CN107208879B - 直流锅炉的火炉壁管的清洗方法 - Google Patents

Abstract

本发明的直流锅炉的火炉壁管(5)的清洗方法是在供水系统中应用氧处理的直流锅炉的火炉壁管(5)的清洗方法，在该清洗方法中，通过化学清洗，将在所述火炉壁管(5)的内表面上生成的自身氧化垢(HS)以及粉垢(PS)中的、热传导率比所述自身氧化垢(HS)低的所述粉垢(PS)选择去除。

Description

直流锅炉的火炉壁管的清洗方法

技术领域

本发明涉及直流锅炉的火炉壁管的清洗方法。

背景技术

在向锅炉供水系统应用氧处理的火力发电系统中，产生直流锅炉的火炉壁管的金属温度上升的现象，因火炉壁管破损而引起的锅炉水的泄漏发生成为问题。火炉壁管的金属温度的上升导致铁从低压供水加热器排水系统或者供水系统的配管熔出而生成氧化铁(Fe₂O₃)，氧化铁附着堆积于火炉壁管内表面而使热传导变差(以下，根据氧化铁的性状将其称为粉垢(Powder scale))。

为了预防上述的火炉壁管的泄漏不当，定期地实施火炉壁管的化学清洗，以将堆积于管内表面的由铁系氧化物构成的垢完全去除。

例如，在专利文献1中公开了如下的化学清洗，该化学清洗具备如下工序：利用酸(无机酸或有机酸)将垢溶解去除的酸清洗工序、之后的水清洗工序、以及之后的防锈处理工序。在上述酸清洗工序中，使酸溶液在锅炉内循环通水。

另外，例如在专利文献2中，公开了具有省煤器、火炉以及加热器的自然循环鼓型锅炉的清洗方法。在上述清洗方法中，将添加了分散剂的清洗液从临时设置在除了加热器以外还包括省煤器以及火炉的锅炉中的清洗系统注入到锅炉内之后，在清洗液保持于锅炉内的期间注入不活泼气体而形成气泡。

另外，例如在专利文献3中公开了具备注水工序、加压工序以及减压工序的粉垢的排出方法。注水工序是以将导入了微气泡的清洗流体向蒸发管等清洗对象空间供给的方式进行注水的工序。加压工序是在将注水工序的状态放置规定时间之后，通过使密闭空间内的清洗流体压力升压而使清洗流体内的微气泡收缩，从而形成相对小的微气泡以及纳米气泡的工序。减压工序是使在加压工序中收缩而处于相对小的微气泡以及纳米气泡的状态的清洗流体内的气泡膨胀的工序。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012-24735号公报

专利文献2：日本特开平8-105602号公报

专利文献3：日本特开2014-142154号公报

发明内容

发明要解决的课题

在专利文献1至3所公开的方法中，在清洗火炉壁管的管内表面时需要较长的时间，工程成本高，施工期间跨度长。

鉴于上述情况，本发明的至少一实施方式的目的在于，提供一种能够缩短清洗时间的直流锅炉的火炉壁管的清洗方法。

解决方案

(1)本发明的至少一实施方式的直流锅炉的火炉壁管的清洗方法是在供水系统中应用氧处理的直流锅炉的火炉壁管的清洗方法，其中，

通过化学清洗，将在所述火炉壁管的内表面上生成的自身氧化垢以及粉垢中的、热传导率比所述自身氧化垢低的所述粉垢选择去除。

根据本发明人的深入研究的结果发现，在专利文献1以及2公开的清洗方法中，为了全部去除在火炉壁管的内表面上生成的垢，需要进行长时间的清洗，不仅工程成本高，施工期间长，还有可能对火炉壁管的内表面造成损害。另一方面，在专利文献所公开的清洗方法中可知，清洗流体使用接受了微气泡的供给的纯水，但必须对工作流体的压力从常压状态进行加压而使其升压，另一方面，对升压后的压力进行减压而使其降压，难以进行有效的清洗。

针对这一点，根据上述(1)的方法，通过化学清洗，将在火炉壁管的内表面上生成的自身氧化垢以及粉垢中的、热传导率比自身氧化垢低的粉垢选择去除，因此，与以往那样全部去除自身氧化垢以及粉垢的情况相比，能够缩短清洗时间。另外，由于不去除自身氧化垢，因此，清洗液也不会对火炉壁管的内表面造成损害。

(2)在若干实施方式中，在上述(1)的方法的基础上，包括如下工序：

清洗试验工序，在该清洗试验工序中，求出用于将所述粉垢选择去除的所述化学清洗的清洗条件；以及

清洗工序，在该清洗工序中，以在所述清洗试验工序中求出的所述清洗条件而将粉垢选择去除。

根据本发明人的研究结果发现，化学清洗中的酸清洗、螯合清洗等是有效的，但在将清洗液条件设为高浓度、将清洗温度条件设为高温度、将清洗时间条件设为长时间时，清洗力过强而使自身氧化垢局部损伤，有可能导致因自身氧化垢的浮起而引起的传热阻碍以及因清洗液在浮起部的残留而引起的腐蚀。

针对这一点，根据上述(2)的方法，求出用于选择去除粉垢的化学清洗条件，以求出的清洗条件将粉垢选择去除，因此，能够有效地将自身氧化垢以及粉垢中的、热传导率比自身氧化垢低的粉垢选择去除。

(3)在若干实施方式中，在上述(2)的方法的基础上，其中，

所述清洗条件包含清洗液组成条件、清洗液浓度条件、清洗温度条件或者清洗时间条件中的至少一个。

根据上述(3)的方法，清洗条件包含清洗液组成条件、清洗液浓度条件、清洗温度条件或者清洗时间条件中的至少一个，因此，能够以适当的清洗条件而将热传导率比自身氧化垢低的粉垢有效地选择去除。

(4)在若干实施方式中，在上述(2)或(3)的方法的基础上，其中，

所述清洗试验工序中，对由仿照成为清洗对象的直流锅炉的火炉壁管的一部分或者该火炉壁管得到的样本构成的试验体进行化学清洗，并求出能够将所述粉垢选择去除的所述清洗条件。

根据上述(4)的方法，对由仿照成为清洗对象的直流锅炉的火炉壁管的一部分或者该火炉壁管得到的样本构成的试验体进行化学清洗，求出能够将粉垢选择去除的清洗条件，因此，能够求出分别适用于运转环境不同的直流锅炉的清洗条件。

(5)在若干实施方式中，在上述(4)的方法的基础上，其中，

在所述清洗试验工序中，通过对所述试验体的化学清洗所使用的清洗液中的颗粒浓度进行监视，来判断所述粉垢的选择去除的完成时机，并基于该完成时机来求出所述清洗条件。

根据上述(5)的方法，通过对试验体的化学清洗所使用的清洗液中的颗粒浓度进行监视，来判断粉垢的选择去除的完成时机，基于完成时机来求出清洗条件，因此，能够定性地求出清洗条件。

(6)在若干实施方式中，在上述(5)的方法的基础上，其中，

在所述清洗试验工序中，将所述颗粒浓度的上升率变成小于阈值的时机设为所述完成时机。

根据上述(6)的方法，将颗粒浓度的上升率变成小于阈值的时机设为完成时机，因此，能够定量地求出清洗条件。

发明效果

根据本发明的至少一实施方式，提供能够缩短清洗时间的直流锅炉的火炉壁管的清洗方法。

附图说明

图1是示出在锅炉供水系统中应用氧处理的火力发电设备的简要结构的概念图。

图2是示出在图1所示的火力发电设备中设置了清洗循环路径的状态的概念图。

图3是示出在内表面附着堆积有垢的火炉壁管的简要结构的示意图。

图4是示出垢的厚度与金属温度之间的关系的图。

图5是示出直流锅炉的运转时间与自身氧化垢的厚度之间的关系的图。

图6是示出在内表面上生成了自身氧化垢以及粉垢的直流锅炉的火炉壁管的推断构造的概念图。

图7是示出能够对粉垢进行选择去除的清洗条件的图。

图8是示出求出能够对粉垢进行选择去除的清洗条件的清洗试验装置的简要结构的概念图。

图9是示出清洗时间与清洗液中的颗粒浓度以及颗粒浓度的上升率之间的关系的图。

具体实施方式

以下，参照附图来说明本发明的若干实施方式。其中，实施方式中记载的或者附图所示的构成部件的尺寸、材质、形状、其相对的配置等并非是限制本发明的范围的设置，只不过是说明例。

例如，“某一方向”、“沿着某一方向”、“平行”、“正交”、“中心”、“同心”或者“同轴”等的表示相对或绝对的配置的表现不仅表示严格意义上的这种配置，还表示在允许公差或获得相同功能的程度的角度、距离的范围内相对地位移的状态。

另外，例如表示四边形状、圆筒形状等形状的表现不仅表示几何学上的严格意义所指的四边形状、圆筒形状等形状，还表示在获得相同效果的范围内包括凹凸部、倒角部等的形状。

另一方面，“具备”、“具有”、“包括”、“包含”或者“含有”一构成要素这样的表现并非是排除其他构成要素的存在的排他性表现。

图1是表示在锅炉供水系统中应用氧处理的火力发电设备1的简要结构的概念图。

本发明的至少一实施方式的直流锅炉的火炉壁管5的清洗方法是在供水系统中应用氧处理的直流锅炉的火炉壁管5的清洗方法。

如图1所示，在锅炉供水系统中应用氧处理的火力发电设备1具备：涡轮复水器11、复水泵12、复水处理装置13、复水升压泵14、低压供水加热器15、脱气器16、锅炉供水泵17、高压供水加热器18、火炉省煤器19、过热器20以及再热器21。而且，火炉省煤器19具备：省煤器22、火炉23、气液分离器24、气液分离罐25以及锅炉循环泵26。

图2是示出在图1所示的火力发电设备1中设置了清洗循环路径3的状态的概念图。

如图2所示，清洗循环路径3通过使清洗液在省煤器22至气液分离器24之间循环来将附着堆积于火炉壁管5的内表面的垢S(参照图3)清洗去除，其包含缓冲罐31、循环泵32、加热器33以及废液罐34。它们通过临时配管35相互连接。

缓冲罐31中储存有清洗液，缓冲罐31中储存的清洗液由循环泵32送出。由循环泵32送出的清洗液在加热器33中被加热，并通过省煤器22、火炉23以及气液分离器24而被缓冲罐31回收。由此，缓冲罐31中储存的清洗液在省煤器22至气液分离器24之间循环，从而将附着堆积于火炉壁管5的内表面的垢S清洗去除(化学清洗)。

图3是示出在内表面上附着堆积有垢S的火炉壁管5的简要结构的示意图。

如图3所示，附着堆积于火炉壁管5的内表面的垢S构成为包含自身氧化垢HS和粉垢PS。自身氧化垢HS堆积于火炉壁管5的内表面而形成致密层，粉垢PS为小颗粒直径的多孔状，且附着于自身氧化垢HS的表面。

图4是示出垢S的厚度与金属温度之间的关系的图。

如图4所示，粉垢PS的厚度对金属温度的上升的影响大，自身氧化垢HS的厚度对金属温度的上升的影响小。另外，虽然火炉壁管5的金属温度管理为管理温度以下，但若自身氧化垢HS的厚度未成长到规定值(以下称为“HS厚度极限值”)，则火炉壁管5的金属温度不会达到管理温度。

图5是示出直流锅炉的运转时间与自身氧化垢HS的厚度之间的关系的图。

如图5所示，自身氧化垢HS的成长速度比较慢，即便经过10年左右，厚度也为HS厚度极限值以下。因此，即便原封不动地残留自身氧化垢HS，火炉壁管5的金属温度在10年左右也不会达到管理温度。

另一方面，粉垢PS的热传导率比自身氧化垢HS的热传导率小，若厚度成长到规定值(以下称为“PS厚度管理值”)，则火炉壁管5的金属温度达到管理温度，因此，要求将粉垢PS的厚度管理为PS厚度管理值以下。

另外，粉垢PS从锅炉供水中获取，是附着成长的产物，且取决于供水的水质。因此，因供水的水质的不同，火炉壁管5有时在2年内达到管理温度，也有时在10年内达到管理温度。

对此，若干实施方式的直流锅炉的火炉壁管5的清洗方法通过化学清洗，将在火炉壁管5的内表面上生成的自身氧化垢HS以及粉垢PS中的、热传导率比自身氧化垢HS低的粉垢PS选择去除。

在图2所例示的方式中，使清洗液循环，直至通过化学清洗，将附着堆积于火炉壁管5的内表面的垢S中的、热传导率比自身氧化垢HS低的粉垢PS选择去除。

根据上述若干实施方式的直流锅炉的火炉壁管5的清洗方法，通过化学清洗，将在火炉壁管5的内表面上生成的自身氧化垢HS以及粉垢PS中的、热传导率比自身氧化垢HS低的粉垢PS选择去除，因此，与以往那样将自身氧化垢HS以及粉垢PS全部去除的情况相比，能够缩短清洗时间。另外，由于不去除自身氧化垢HS，因此，清洗液不会对火炉壁管5的内表面造成损害。

图6是示出在内表面上生成了自身氧化垢HS以及粉垢PS的直流锅炉的火炉壁管5的推断构造的概念图。

粉垢PS的表层的紧贴力弱，通过水洗也能够将其局部去除。另一方面，在粉垢PS与自身氧化垢HS的界面附近具有难以通过水洗来去除的程度的紧贴力。这被推断为，如图6所示，粉垢PS与粉垢PS以及粉垢PS与自身氧化垢HS将磁铁等作为粘合剂B、自身氧化垢HS的表层从微观角度看粗糙，使粉垢PS被物理性地保持等。因此，在粉垢PS的选择去除中，至少需要溶解自身氧化垢HS的表层或粘合剂B。

针对于此，酸清洗、螯合清洗等是有效的，但在将清洗液条件设为高浓度、将清洗温度条件设为高温度、将清洗时间条件设为长时间时，清洗力过强，使自身氧化垢HS局部地损伤，有可能导致因自身氧化垢HS的浮起而引起的传热阻碍以及因清洗液在浮起部的残留而引起的腐蚀等。

对此，若干实施方式的直流锅炉的火炉壁管5的清洗方法具备清洗试验工序和清洗工序。

清洗试验工序求出用于选择去除粉垢PS的化学清洗的清洗条件，清洗工序以在清洗试验工序中求出的清洗条件而将粉垢PS选择去除。

根据上述的若干实施方式的直流锅炉的火炉壁管5的清洗方法，求出用于选择去除粉垢PS的化学清洗条件，在求出的清洗条件下将粉垢PS选择去除，因此，能够有效地将自身氧化垢HS以及粉垢PS中的、热传导率比自身氧化垢HS低的粉垢PS选择去除。

图7是示出能够将粉垢选择去除的清洗条件的图。

如图7所示，若干实施方式的清洗条件包含清洗液组成条件、清洗液浓度条件、清洗温度条件或者清洗时间条件中的至少一个。

如图7所示，在对直流锅炉的火炉壁管进行清洗的代表性的化学清洗要领中，清洗液的组成使用柠檬酸、羟基酸等有机酸。清洗液的浓度为3％至10％，且清洗次数取决于在火炉壁管5的内表面上附着的垢S的量。另外，清洗液的温度为80℃至90℃，清洗时间为6小时至10小时左右。

代表性的化学清洗要领适用于将堆积附着于火炉壁管5的内表面的垢S全部去除的情况，而不适用于将粉垢PS选择去除的情况。即，在代表性的化学清洗要领中，不仅去除了粉垢PS，也去除了自身氧化垢HS。

与此相对地，清洗条件1是减少了清洗液的温度且清洗液的组成、清洗液的浓度、清洗时间与上述的代表性的化学清洗要领相同的条件。清洗液的温度为例如常温，在该情况下，在无需加热清洗液这一方面是有利的。根据基于清洗条件1进行的清洗，抑制了自身氧化垢HS的损伤，能够实现粉垢PS的选择去除。

清洗条件2是缩短了清洗时间且清洗液的组成、清洗液的浓度、清洗液的温度与上述的代表性的化学清洗要领相同的条件。清洗时间为例如1小时，在该情况下，在短时间内结束清洗这一方面是有利的。根据基于清洗条件2进行的清洗，抑制了自身氧化垢HS的损伤，能够实现粉垢PS的选择去除。

清洗条件3是减少了清洗液的浓度且清洗液的组成、清洗液的温度、清洗时间与上述的代表性的化学清洗要领相同的条件。清洗液的浓度为例如小于3％，在该情况下，在清洗液(原液)的量变少这一方面是有利的。根据基于清洗条件3进行的清洗，抑制了自身氧化垢HS的损伤，能够实现粉垢PS的选择去除。

清洗条件4是任意地变更了上述的代表性的化学清洗要领的条件，清洗液的组成使用EDTA、丙二酸、羟基乙酸等有机酸。清洗液的浓度为3％至10％或小于3％，清洗次数取决于在火炉壁管5的内表面上附着的垢S的量，通常清洗多次。另外，清洗液的温度为80℃至90℃或为常温，清洗时间为6小时至10小时左右或小于1小时。根据基于清洗条件4进行的清洗，抑制了自身氧化垢HS的损伤，能够实现粉垢PS的选择去除。

上述的若干实施方式的清洗条件包含清洗液组成条件、清洗液浓度条件、清洗温度条件或者清洗时间条件中的至少一个，因此，能够以适当的清洗条件对热传导率比自身氧化垢HS低的粉垢PS进行选择去除。

图8是示出求出能够选择去除粉垢PS的清洗条件的清洗试验装置的简要结构的概念图。

作为将粉垢PS选择去除的清洗液，能够使用无机酸(盐酸)、有机酸(柠檬酸、羟基乙酸、丙二酸等)或者螯合剂中的至少一种。

而且，优选通过溶解粉垢PS的粘合剂或保持件、或者在粉垢PS剥离了的阶段结束清洗，从而维持自身氧化垢HS的稳健性。

然而，粉垢PS的溶解或者粉垢PS的剥离所需的时间根据清洗液组成条件、清洗温度条件以及粉垢PS的附着状况而不同。

若干实施方式的清洗试验工序中，对由仿照成为清洗对象的直流锅炉的火炉壁管5的一部分或者该火炉壁管5得到的样本构成的试验体TP进行化学清洗，求出能够将粉垢PS选择去除的清洗条件。

在图8所例示的方式中，使用垢溶解试验装置6，对构成成为清洗对象的直流锅炉的火炉壁管5的一部分的试验体TP进行试验。垢溶解试验装置6具备温槽61、循环泵62、循环罐63以及颗粒计数器64。试验体TP浸渍在温槽61中，循环罐63中储存的清洗液由循环泵62送出。由循环泵62送出的清洗液通过试验体TP而被循环罐63回收。由此，循环罐63中储存的清洗液在试验体TP循环，从而清洗附着于试验体TP的内表面的垢S(粉垢PS)。

根据上述的若干实施方式的清洗试验工序，对由仿照成为清洗对象的直流锅炉的火炉壁管5的一部分或者该火炉壁管得到的样本构成的试验体TP进行化学清洗，求出能够将粉垢PS选择去除的清洗条件，因此，能够求出分别适用于运转环境不同的直流锅炉的清洗条件。

图9是示出清洗时间与清洗液中的颗粒浓度以及颗粒浓度的上升率之间的关系的图。需要说明的是，图9所示的关系只不过是一例。

粉垢是被称为氧化铁(Fe₂O₃)的铁氧化物，与自身氧化垢HS相比难以溶解，即便通过化学清洗也难以完全溶解，其颗粒浮游在清洗液中或堆积于滞留部。另外，伴随着清洗时间的增加，在清洗液中浮游的颗粒的个数增大，最终停留在滞留部中。

对此，在若干实施方式的清洗试验工序中，通过对试验体TP的化学清洗所使用的清洗液中的颗粒浓度进行监视，来判断粉垢PS的选择去除的完成时机，基于完成时机来求出清洗条件。

在图8所例示的方式中，使用颗粒计数器64监视颗粒浓度，由此判断粉垢PS的选择去除的完成时机，基于完成时机来求出清洗时间。需要说明的是，将使用颗粒计数器64监视的颗粒的颗粒直径设为规定值(例如10μm)，从而排除因其他异物或来自自身氧化垢HS的剥离污泥等引起的阻碍。

颗粒浓度是清洗液中的颗粒个数，颗粒浓度的上升率通过{(第n小时的颗粒个数)-(第n-1小时的颗粒个数)}/(第n小时的颗粒个数)＊100求出。

如图9所例示，通常伴随着清洗时间增加，颗粒浓度变高，颗粒浓度的上升率减少，因此，通过监视这些情况，来判断粉垢PS的选择去除的完成时机，基于完成时机来求出清洗条件(清洗时间)。

根据上述的若干实施方式的清洗试验工序，通过对试验体TP的化学清洗所使用的清洗液中的颗粒浓度进行监视，来判断粉垢PS的选择去除的完成时机，基于完成时机来求出清洗条件，因此，能够定性地求出清洗条件。

在若干实施方式的清洗试验工序中，将颗粒浓度的上升率变成小于阈值的时机设为完成时机。

在图9所例示的方式中，将10％/小时设为阈值，将颗粒浓度的上升率小于10％/小时的时机设为完成时机。

根据上述的若干实施方式的清洗试验工序，由于将颗粒浓度的上升率变成小于阈值的时机设为完成时机，因此能够定量地求出清洗条件。

在图8所例示的方式中，使用颗粒计数器64来监视颗粒浓度，但也可以使用在设备建设时或设备起动时进行的简易监视方法。具体地说，也可以使用利用膜滤器过滤样本水之后以过滤器的颜色推算铁浓度的方法。在该情况下，将无法确认出清洗液中包含的颗粒浓度的上升的时机设为完成时机。

本发明不局限于上述实施方式，也包括对上述实施方式加以变形的方式以及对这些方式适当进行组合的方式。

附图标记说明：

1 火力发电设备；

11 涡轮复水器；

12 复水泵；

13 复水处理装置；

14 复水升压泵；

15 低压供水加热器；

16 脱气器；

17 锅炉供水泵；

18 高压供水加热器；

19 火炉省煤器；

20 过热器；

21 再热器；

22 省煤器；

23 火炉；

24 气液分离器；

25 气液分离罐；

26 锅炉循环泵；

3 清洗循环路径；

31 缓冲罐；

32 循环泵；

33 加热器；

34 废液罐；

35 临时配管；

5 火炉壁管；

6 垢溶解试验装置；

61 温槽；

62 循环泵；

63 循环罐；

64 颗粒计数器；

S 垢；

HS 自身氧化垢；

PS 粉垢；

B 粘合剂；

TP 试验体。

Claims (6)

1.一种直流锅炉的火炉壁管的清洗方法，是在供水系统中应用氧处理的直流锅炉的火炉壁管的清洗方法，

其特征在于，

所述清洗方法包括清洗工序，在该清洗工序中进行化学清洗，以使得将在所述火炉壁管的内表面上生成的自身氧化垢以及粉垢中的、热传导率比所述自身氧化垢低的所述粉垢选择去除，

在所述清洗工序中，除了所述粉垢之外，还将所述自身氧化垢的表层、或者所述粉垢彼此借助粘合剂而结合的粘合剂层或所述粉垢与所述自身氧化垢借助粘合剂而结合的粘合剂层溶解并去除，另一方面，使所述自身氧化垢至少局部地残留于所述火炉壁管的所述内表面上。

2.根据权利要求1所述的直流锅炉的火炉壁管的清洗方法，其特征在于，

所述清洗方法还包括清洗试验工序，在该清洗试验工序中，求出用于将所述粉垢选择去除的所述化学清洗的清洗条件，

在所述清洗工序中，以在所述清洗试验工序中求出的所述清洗条件而将粉垢选择去除。

3.根据权利要求2所述的直流锅炉的火炉壁管的清洗方法，其特征在于，

所述清洗条件包含清洗液组成条件、清洗液浓度条件、清洗温度条件或者清洗时间条件中的至少一个。

4.根据权利要求2或3所述的直流锅炉的火炉壁管的清洗方法，其特征在于，

所述清洗试验工序中，对由仿照成为清洗对象的直流锅炉的火炉壁管的一部分或者该火炉壁管而得到的样本构成的试验体进行化学清洗，并求出能够将所述粉垢选择去除的所述清洗条件。

5.根据权利要求4所述的直流锅炉的火炉壁管的清洗方法，其特征在于，

在所述清洗试验工序中，通过对所述试验体的化学清洗所使用的清洗液中的颗粒浓度进行监视，来判断所述粉垢的选择去除的完成时机，并基于该完成时机来求出所述清洗条件。

6.根据权利要求5所述的直流锅炉的火炉壁管的清洗方法，其特征在于，

在所述清洗试验工序中，将所述颗粒浓度的上升率变成小于阈值的时机设为所述完成时机。