摘要：火力发电厂以燃煤为主，生产过程中产生大量的粉煤灰等尘状污染物，目前多数火力发电厂采用水力湿法除灰系统。输灰管道结垢问题的存在使电厂每年都要投入大量的人力、物力和巨额的资金来处理。文章对水力除灰系统防垢技术进行了研究分析，以供参考
关键词：电厂；除灰系统；技术；
前言：随着我国经济社会的不断发展，人们对电力的需求日益增大，火力发电作为我国电力能源的主要来源，对促进国民经济增长做出了不可磨灭的贡献，然而，火力发电在实现经济效益的同时给环境造成了巨大的破坏，不符合我国可持续发展战略的要求，因此，如何在发展经济的同时有效控制电厂污染已经成为了业内的重要议题，而电厂除灰系统改造便是降低电厂污染的重要手段。
1 火电厂除灰系统存在的问题
火电厂由于煤粉中含有钙、镁等矿物质，经炉膛高温燃烧后，形成金属氧化物，当与碱性水接触后，极易形成碳酸盐垢沉积在输灰管道壁上，使流通截面减小，管道阻力增大，影响出力，增加电耗。结垢的速率与燃用煤种、燃烧状况、除灰方式、冲灰水水质、灰浆流速和灰管材质等因素有关。据统计，我国95%以上火电厂水力冲灰系统存在结垢现象，特别是电除尘在火电厂的推广应用后，多采取干除尘、湿排灰的运行方式，使结垢现象更为严重。这在北方缺水地区的电厂，特别是以高硬度、高碱度的地下水，以及为节约用水，把处理后的生活污水、生产废水（包括灰场回水）作冲排灰水的电厂更为严重，导致输灰管道压降增加，输灰泵扬程增加，检修频繁。不仅增加运行费用，还严重影响了电厂正常安全运行。虽然对输灰管道的结垢问题的研究已有了很大进展，但仍存在许多问题丞待解决。
⑴大都是研究静态过程，很少从动力学方面研究CaCO3结晶的过程；
⑵一般是研究单一因素或几个因素，对影响结垢的多因素及综合研究比较少；
⑶大都是采用化学水处理方法，对高pH值、高氧化钙含量的灰水进行化学处理的经济性考虑不多。
2 火电厂水力除灰系统阻垢清垢技术
2.1 阻垢方法
除灰水系统结垢主要是CaCO3，结垢的过程即CaCO3在系统中设备壁面上结晶的过程。结晶过程分三步，首先溶液要达到过饱和，其次是晶核的生成，然后是晶核生长为晶体。国内外曾进行试验或正在运行的防垢/缓垢措施，无论是化学方法，还是物理方法都是从控制其中的一个或几个过程出发来达到防垢的目的。解决的思路有以下三种：第一，加速CaCO3的生成速率，使其成垢于管前；第二，推迟CaCO3的生成，使成垢于管后；第三，是不回避系统内结晶析出，但通过一系列防垢措施，使其失去附壁能力，易于与灰水一起冲出管外。
2.1.1阻垢剂及其他化学方法
阻垢剂、分散剂能与水中的硬度离子形成可溶的螯合物，使相当多的硬度离子稳定于水中，相当于增加了微溶盐的溶解度，从而减小了生成过饱和溶液的可能性。其阻垢的主要机理是：从结晶热力学和动力学角度分析，在碳酸盐过饱和灰水中，存在有大量小于临界半径的碳酸钙晶体，这些小晶体的活性生长点吸附了阻垢剂，使自身难以继续生长，控制了大于临界半径的晶体的出现，灰水中不会析出结晶。另外由于阻垢剂的加入，碳酸钙晶型发生严重畸变，阻垢剂不仅与水中的钙离子形成稳定的螯合物，同时还与碳酸钙晶体界面上的钙离子发生螯合作用，形成的螯合物占据正常晶体生长的晶格位置，使晶体成为歪晶，晶体继续长大，螯合物镶嵌在继续生长的晶体之中，这种晶体是不稳定的，当环境条件改变时，晶格发生畸变，晶体易于破裂，达到防止在管壁附着成垢的目的。
2.1.2 加酸及酸洗法
加酸法是利用电厂除盐系统的再生废酸，来进行阻垢。90年就有报道宝鸡电厂使用该法来进行阻垢，前苏联研究者也曾建议再生废酸可排放到水力除灰系统，国内也有人研究采用该法后对灰水中的重金属的影响问题。总之，这种方法随着环保对废水中重金属排放的限制，它的应用是有条件的。一般加酸在灰浆泵入口。此法操作简单，可同时防止灰浆管内结垢，但加酸法为维持整个灰管内灰浆PH值都处于临界点以下，灰管进口PH值相当低，导致钢管和混凝土前池壁严重酸腐蚀，或者相反造成灰管出口除垢不理想。另外，加入的酸随灰浆排入灰场，灰浆在PH值较低情况下，可溶出物增加，使灰场排水水质恶化，并直接影响到灰场附近的地下水的水质，这是环保所不允许的。
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2.1.3炉烟处理法
炉烟处理法，是利用水和烟气的混合物去除冲灰管道结垢的方法，主要针对的是排灰管的结垢，其机理是烟气中的CO2与灰管中的垢（主要是CaCO3）发生反应，生成溶解度较大的Ca（HCO3）2从而达到除垢的目的。当向水中通入较大气量的烟气时，大量气泡在水中呈紊动状态，与灰垢接触时产生强烈的冲击，不仅使溶垢反应加剧，而且使被碳酸腐蚀的灰垢剥离，并随气水混合物排出。炉烟处理法操作方便，除垢速度较快，不影响备用管运行，但受气温、水温和灰水PH值的影响，运行稳定性差。这一技术在我国承德、淮南、淮阴和黄台电厂等投入使用。该法适用于很稀和灰中碱性物质不大的湿式除尘，稀灰浆输送系统。从目前来看，随着环保对电厂烟气排尘的限制和节水的要求，大中型火电厂中逐步推广干收湿排除灰技术、输送灰浆浓度大大提高，因此这项技术的应用渐趋减少。
2.1.4管前预结晶处理
管前预结晶处理又叫做预脱碳处理法。采用水力除灰，灰水中的CaO溶出是不可避免的，即灰浆中成垢条件之一的阳离子Ca2+的增加是必然的。根据其成垢的机理采用一定的措施，使灰水中的阴离子CO32-、SO32-（采用水膜除尘的灰水中）的含量降到一定数值以下是可能的。回水冲灰法，提前结晶法以及水膜除尘法，或通过添加某些药剂（如石灰乳）或用离子交换法、膜分离法等方法除去灰水中的碳酸盐，都可以说是一种灰浆进入灰管前的预脱碳方法。使灰管中的碳酸钙的结垢倾向趋于零。
2.1.5内衬橡塑钢管法
内衬橡塑钢管是一种新型管道，其外壁为普通钢管，内壁采用复合冷拉或整体注塑工艺将聚乙稀紧密附贴于钢管上，这样即具备了钢管的强度，又有了塑料管的防腐蚀耐磨功能。这种复合材料具有疏水性。可有效地防止铁管在PH>10情况下的电化学腐蚀，即消除了铁管内壁上铁离子与灰水中OH-或CO32-生成Fe（OH）2或FeCO3，而这两种物质沉淀在铁管壁上，是形成CaCO3结垢的首要要素晶核。消除晶核也就破坏了CaCO3的成晶条件，另外，CaCO3沉淀物在管内与这种材质的管壁不能产生吸附沉淀，或沉淀物与管壁不能紧密相连，只能形成一种疏松、非粘着性的沉淀物易于随灰水一齐冲走。从而达到防止或减轻管道结垢的目的。
2.2除垢方法
2.2.1机械除垢法
除垢是目前火电厂对水力除灰系统已结垢后的补救措施，最简单原始的办法是机械除垢法，分段拆管人工敲击清垢，费工费时，清除不彻底。
2.2.2清管器
近几年有电厂采用水力推进清管器，这种清管器在灰管中靠水力推动旋转前进，前进中清管器上的刀具将垢剥离，由于管道的内部结垢部位的不均匀性或沉积渣块等杂物的堵塞，经常会出现卡刀的现象，一旦卡管仍需开管取出。清管器对管道阀门等附属设备无能为力，管道系统任一点截面减小都会造成堵塞。
2.2.3酸洗法
酸洗法除垢仍是目前火电厂应用较普遍的方法，其原理是加酸使CaCO3转化为易溶盐。除灰系统的酸洗通常是采用循环酸洗的方式，把要清洗的灰管一端用堵板与除灰设备隔绝，然后用连接管串接起来构成循环回路，用酸洗泵使酸液在系统中不断循环，直到洗干净为止。这种方式优点是耗酸量小，管道清洗得较干净，可避免酸液污染。但其缺点是系统较复杂，应用有局限性，只能对闭合循环回路内的灰管进行酸洗。另外，清洗时需要停运两条灰管，构成循环回路，这对于中、小电厂实际上是停运整个排灰系统，故应用受到很大限制。
结束语
综上所述，电厂除灰系统的改造对提高能源利用率、节约资源以及环境保护均具有积极的意义。为了实现节能减排的目标，传统电厂应该摒弃旧有的水力冲灰，人工除渣的生产方式，积极引进先进的技术对电厂除灰系统进行改进，以此来提高燃煤效率、发展循环经济、减少环境污染，真正实现电厂的经济效益与环境保护工作的双赢。
参考文献：
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[3]李培荣.发电厂除灰控制技术[M].北京：化学工业出版社，2005.
论文作者:樊宗军
论文发表刊物:《电力设备》2019年第6期
论文发表时间:2019/7/16
标签：电厂论文; 灰浆论文; 系统论文; 水力论文; 晶体论文; 火电厂论文; 水中论文; 《电力设备》2019年第6期论文;