解决冲灰（渣）系统管道结垢问题

在水力除灰(渣)系统中，容易出现的问题是结垢。

(一)灰管结垢的原因分析

1.成垢机理

灰管结垢是由于煤灰中的氧化钙、可溶性钙盐及其碱性物质遇水后逐渐溶解，致使灰水中钙离子、氢氧根、碳酸根浓度上升。灰垢的主要矿物组成是CaCO3，质量分数约为90%，成垢机理研究表明，灰管结垢的过程实质上是CaCO3从煤粉经过一系列物理变化、化学变化转移到管道的过程。其过程可用图2-17表示。

图2-17　灰管结垢机理

2.影响灰管结垢的因素

冲灰(渣)水系统的结垢与煤种、除尘方式、冲灰原水水质，以及灰水流速等因素有关。

游离CaO及其溶出特性是影响灰水水质与稳定性的决定因素。凡灰渣中CaO含量低的电厂，灰管一般都不结垢。而粉煤灰中所含的CaO是燃料带来的，钙含量高的煤种造成灰水中游离CaO含量高，结构情况将比较严重。

除尘方式是灰管结垢的另一个影响因素。采用湿式除尘器的电厂，由于洗涤水吸收了烟气中的SO2、CO2及少量的SO3，当燃用的煤炭含硫量比较高的时候，灰水将呈弱酸性(p H值小于6)，而灰水在酸性条件下是不结垢的。采用干式除尘器的电厂，灰水一般呈碱性，都有不同程度的结垢现象发生。

冲灰原水的水质对结垢的影响源于原水的碱度，选用碱度低的水冲灰将有利于减少灰管结垢现象的发生。为此，一些电厂通过利用某些酸性废水作冲灰水，以应对灰管结垢问题。

灰水在输灰管道中的流速对结垢也有一定程度的影响。灰水是由灰与水混合而成的两相流，灰的存在既有生成垢的作用，也有对已生成的垢磨损的作用，只有在垢的磨损量小于垢的增长量时，垢才会积累而成为问题，而磨损量的大小和灰水中两相介质的流速有直接关系。适当提高流速，有利于防止结垢。

除以上因素外，管材也对结垢有影响。管内壁的光滑度、亲水性都与CaCO3晶体的积附有关。亲水性材质制造的、表面粗糙的管道，CaCO3晶体容易附着在表面上。因此，选用非亲水性的管材，管道表面加工得尽量光滑些，垢的积附将受到抑制。(www.xing528.com)

(二)灰管结垢的防治

为减轻灰管结垢，首先设计时要选择合适的灰浆流速和管材，流速宜在2m/s以上。

采用管壁光滑、非亲水性的管道，比如衬胶管，使CaCO3晶体不容易附着在管道表面上，以减缓结垢的速度。另外，还有以下防垢措施可以采用。

1.管前处理高p H值闭路运行法

管前处理高p H值闭路运行法是一种简便的防止灰管结构的方法。人们在实践中发现。结垢现象通常在冲灰泵出口侧的1km长度范围内最严重，结垢速度快的甚至一年就需清垢或更换管道。尤其是灰中碱性氧化物含量高的电厂，灰水中所含游离氧化钙量也高。从灰管排入灰场的灰水一般p H值较高，很容易吸收空气中的CO2，在碱性介质中转化为CO2-3，导致冲灰水中CaCO3过饱和。

管前处理高p H值闭路运行法就是针对这一规律开发的防垢方法，它的原理是加快CaCO3的生成，使其成垢于在灰水进入输灰管前。具体做法是设立灰浆池，又称预结晶池，通过在灰浆池内进行强烈搅拌，使灰中游离氧化钙迅速溶出，碳酸钙的结晶过程在灰浆池内基本完成后，再让灰水体系趋于稳定的灰水进入输灰管道。采用该方法，保持灰浆池中灰水p H值在11.3以上，灰水在池内停留15min左右，灰管结垢速度可降到处理前的1/15～1/12。这种方法适用于湿式除尘器、灰水中游离氧化钙不大于1.5%及中等碱度冲灰原水的条件下的稀浆除灰系统应用。如江苏盐城发电厂的老厂装机容量68MW，4台锅炉，排灰量约150万t/a，使用三泵三管低压水力除灰系统。该厂在水力除灰管道前设预结晶池，采用机械搅拌预处理，延长灰水的回水滞留时间，补充水直接补入湿贮灰场等措施，维持冲灰水在高p H值(p H值＞11.3)下闭路循环，除灰管与回水管均达到了明显的防垢效果。

2.添加稳定剂

向灰水中添加稳定剂也是一种常用的方法，比如在回收池回水泵的入口处添加0.25mg/L的稳定剂ATMP，则可延长碳酸钙结垢诱导期，推迟CaCO3的生成，使其成垢于管后从而防止灰水系统的结构。如陕西坝桥热电厂，该厂装机容量85 MW，采用水力除灰系统并回收湿贮灰场灰水。由于灰水回收系统的灰水p H值为9.5，致使回收管道在一年内结垢达12～15mm，特别是回收泵与阀门结垢更为严重，每月必须解体清垢1～2次。该厂于1990年8月投加1mg/L三聚磷酸钠药剂于灰水中，经一年多的加药运行，防垢效果显著并能持续运行，现可回收澄清灰水约200m3/h，p H 值超标小，防垢效果显著，灰水回收量增加。汉川电厂水力除灰系统防垢采用的是适用于灰水水质的阻垢剂。因为灰水的Ca2+浓度和p H值远高于工业循环水，为此研究出针对灰水水质的专用阻垢剂SR 820。使用该阻垢计设备简单、操作方便、维护工作量小，其运行费用主要为消耗的阻垢剂费用，可从节省的排污费和水资源费中得到补偿，具有显著的经济效益和环境效益。

3.磁化处理

磁化处理是近20多年来发展起来的一种防垢方法。其作用机理是通过磁场对水及灰水中的离子发生作用，改变结晶速度、晶粒大小、晶体结构，使得晶体结构变得松散，不在管壁上结硬垢，易于清理，能够随灰水一起冲走。

解决灰管结构的问题还可以通过调整灰水p H 值的方法解决，如炉烟处理、纯CO2处理、加酸处理等。如山东黄台电厂利用炉烟中低浓度SO2处理除灰用水的补水。该厂300MW机组燃用山西含硫量1.48%～1.70%的煤种。烟气中SO2浓度为2.8～4.0g/Nm3，其冲灰系统为浓缩池的浓浆输送系统。该处理技术的主要设施是SO2吸收塔。

有关调整灰水p H值的措施，后面第四章还将结合灰水的p H值达标排放予以讨论。