g/m2，试验表明，络合清洗剂对金属基本无腐蚀；

（3）锅炉金属表面形成良好的钝化保护膜，无明显的二次浮锈，无点蚀。

清洗效果图如图3、图4所示。

图 3 清洗前

图 4 清洗后

3.3 混合水垢的络合清洗工艺及效果（以福建中天农业WNS2-1.25-Y.Q锅炉清洗为例）

3.3.1 制定络合清洗方案

（1）了解锅炉设备参数、投运年限及水处理情况，检查锅炉设备状况、内部结垢或锈蚀状况。

该锅炉内部结垢情况：水垢覆盖率＞85%，水垢厚度约2mm。

（2）水垢定性分析及溶垢小型试验

在锅炉受热面采取有代表性的垢样，在实验室进行水垢定性分析和小型溶垢试验，水垢类型的鉴别方法同表1。该锅炉水垢定性分析结果：氧化铁、四氧化三铁、硅酸盐的混合垢。

溶垢试验如图5所示。

图5 溶垢试验

（3） 制定清洗方案

根据水垢定性分析和溶垢小型试验结果，选择有机除锈剂DJ-417和络合清洗剂DJ-415，估算清洗剂用量，确定清洗工艺条件，制定络合清洗方案。

3.3.2 清洗前准备

（1）打开锅炉人孔、手孔，预先清除锅内堆积的沉渣和污物。

（2）选取与该锅炉金属同材质（20G）的指示片（4片），经乙醇清洁、干燥后称量，分别悬挂于锅筒和清洗箱内（各2片）。

（3）用耐腐蚀胶管联接清洗箱、清洗泵与锅炉，形成低进高出的循环工艺管路，关闭人孔、手孔、检查孔及有关阀门。

（4）水压检漏。将清水注入锅炉，进行检漏试验，检查锅炉、清洗泵及循环管路的阀门有无泄漏、失灵等现象。

3.3.3 除铁垢

（1）将炉内水排出至锅筒低水位处，点火升温至90℃～98℃，后停止加热；在清洗箱内加入250kg 10%有机除锈剂DJ-417和适量40%氨水，启动循环泵，将清洗液送入锅炉，用氨水调整清洗液pH值至3.5～4，循环泵持续循环。

清洗过程工艺条件控制：清洗液流速维持在0.6m/s～1m/s，温度维持在90℃～98℃，清洗时间4h～6h。

（2）清洗过程进行化学监测，监测项目为浊度、pH值、铁离子浓度；监测频次为清洗初、中期1次/h，后期1次/30min。清洗过程将pH值控制在4.5以下，当pH值高于4.5时适当补加清洗剂DJ-417。

（3） 清洗终点判断：清洗至接近预定时间时，检测铁离子浓度和pH值基本趋于平衡时，终点到达，除锈清洗结束。

（4）水冲洗

清洗结束后，边排清洗液边上水，直至出水澄清，出水pH值接近进水pH值。

3.3.4 除硅酸盐垢

（1）将炉内水排出至锅筒低水位处，点火升温至90℃～98℃，后停止加热；在清洗箱内加入250kg8%络合清洗剂DJ-415，启动循环泵，将清洗剂送入锅炉，循环泵持续循环。

清洗过程工艺条件控制：清洗液流速维持在0.6m/s～1m/s，温度维持在90℃～98℃，清洗时间18h～24h。

（2）清洗过程进行化学监测，监测项目为浊度、pH值及铁离子浓度；监测频次为清洗初、中期1次/h，后期1次/30min。清洗过程将pH值控制在4.5以下，当pH值高于4.5时适当补加清洗剂DJ-415。

（3）清洗终点判断：清洗至接近预定时间时，检测铁离子浓度和pH值基本趋于平衡时，终点到达，停止清洗。

（4）水冲洗

清洗结束后，边排清洗液边上水，直至出水较为澄清，出水pH值接近进水pH值。然后排尽锅水，打开人孔、手孔，用高压水枪冲洗锅内各部位，清除锅内附着的泥状络合清洗产物，并检查清洗效果。

（5）计算金属腐蚀速度v

第二次清洗结束时取出指示片，立即用清水淋洗后放入氨水溶液中浸泡1min～2min，取出后快速擦干，再放入无水乙醇中浸泡1min～2min后取出擦干，放入干燥器中，干燥2h后称量。计算金属腐蚀速度，见表4。

表4 金属腐蚀速度计算

3.3.5 检查清洗质量及效果

（1）除垢率达80%以上；

（2）金属腐蚀速度为0.31g/m2.h，小于6g/m2.h，腐蚀总量小于80g/m2；

（3）锅炉金属表面形成良好的钝化保护膜，无明显的二次浮锈，无点蚀。

清洗效果图如图6、图7所示。

图6 清洗前

图7 清洗后

4 结论

络合清洗实践表明，络合清洗工艺做到了清洗、钝化一步完成，大大缩短了清洗工序，清洗过程安全可靠，可不挂腐蚀试片，除垢率、腐蚀速度和腐蚀总量均符合TSG G5003-2008《锅炉化学清洗规则》的要求，且在保证化学清洗质量的基础上最大限度地降低了对环境的污染。工业锅炉化学清洗采用络合清洗工艺，代替酸洗等传统的清洗工艺，可有效提高锅炉清洗的安全性，解决清洗剂（盐酸）购买困难、购买手续繁琐的问题，具有广泛的应用前景。