欣格瑞（山东）环境科技有限公司 姚飞飞 田民格 宋 旗

内蒙某10万千瓦槽式导热油光热发电项目为中国最大的百兆级槽式国家光热发电示范项目，通过配置的10小时熔盐储热系统，可实现24小时连续发电。项目全面投运后年发电量约3.92亿千瓦时，每年可节省标煤约12万吨、减排二氧化碳约30万吨，对于优化能源结构、助力碳中和及碳达峰目标的实现具有重大意义。

在光热发电机组中，其常规岛与热传储热岛的作用是为蒸汽轮机提供合格的蒸汽，类似于火力发电机组中的“锅”，遂需要对常规岛以及热传储热岛所有汽水系统采用化学清洗，对太阳岛以及热传储热岛所有导热油系统则可以采用物理方式清洗。本文将对该槽式导热油光热发电机组中的常规岛及热传储热岛汽水系统的化学清洗工艺设计进行比选和优化。

光热发电机组的蒸汽发生系统不同于一般的火力发电机组的“炉”和“锅”，其本质是高温导热油与炉水进行热量交换的换热器。为了控制蒸汽品质和热交换部位的安全、清洁，就需要对其汽水系统进行化学清洗，然后再进行吹管，以避免热力系统中的锈蚀产物、灰垢等污垢对汽轮机产生危害。但光热发电机组在附属设施配套和热力系统方面与常规火力发电机组不同，这就要求在其化学清洗工作开展前，需深入了解项目自身的条件和设备、系统的结构特点，结合各种化学清洗工艺的药品特性、可达到的清洗效果及其公用工程的要求等方面进行确定。

1 工艺比选

1.1 工艺概选

本次化学清洗范围内的金属材质包括合金钢及碳钢，在选择化学清洗工艺时，首先排出无机酸化学清洗工艺，宜优先选择有机酸作为化学清洗主剂。本项目配置有额定蒸发量为10吨/小时的蒸汽锅炉，其额定蒸汽压力为1.3MPa，在化学清洗过程中利用表面换热器加热清洗液，可满足有机酸清洗工艺的温度要求。

常用的有机酸有柠檬酸、EDTA 及羟基乙酸与甲酸的复合酸。其中柠檬酸与复合酸的化学清洗工艺包含有酸洗后的水冲洗、漂洗、钝化等工序，对除盐水供应量要求较大，且其可达到的质量标准基本相同。其中柠檬酸为食品添加剂，安全性较高；而复合酸主要是针对垢下腐蚀较严重的运行机组进行清洗，其药品价格较昂贵。在综合考虑经济效益及安全性后，排除复合酸的化学清洗工艺。其中EDTA 清洗工艺以EDTA 或EDTA 二钠作为清洗主剂，在酸洗完成后，通过在酸洗液中添加部分助剂和调节pH 工作即可实现钝化效果，可大大节省后续用水量且钝化质量较好。本次化学清洗工艺在柠檬酸化学清洗工艺及EDTA 化学清洗工艺中进行比选。

1.2 工艺选择

由于柠檬酸清洗工艺中包括最少两次的水冲洗且单次用水量较大，约在清洗系统水容积的2～3倍。其中酸洗后的水冲洗工序较重要，如受限于供水条件该工序的冲洗时间延长，极易引起已清洁的金属表面产生二次浮绣，进而影响后续的钝化效果。经考察，现场除盐水车间采用的原水为当地污水厂的中水，补水量为32m3/h，除盐水产水量满负荷下约在30m3/h，但原水供应量不稳定，且存在长时间无法供水的情况，实际的除盐水产水量即会存在较大波动。且除盐水泵向热传储热岛区域供水流量较小，最大供水流量约在70m3/h。整个清洗系统的水容积在230m3左右，除盐水泵供水流量不足的情况、可通过安装临时管道泵作为流量补充的方式进行解决。

柠檬酸清洗工艺包含了水冲洗、柠檬酸酸洗、水冲洗、漂洗、置换、钝化。其过程较复杂，清洗过程中的连续用水量较大。首次水冲洗至酸洗后水冲洗的间隔时间一般为升温时间加酸洗时间，其中升温时间约在5小时，酸洗时间约在7小时，其中再加上1小时的工序操作时间，则总的间隔时间在13小时。若原水供应充足，除盐水产水处于满负荷状态，13个小时可产水约390m3，该水量不足以满足清洗泵对化学清洗系统进行两次以上的水冲洗。考虑到原水供应条件的现实情况，实际产生量会低于390m3。另外，若产水量、储水量可满足酸洗后水冲洗的要求，冲洗用水完成后即开始进行漂洗工序的切换，包括工序切换在内的操作时间一般在3小时，此时仅可生产合格的除盐水约90m3，并不足以置换出清洗系统中的漂洗液。由于柠檬酸清洗工艺介质的特点，如出现除盐水供水量不足则会对柠檬酸工艺的执行产生较大影响。

EDTA 清洗工艺包含了水冲洗、EDTA 酸洗钝化，此清洗工艺仅在酸洗前有一步水冲洗，对用水总量要求较小，除盐水供水量对EDTA 清洗工艺的执行影响较小。根据除盐水供水条件的实际情况来看，本次化学清洗应优先选用EDTA 化学清洗工艺。

2 工艺优化

2.1 水冲洗工序优化

在一般化学清洗工艺中，对于第一步的水冲洗一般采用开式冲洗，利用大流量的除盐水冲洗系统，以较快的流速和较大的流量将系统及设备中的固体杂质冲出系统。本次化学清洗由于现场供水量及储水量较小，采用循环冲洗及开式冲洗相结合的步骤进行。在循环冲洗中，以临时循环泵最大负荷进行循环，使系统及设备中的固体杂质松动，随液体流动，停止循环后利用压缩空气快速顶排循环冲洗水。通过多次的循环冲洗及排放，使被清洗设备及系统达到初步清洁的状态。

多次循环冲洗结束后采用开式冲洗，在开式冲洗中包括恒流量开式冲洗及变流量开式冲洗。由于供水量较小，首先以较小的流量对系统进行连续的开式冲洗，冲洗至排放水较澄清。然后以清洗箱为容器，在积存较高液位后调整清洗泵负荷，以短时间较大流量对系统进行冲洗，利用短时间、多次的较大扰动使系统中的较大杂质流动起来，进一步清洁系统。本项目水冲洗工序用时12天，最终将系统浑浊发黄的排放水质冲洗至透明澄清、无机械杂质。

2.2 酸洗钝化工艺优化

常用的EDTA 化学清洗工艺所使用的清洗介质一般包括EDTA 铵盐清洗和EDTA 钠盐清洗。本项目主蒸汽设计压力为12.7MPa，参考DL/T794-2012《火力发电厂锅炉化学清洗导则》的建议，对于压力不大于15.6MPa 的锅炉可采用EDTA 钠盐进行清洗。所以本次化学清洗介质可采用EDTA 钠盐或EDTA 铵盐。下面对两种工艺的特性进行评价和选择。被清洗设备中的预热器、蒸发器、过热器、再热器均为管壳式换热器，其清洗流程如图1。

表1 EDTA 钠盐与EDTA 铵盐工艺对比

图1 化学清洗流程图

其中清洗液在预热器、过热器、再热器中均在管程流动，其流动性较好。但被清洗设备中的蒸发器为管壳式换热器，水平横向布置，其管程介质为导热油，壳程介质为水汽混合物，清洗液在其壳层流动，且设备底部化学清洗回水口较小，清洗介质在其壳程流动较慢，且由于壳程结构的特殊性，其清洗介质的分散均匀性较其他部位差。为实现对蒸发器更好的清洗效果，对两种EDTA 清洗药剂的溶解速度及静态下的分散效果进行了试验。通过在现场实验室配置两种清洗液的过程，检验药剂溶解效果。取常用的工业级EDTA 及EDTA 二钠盐配置清洗液，两种药剂均为白色晶体。对所配置清洗液的顶部和底部pH 进行检测，判定药剂的分散性如下。

EDTA 二钠盐：溶解性。易溶，在90℃的除盐水中溶解度较高。在加入过程中即可看到溶解现象。15g 固体药剂溶解于500mL 除盐水中用时30s；分散性。较好，清洗液顶部及底部的pH 值相同。EDTA：溶解性。难溶，目测在90℃的除盐水中溶解度较小或者不溶。在加入氨水后可看到少量的溶解，需不断搅拌才可继续溶解。15g 固体药剂在加入氨水及不断搅拌条件下溶解于500mL 除盐水中用时60s；分散性。较差，在不断搅拌下药剂才可溶解分散，静态下清洗液顶部及底部的pH 值不同，溶解分散性较差。

经过试验验证可看出，作为溶解分散性均较好的EDTA 二钠盐更适合本项目中设备结构的清洗，遂本次酸洗钝化采用EDTA 二钠盐。该化学清洗工艺在钝化工序操作时仅需利用少量片状氢氧化钠调节清洗液pH 即可，操作方便。且由于蒸发器循环较慢，会导致整个清洗时间的延长，选用清洗速度较慢，清洗时间较长的EDTA 二钠盐更有利于化学清洗的安全进行。

针对EDTA 二钠盐的清洗工艺优化包括了控制较高温度、延长加药时间、分区加强循环等方式。酸洗加药前，控制维持系统温度在90～95℃。酸洗初期加药过程中采用少量、多次的方式，防止局部药剂浓度过高，超过药剂的溶解度，避免限制EDTA 二钠盐的溶解。在循环过程中，通过多次暂时调小其他循环回路流量和关闭其他循环回路的方式，加大蒸发器循环回路的循环清洗压力及流量，加快蒸发器循环回路的清洗液循环速度。在分回路进行循环时，加大化验分析频率，通过检测各回路化学清洗介质浓度和总铁浓度判断EDTA 二钠清洗剂在清洗系统的分布情况和化学清洗进度。

根据以上化学清洗工艺的比选和工艺优化，在该项目汽水系统化学清洗工作中执行了优化后的EDTA 二钠盐化学清洗工艺。经过缜密的设计和严格的执行，化学清洗完成后，通过对汽包、监视管、蒸发器及过热器进行的检查，判断清洗效果良好。

图2 化学清洗前、后汽包内部状态

图3 化学清洗前、后监视管

3 结语

针对光热发电机组常规岛及热传储热岛汽水系统与常规热力机组系统的差异，结合各化学清洗工艺及化学清洗药品的特点，初步筛选了适用于该光热发电机组汽水系统的清洗工艺。并根据实验结果，对化学清洗工艺进行了优化，据此可得出以下结论：

根据公用工程条件和被清洗系统设备的结构特点，槽式导热油光热发电机组的常规岛和热传储热岛汽水系统化学清洗宜优先选用EDTA 二钠盐为介质进行化学清洗；通过循环冲洗、带压顶排和变流量开式冲洗优化水冲洗工序可为下一步的酸洗钝化创造良好的条件。但受限于现场除盐水产水能力的限值，该冲洗方式需较长的冲洗时间。在制定工期计划和进度安排时，需区别于一般火力发电机组的化学清洗情况，预留出较长的水冲洗时间；通过控制较高温度、延长加药时间、分区加强循环的方式优化EDTA 的酸洗钝化工序，可使被清洗金属表面达到清洁、钝化良好的状态。