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1、包头二电厂水力除灰管道结垢机理研究包头二电厂水力除灰管道结垢机理研究包头二电厂水力除灰管道结垢机理研究赵兰英(内蒙环境监测中心站)一,引言燃煤电厂水力冲灰管遭结垢是一个普遍存在的问题.由于结垢使管遭流通面积减小,阳力增大,除灰系统的动力消耗太大增加;垢有时甚至会堵塞管道,使运行中断.在内蒙古地区,燃煤电厂冲灰管道的结垢,以包头二电厂最为严重.我们详细地分析了该厂新,旧垢的成份,然后,有针对性地分析燃煤,灰,冲灰水的化学成份,通过模拟试验和现场割管灰浆分析,结合运行条件分析,提出结垢机理及防垢除垢措施.包头二电厂投产三十年,装机 20 万,除尘器为湿式和干式两种,灰渣混排.冲灰管遭有三条,长 5
2、 公里,大样分埋在地下,埋深 0.5N2 米不等.沿灰管走向有二段是上坡,共有十四个角度不同的转弯.投产以来一直存在结垢问题,其结垢特点为:灰管垢呈层状,黑灰色,质硬,上半圈垢层厚达60ram 左右,下半圈厚达 20ram 左右.下半圈因灰浆水流动冲刷,垢层较薄.1987 年 4 月害|新灰管检查,发现整条管道普遍结上了垢,其厚度随所处位置而不同.割管中发现有些部位结灰瘤,援瘤内部大部分有包棉纱.铁丝等.这些杂物都是由露天的灰浆混合池掉入的.这种结瘤的不断增大,最可能堵塞管道.目前采用的解决方法是局部堵局部更换.二,实验部分通过对垢的化学成份及物相分析确定垢的组成,再根据垢的组成,进一步分析结
3、垢的成份在煤,灰及冲灰水中的含量,以及在冲灰系统中的变化规律.探讨结垢的机理和影响因素.分析仪器光谱分析仪;RU 一 200V 衍射仪;日本岛津差热分析仪:PHS 一 2 型 PH 计:灰水搅拌装置:U-7 型水质多功能监涮器:游离氧化钙测定装量:常规化学分析仪器.1.垢样的分析:外观:1 日垢呈灰黑色,管壁成同心圆的层状.紧附管壁.薄厚不匀,较硬.新垢呈灰黑色,层状结构,质脆且硬.由发射光谱仪和常规化学分析法测定的灰管垢样成份及含量,详见袁 1,表 2.从表 1,表 2 可见,垢样的主要化学成份是碳酸钙.为进一步检验有无其他成份,又对垢样进行了置光衍射分析和差热分析,附图从略.置光衍射图谱可
4、知,新旧垢的主要成份都是碳酸钙,含少量的 SiO2 和 Mg(OH)t,差热分析结果表明旧垢的主要成份是 CaCO$和 SiO,新垢的主要成份是 CaCO3 和Mg(OH)2.x 光衍射分析和差热分析,进一步证实了灰管垢样的主要矿物组成是碳酸钙(方解石).1裹 1 垢样光谐成份分靖(嘶)Caco.Si0A1j00Fe2OaMgOTiOjNiZnMnCuPb6612.810.51.21.330.50.10.2;O.50.10.058l8.07.20.751.10.40.10.20.50.10.05寰 2 垢样化学成份爱台置(和)妁烧减量 CaOMgOSi0?Fe,O8Alj0345090040.
5、414.2O12.804.534.280.8428.4444.164.638.603.112.852.3434.66由以上的分析结果进一步分析碳酸钙的酸钙垢在冲灰管路中的形成过程.来源,日通过对燃煤成份,获份中游离氧化 2.煤和灰的分析钙的分析,湿灰中游离氧化钙的变化情况,(1)煤的成份分析及冲灰水中碳酸根和重酸根的分析,阐明碳裹 5 入妒蒜蚜的光督分析分析项目 Sj0-AJaOsIFelO.fCaOMgOITiO-NfZnMCuPbCrAs分析结果(嘶)55344.9l2.50.6l1.70.10.20.760.10.od 痕痕从入炉煤的 x 一光衍射分析可看出,煤的 CaCO.,Fe20.
6、,AI03,皿 g(0J)2.主要成份是;碳,.0:为主,另外还有裹 4 入妒螺蚜的化学分析分析硬耳 1Sio-Al,OsFejO.ICaOIMgOTiO,SOPi0台计分析结果(嘶 52.1434.105.9f2,21J0.801.05O.74O.29.23从以上的分析结果可看出成份的含量是(2)灰的分析一致的.裹 5 千蔽的主要化学寇舒曩台量(呖)主苷化学成份 SiOAlaO0FeaO0CaOjMgOTiOslSOt15 炉细灰混样 47.233.747.552.701.330.9510,60襄 B 棚震中游离氯化等的含量从以上的分析结果可以判断:干灰中所含游离氧化钙来自于煤中碳酸钙的分解
7、:18c03 二兰二 c 口 0+c0Jt这部分氧化钙是结拓的根源.3.冲灰水的分析包头二电厂冲获水主要来源子循环水,用常规分析法测定冲灰水中的主要成份,结果见表 7.裹 7 冲灰水露水质分析(睁 pH 位外,均为帅 m)哦目 fpHIWICOIrIHCO.一垒硬度 I 营硬 SOJ-一 Ca,:Mg0Na:fCIiSiO.,一嗜果 I8.7941.4I.4l5.2B.9j6.62l1.595.53.429113Ol3由表 7 可看出冲灰水为结垢提供了阴离子重碳酸根和碳酸根.综合以上的分析结果,可预断燃煤到结垢的物理化学过程如图1 所示燃煤中 CaCO灰管l 燃烧 CaCOaCaO(游离)沉积
8、 tl+日 20CaCOaCa“,OH 一,结晶长大 tCaCOaHCO,-pCO,成核/Ca“,COa,一图 l 除灰管路中钙垢形成的链式过程4.模拟试验和割管分析(一)模拟试验取包头二电厂灰装泵入口灰浆,模拟冲灰系统的条件,在保温桶中用搅拌器搅拌,模拟现场灰水的流动情况,然后测定结垢主要成份的变化情况,见表 8.裹 8 灰浆搅拌试验时)O1O2o30试验项溶液 pH 值 S.258.919.129.34溶液中 Cas.206.91208.922l5.93224.95 浓度(=g/L)温灰中 CaO0.760.550.530.47 古量(番)(二)割管试验沿除灰管道.根据实际情况,选择方便且
9、具有代表性的取样点.取陆灰管遭运行中的灰浆.进行测试,结果见表 9.裹 9 豫灰管路各涓点嗣试结果嚣篙.1.【l 舢 iI.s三 lI一 L 三 ll.1!:!Ii!:!荑承的 pH 荻水中 CaJ:定 mg/L由上面韵结果可以看出:模拟试验和实际割管澍试结果是一致的,即灰水中 pH 值上升,钙离子浓度不断增加.而湿灰中氧化钙的台量逐渐减少,因此我们提出结垢机理是:干灰中游离氧化钙溶于水,然后发生离解,即;CaO+HjO=Ca(OH)jCa(OH)2=Ca:+2OH 一氧氧根离子与水中的重碳酸根发生反应,生成碳酸根,即;HCO$+0 日一=日 20+CO3 一灰浆中 Ca 和 COa 浓度超过
10、 CaCO.的溶度积就产生 CaCOz 结晶.即:Ca“+CO3.一一 CaCO3l灰浆中大量的灰粒又为碳酸钙结晶提供了结晶中心,晶粒附在管壁逐渐长大.形成致密的垢层.另外,从垢的外观不均匀层状看.说明垢的形成不是均匀进行的,受运行条件影响很大.5.冲扳管路运行条件的分析:包头一,二电厂同处于包头地区,燃煤l9煤质基本相同,但是冲灰水质,除尘器方式,灰水比,灰管长度及敷设坡度,除灰系统运行维护情况等不尽相同.因此,一电厂投产 28 年,装机容量 31.2 万 KW,三条水力冲灰管道结垢现象较微,从未因结垢更换过灰管.通过分析比较.可以看出造成结垢的许多因素.包头二电厂都比一电厂严重:二电厂冲灰
11、水质比一电厂水质差,造成结垢的 Ca“,HC03 一离子都大于一电厂;存在千式除尘器,这种除尘方式有利于结垢;冲灰系统运行维护不科学,切换管道后既不冲洗,也不排放存水.这种情况的后果是:便于结垢物质沉积,有充分的时间附在管壁上.二电厂冲灰水的灰水比小于一厂,因为灰水比越小,相对灰粒则越多,为结垢离子提供更多的结垢中心,有利于结垢离子的沉积.二电厂灰管的敷设不如一厂台理.坡度小.拐弯多,大部分埋在地下且有两处是上坡状态,使灰浆不易排放,有利于结垢.三,防垢措施的探讨和选择通过以上的大量试验和分析,我们了解到影响结垢因素的复杂性.掌握了结垢机理可进一步控制绪垢反应,或结垢后,用一经济合理的方法予以
12、清除,达到防垢和除垢的目的.防垢的方法:1.管前结晶让灰浆水先进入一个预结晶池,经搅拌使碳酸钙附在灰粒上析出,然后进入灰管,使其不能结在管壁上,达到防垢的目的.这一方法对装机容量大的电厂不适用.2.磁力防垢,在冲灰管上装上磁铁,利用磁力作用,使钙离子和碳酸根离子不能结台生成碳酸钙垢.但对于灰浆这种较复杂的混台物效果不好,而对清水如冲灰的回收水等防垢效果较好.3.炉烟气防垢,利用炉烟气中的二氧化碳和冲灰水,使成垢离子生成碳酸氢钙可溶性盐,且 CO:可中和 Ca(OH):,达到防垢的目的,但这套系统需要一套专职运行人员.4.灰渣分排防垢,煤粉炉电厂细灰为主,把细灰与冲灰水先打到浓缩池这段结垢严重.应予以防治.除垢方法;1.利用烟气中的二氧化碳和冲灰水除垢.2.利用盐酸与碳酸钙作用加酸清垢.包头二电厂现装机容量 20 万 KW,可考虑采用管前结晶方案,新建一预结晶池.但从长远看,拟扩建两台 10 万 KW 机组,88 年后装机共 40 万 KW,应采用灰渣分排,渣排旧灰场,细灰浓缩后甩马尔斯泵打到 17 公里以外的万水泉新灰场方案可行,但要考虑厂到浓缩池这段灰管和回水管的结垢问题.回水管结垢,建议采用磁力除垢的方法.冲灰管这段距离虽短.但结垢严重,甚至会导致影响生产正常运行,建议考虑炉烟处理冲获水清垢方案.
