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    新建鍋爐的EDTA化學清洗

    點擊: 上傳時間:2014/1/16 14:00:21 作者:管理員

      孫立新1田民格李愛兵2

    (1.兗礦集團南屯電力分公司,山東濟寧273515;2.濟寧新格瑞水處理有限公司,

    山東濟寧272000;)

    摘要:對新建鍋爐EDTA清洗工藝和如何進行EDTA回收利用進行了探討。介紹了鄂爾多斯集

    團PVC項目配套供熱機組鍋爐使用EDTA鈉鹽清洗工藝對鍋爐熱力系統進行清洗,并取得良好的清洗效果和經濟效益。

    關鍵詞:鍋爐;EDTA;化學清洗;回收利用

    中圖分類號:   文獻標識碼:

    Chemical cleaning of EDTA for new founded boiler 
    SUN Lixinl,TIAN Minge2,LI Aibing2,

     (1.Nantun Power Generation Plant(Yankuang Groups) ,Jining,Shandong 273515,China;2.Jining Scientific Green Water Treatment Limited Company,Jining,Shandong 272000,China;)

    AbstractChemical cleaning of EDTA technology for new founded boiler and how to recycle the EDTA were reviewed. And the methods were applied to the new boiler of Erdos Co., Ltd. PVC units, which was proved better cleaning technology and achieved better economic benefits.
    Keywords: 
    Boiler  EDTA  chemical  cleaning recycle

    1.概述

    新建鍋爐熱力系統的化學清洗目前較多的使用鹽酸、氫氟酸、檸檬酸、復合酸等清洗工藝,但隨著電力工業的飛速發展,火電機組參數越來越高,鍋爐材質也越來越復雜,普通酸洗的應用局限性也越來越大,而EDTA清洗不但具有清洗系統簡單、時間短、清洗水量少、廢液處理容易的特點,而且清洗效果好、對設備基體腐蝕輕微、適宜奧氏體鋼及其它特種鋼材,因此越來越多的廠家選擇EDTA清洗工藝對其新建鍋爐熱力系統進行酸洗。

    這里以鄂爾多斯集團PVC項目配套供熱機組2臺440t/h和4臺480t/h鍋爐EDTA鈉鹽清洗為例,介紹EDTA清洗機理、工藝和回收原理、實際清洗操作過程以及應注意的事項。

    2 EDTA清洗機理

    EDTA是一種絡合能力極強的氨羧絡合物,常用H4Y表示,其結構式如下:

    HOOC2HC\              /  CH2COOH

    /N—CH2一CH2一N \

    H00C2HC                    CH2COOH

    在不同PH值的溶液中,EDTA可以有不同的狀態,即H4Y、H3Y、H2Y2-、HY3-、Y4-;當PH值等于4.6時,EDTA呈二鈉鹽狀態;當PH值在4.6~8.0時,EDTA呈二鈉鹽與三鈉鹽共存;當PH等于8.0時,EDTA呈三鈉鹽狀態;當PH值大于8.0時,EDTA呈三鈉鹽與四鈉鹽共存狀態。各種不同的狀態對金屬離子的絡合能力不同,當EDTA呈二鈉鹽及三鈉鹽時,對鐵的絡合能力極強;絡合基元Y4與金屬離子絡合反應方程式如下:

    Y4-+Fe3+一FeY-

    Y4-+Fe2+一FeY2-

    由反應式可知,EDTA與Fe3+、Fe2+以1:1絡合,由于形成的絡合物穩定且易溶于水,所以反應向形成絡合物的方向進行,隨著反應的進行會促使EDTA的電離和金屬離子的水解反應,進而完成整個化學除垢過程。

    當EDTA呈三鈉鹽及四鈉鹽時,絡合能力逐漸減弱,當EDTA呈四鈉鹽時,幾乎無絡合能力,而此時清洗溶液的氧化還原電位得以由-700mV升至氧化還原電位-100mV—200mV ,使基體Fe從腐蝕區域進入鈍化區域 ,形成完整致密的FeOOH保護膜。

    EDTA清洗工藝是利用EDTA的絡合原理,控制溶液的pH值,使其從弱酸性開始,依靠絡合體系自身的物理化學變化,隨鐵垢的不斷溶解,PH自動上升,實現除垢和鈍化一步完成。

    3 EDTA化學清洗參數的選擇

    根據EDTA清洗原理,要想達到良好的清洗鈍化效果,清洗工藝條件如EDTA濃度、清洗溫度、清洗液pH值、緩蝕劑的選擇必須嚴格控制。

    3.1 EDTA濃度

        EDTA濃度一般都是按管樣垢量的多少進行理論計算,然后加上維持洗爐液最低殘留質量分數1.5%,通常用以下公式計算EDTA用藥量:

    GEDTA=(1.5Q/lOO+3.8G)×1.1。

    式中,GEDTA——洗爐所需EDTA總量;

    1.5/100——洗爐結束時需維持EDTA過剩質量分數;

    Q——為鍋爐正常運行水位的溶液從140℃冷卻到20℃時的質量;

    3.8——Fe304與EDTA 1:1絡合換算系數;

    G一垢的質量;

    1.1——藥劑富裕系數。

      《火力發電廠鍋爐化學清洗導則》推薦EDTA與Fe3O4的計算比可為3.8:1,EDTA與CaO/MgO的計算比可為5:1,正常情況下,EDTA初始濃度為4-8%,結束時為0.5-1%。

        本次清洗,考慮到為新建鍋爐的清洗,結垢輕微,故選擇EDTA清洗初始濃度為6%。

    3.2清洗液溫度

    EDTA化學清洗的理論溫度是130-140℃,但由于EDTA在140℃以上時存在熱分解現象,因此,應盡量降低清洗液的溫度并使用均勻加熱的方式防止局部溫度過高引起EDTA熱分解。

    由于Fe304溶解量與環境溫度和清洗時間均成正比,最近一些單位開始嘗試EDTA低溫清洗工藝并取得了成功,因此,本次清洗選用蒸汽加熱的方式來升溫,溫度控制在110±5℃并通過延長清洗時間來提高Fe304的溶解量。清洗后期,進入鈍化階段后,降低溫度至80±5℃。

    3.3 PH的范圍

    根據EDTA清洗機理,EDTA應用于化學清洗,主要基于EDTA與金屬離子在適當PH條件下的絡合反應,《火力發電廠鍋爐化學清洗導則》中指出, EDTA鈉鹽清洗,初始PH控制在5.0-5.5,在這個范圍,EDTA主要以二鈉鹽、三鈉鹽為主,具有極強的絡合溶垢能力,隨鐵垢的不斷溶解,PH自動上升,其溶液pH會升高至8.5-9.5,可滿足后續的鈍化要求。

    3.4 緩蝕劑的選擇

     溫度高是EDTA清洗的顯著特點,對于一般酸洗緩蝕劑來說,使用溫度都控制在80℃以下,清洗液溫度達到100℃而能保持良好的緩蝕效率的緩蝕劑比較少,而EDTA清洗液的溫度需要達到120℃甚至130℃,這就對緩蝕劑的高溫穩定性提出了非常嚴格的要求。

       SGR-0403型緩蝕劑,是在普通酸洗緩蝕劑的基礎上,添加適量的硫脲、聯氨和三烷基氯化銨,在一定壓力和溫度下,聚合反應而形成,經過實驗室多次試驗,在10%的EDTA、130℃條件下,添加0.5%的SGR-0403型緩蝕劑,緩蝕效率平均達到99.5%,說明SGR-0403型緩蝕劑完全可以滿足EDTA清洗工藝的需要。

    4 廢液回收

    盡管協調EDTA洗爐工藝具有諸多優點,但EDTA洗爐工藝的缺點是藥品價格昂貴,洗爐成本較高,這是影響EDTA推廣使用的最大障礙。目前EDTA的市場價格約為25000元/噸,清洗一臺480T/H的鍋爐約需EDTA10噸左右,因此必須想辦法降低EDTA洗爐的成本。對EDTA洗爐廢液加以回收利用即是降低成本的有效途徑。

    EDTA清洗廢液堿法回收原理

    EDTA是一種四元弱酸,在溶液中隨PH值的不同,分別 HY、HY、H22-、和Y4的形式存, EDTA洗爐廢液的堿法回收,就是在清洗廢液中加入NaOH使溶液pH≥12,使鐵離子與NaOH反應生成難溶的Fe(OH)3膠體,再向溶液中加入回收助劑并加以攪拌,使Fe(OH)3 肢體脫穩,從溶液中分離出來,而EDTA以四鈉鹽NaY的形式保存,待下次清洗時加以利用。反應方程式為:

     FeY+30H=Fe(OH)3+Y4-     

    鄂爾多斯集團PVC項目配套供熱機組鍋爐清洗工程包括2臺440t/h 鍋爐和4臺480t/h鍋爐。在清洗過程中,充分利用了堿法廢液回收利用工藝,對前面一臺鍋爐的清洗廢液添加NaOH,充分曝氣(曝氣的目的是使Fe2+轉換為Fe3+)、絮凝、沉淀,抽取上清液再添加新的EDTA轉換成EDTA二鈉鹽,在清洗下一臺鍋爐時加以利用,使EDTA的回收率達到70%以上,大大降低了清洗成本,并且可以減少清洗廢液的排放,取得了良好的清洗效果和經濟效益。

    5 清洗過程

    鄂爾多斯集團PVC項目配套供熱機組配置2×440t/h+4×480t/h循環流化床鍋爐,采用單汽包自然循環、高溫高壓、平衡通風、全緊身封閉布置。

    5.1清洗范圍

    根據現場的情況,清洗范圍包括:汽包、省煤器、水冷系統(水冷壁、下降管、上下聯箱及連接管等)、過熱器系統。系統容積約150m3

    5.2 EDTA清洗過程

    向清洗大罐中加入0.5%SGR-0403緩蝕劑,循環30 min并通入蒸汽加熱至60℃后再通過清洗大罐向系統內添加EDTA二鈉鹽(因為溫度在60℃以上時EDTA二鈉鹽才能可靠溶解),控制其質量分數在5%左右,NaOH調節PH 5.5~6.0,同時加入適量還原劑聯胺。加藥完畢后,全開蒸汽進行加熱,然后將清洗箱切除,使清洗平臺和鍋爐形成閉式循環。待清洗液溫度升至120℃,監視汽包水位并控制汽包表

    壓在0.2~0.25 MPa(不允許超過0.25 MPa),維持溫度110±5℃。當殘余EDTA和總鐵(Fe2++Fe3+)質量濃度基本平衡時,同時參照監視管的清洗情況,若已平衡或清洗干凈,再經過1~2 h結束清洗,總清洗時間為8小時。

    當清洗液中鐵離子的含量達到穩定、PH為8.5~9.5和游離EDTA的質量分數大于1%時,即進入鈍化階段,鈍化時間為6 h。

    5.3 EDTA廢液回收利用

    根據清洗廢液數量,提前在清洗現場焊接2個100m3的儲槽,將EDTA清洗廢液排放到儲槽后,使用二臺l m3/min的空氣壓縮機,通過預先安裝好的空氣管道向兩個儲存有EDTA洗爐廢液的儲槽中鼓入壓縮空氣(從水箱底部鼓人),在壓縮空氣鼓動、攪拌廢液的同時,分別向兩個儲槽的廢液中加入片狀燒堿,使溶液PH≥12,繼續鼓氣48小時,然后向廢液中均勻加人50Mg/L的絮凝劑,1小時后,停止鼓氣攪拌,使廢液中的Fe(OH)3膠體靜置沉降。大約沉降l2天后(此時間為下一臺鍋爐的清洗系統安裝階段),儲槽中的上清液呈微淡紅色,取上層清液進行分析,pH 值約為12,EDTA 含量為4.2%。

    在清洗下一臺鍋爐時,為了配制5%的EDTA二鈉鹽溶液150M3,利用上一臺鍋爐的4.2%的EDTA清洗回收液100m3(其EDTA為四鈉鹽的形式存在),再添加EDTA3.5噸,然后用除鹽水稀釋到150m3,此時,清洗液中的EDTA以二鈉鹽的形式存在,無需加NaOH調節PH,即可以用于下一臺鍋爐清洗。

    6 清洗效果

       六臺鍋爐經此清洗工藝清洗后,驗收檢查結果為:汽包內部有明顯的分界線,表面呈鋼灰色,無殘留氧化皮焊渣;水冷壁、省煤器管內表面清潔,無點蝕及二次銹,所有表面均已形成完整致密的鋼灰色保護膜。清洗指示片的平均腐蝕速率為0.8546 g/(m2·h),清洗效果被評為優良。

    7  結論

    EDTA清洗工藝具有工藝簡便,清洗范圍大,腐蝕速率小,清洗時間較短和對人身和設備安全可靠等特點,只要采用合理的工藝,選擇優良的緩蝕劑,控制規定的參數,就能達到良好的除垢以及鈍化效果, EDTA洗爐廢液的回收利用,極大的降低了清洗成本。因此,EDTA清洗工藝必將被越來越多的鍋爐使用單位和清洗公司所選用,從而創造更大的經濟效益和社會效益。

     

    作者簡介:孫立新  男 漢族 1968年生人,畢業于河北工程大學熱能動力工程專業,工程師

    工作單位:兗礦集團南屯電力分公司 生產廠長 主要從事電力生產技術研究

     

     

     

    參考文獻

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    [3] 陳穎敏,左俊利,王亞慧.保定電廠協調EDTA鍋爐化學清洗探析[J].鍋爐技術,2008,(5)

    [4]陳澤峰.鍋爐EDTA化學清洗 [J].清洗世界,2007,(2):


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