有色冶煉余熱鍋爐常見(jiàn)生產(chǎn)問(wèn)題的原因分析及應(yīng)對(duì)措施

吳魏國(guó) 王 磊 曹生亮

(河南豫光金鉛股份有限公司，河南 濟(jì)源 459000)

0 前言

有色金屬冶煉行業(yè)中，煉鉛或煉銅爐出口煙氣溫度高達(dá)1 150 ℃，50%以上的熱能隨煙氣帶出爐外。余熱鍋爐不僅可以回收冶煉廠(chǎng)高溫?zé)煔庵械亩文茉?，降低煙氣溫度，而且可以捕集高溫?zé)煔庵械臒焿m，回收貴重金屬，降低煙氣含塵量，保證工藝流暢。余熱鍋爐因具有高溫高壓、安全要求極高、單臺(tái)運(yùn)行無(wú)備用無(wú)旁通、不能立即停爐、煙氣中含塵量大、內(nèi)部管束易積灰、含鉛煙塵灰熔點(diǎn)低易形成粘結(jié)、停爐到烘爐時(shí)間間隔長(zhǎng)等特點(diǎn)，增加了操作難度，制約正常生產(chǎn)，影響經(jīng)濟(jì)效益。余熱鍋爐能否安全運(yùn)行成為有色冶煉企業(yè)發(fā)展的難點(diǎn)和重點(diǎn)。經(jīng)過(guò)多年的生產(chǎn)實(shí)踐、摸索試驗(yàn)和交流學(xué)習(xí)，某公司煉鉛系統(tǒng)一套熔煉鍋爐已安全運(yùn)行13年未出現(xiàn)重大故障，而煉銅系統(tǒng)一套熔煉鍋爐僅正常運(yùn)行2年就出現(xiàn)重大故障，本文對(duì)鍋爐實(shí)際生產(chǎn)中產(chǎn)生的腐蝕、積灰、爆管及爆炸等問(wèn)題進(jìn)行了分析討論。

1 腐蝕產(chǎn)生的原因及應(yīng)對(duì)措施

爐膛內(nèi)煙氣側(cè)大量煙氣在微負(fù)壓情況下通過(guò)余熱鍋爐水冷壁，會(huì)對(duì)其產(chǎn)生沖刷，磨損水冷壁，同時(shí)還伴隨著腐蝕。按腐蝕機(jī)理分類(lèi)，可分為電化學(xué)腐蝕(如氧腐蝕)和化學(xué)腐蝕(如硫腐蝕)。兩者的區(qū)別是，電化學(xué)腐蝕伴有電流產(chǎn)生，化學(xué)腐蝕無(wú)電流產(chǎn)生。對(duì)鍋爐受力元件來(lái)說(shuō)，水側(cè)以電化學(xué)腐蝕為主，火側(cè)(煙氣側(cè))則以化學(xué)腐蝕為主[1]。

1.1 氧腐蝕

1.1.1 氧腐蝕產(chǎn)生的原因

氧腐蝕實(shí)際上是一種電化學(xué)腐蝕，其腐蝕機(jī)理為：鍋爐水是一種有極性的電解質(zhì)，在鍋爐水極性分子的吸引下，鋼材表面的一部分鐵原子，開(kāi)始移入鍋爐水而成為帶正電的鐵離子，而鋼材上保留的多余電子則帶負(fù)電荷。在極性作用下鐵離子不斷進(jìn)入鍋爐水，使鋼板或鋼管不斷產(chǎn)生腐蝕，逐漸出現(xiàn)坑洞。同時(shí)，鍋爐水中的溶解氧具有去極化作用，會(huì)使這一過(guò)程加劇，即溶解氧的含量決定著腐蝕的強(qiáng)弱。

1.1.2 降低氧腐蝕的措施

1)保證熱力除氧器的除氧效果。熱力除氧器采用加熱的方法進(jìn)行除氧，因此要控制好加熱氣源的溫度和壓力。

2)保證爐水的pH值在合理的范圍內(nèi)。參照標(biāo)準(zhǔn)[2]，及時(shí)調(diào)整pH值，使其控制在7～10，在此范圍內(nèi)氧腐蝕程度可降至最弱。

3)控制水的溫度，使之避開(kāi)氧腐蝕的最大值區(qū)城。在開(kāi)式系統(tǒng)中,當(dāng)水溫T=65～70 ℃時(shí),均勻腐蝕最強(qiáng)烈；T=90～100 ℃時(shí),局部腐蝕最劇烈。因此除氧器出水溫度應(yīng)盡量低(T<65 ℃),或盡量高(T>100 ℃)，某公司控制該溫度>100 ℃，并盡量維持在104 ℃。

4)調(diào)節(jié)循環(huán)泵頻率，控制水流速度。

5)加強(qiáng)水質(zhì)處理和化驗(yàn)監(jiān)督，并定時(shí)按要求排污。

1.2 硫腐蝕

硫腐蝕實(shí)際上是一種化學(xué)腐蝕，硫腐蝕一般分為低溫腐蝕和高溫腐蝕。低溫腐蝕的特點(diǎn)是均勻性腐蝕，它使管壁厚度逐漸變薄以至破裂。高溫腐蝕的特點(diǎn)是局部性潰瘍性腐蝕，它使管子因管壁穿孔而破壞。

1.2.1 低溫腐蝕產(chǎn)生的原因

低溫腐蝕主要是由硫酸引起的，煙氣中的硫酸來(lái)源一般有兩種：一種是當(dāng)進(jìn)入余熱鍋爐的煙氣中含有較多二氧化硫時(shí)，其中一部分會(huì)在高溫下進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為三氧化硫(重有色金屬冶煉轉(zhuǎn)化率約為6%～10%)，并與煙氣中水蒸汽結(jié)合生成硫酸；另一種是二氧化硫與水蒸氣產(chǎn)生亞硫酸，并被氧原子氧化成硫酸。當(dāng)鍋爐受熱面壁溫低于所生成的硫酸露點(diǎn)時(shí)，硫酸就在管壁上凝結(jié)而產(chǎn)生腐蝕。

1.2.2 高溫腐蝕產(chǎn)生的原因

高溫腐蝕的現(xiàn)象，是一個(gè)綜合作用的復(fù)雜過(guò)程。其特點(diǎn)是金屬溫度或積灰表面溫度超過(guò)500～600 ℃時(shí)就開(kāi)始出現(xiàn)，同時(shí)溫度越高腐蝕速度越快，而腐蝕的必要條件是灰的軟化。

1.2.3 降低硫腐蝕的對(duì)策

1)使鍋爐受熱面的管壁溫度高于露點(diǎn)溫度。提高鍋爐運(yùn)行壓力，使用套管。

2)從鍋爐設(shè)計(jì)上考慮，在滿(mǎn)足鍋爐內(nèi)部換熱要求的前提下，盡量使煙氣由橫向沖刷管壁設(shè)計(jì)為縱向沖刷，受熱面選用合適的防腐材料加強(qiáng)保護(hù)，控制煙氣流速，加強(qiáng)清灰效果。

2 積灰的分類(lèi)及應(yīng)對(duì)措施

2.1 積灰的分類(lèi)

積灰根據(jù)灰的性質(zhì)和粘結(jié)情況，可分為松散性積灰、粘附性積灰和粘結(jié)性積灰三類(lèi)[3]。在低溫區(qū)一般生成松散性積灰和粘附性積灰，在高溫區(qū)和過(guò)渡溫區(qū)則生成粘結(jié)性積灰[4]。

2.2 減少積灰的措施

有色金屬冶煉行業(yè)余熱鍋爐以前大多采用振打吹灰、壓縮空氣吹灰等方式，均不能獲得理想的效果。某公司采用彈性振打+機(jī)械振打+燃?xì)饷}沖吹灰器的組合方式進(jìn)行除灰，由于彈性振打力量較大，將其布置在鍋爐進(jìn)口處；上升煙道頂部采用機(jī)械振打；對(duì)流管束區(qū)域?qū)儆诘蜏貐^(qū)，一般為松散性積灰和粘附性積灰，采用燃?xì)饷}沖吹灰器，其效果比較理想。三種清灰方式組合使用，安全可靠，運(yùn)行成本低，綜合效益高。

3 爆管產(chǎn)生的原因及應(yīng)對(duì)措施

3.1 爆管產(chǎn)生的原因

1)鍋爐給水質(zhì)量不佳，會(huì)引起受熱管內(nèi)壁結(jié)垢，循環(huán)量偏小，導(dǎo)致蒸汽的產(chǎn)生速度大于其逃逸速度，受熱管內(nèi)形成汽層，大幅度降低傳熱系數(shù)，致使受熱管壁局部過(guò)熱[5]。

2)水溫、汽溫變化過(guò)速，以致管壁溫度不均而產(chǎn)生過(guò)大的應(yīng)力。

3)開(kāi)爐升溫時(shí)或停爐降溫時(shí)個(gè)別部分受熱不均而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。

4)由于設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行和檢修上的不合理，或者由于通路的堵塞致使水循環(huán)被破壞，從而導(dǎo)致受熱管被燒壞。

5)安裝質(zhì)量不好，致使受熱管不能自由膨脹。

6)管材質(zhì)量不好或制造焊接時(shí)有缺陷。

3.2 避免爆管的措施

1)盡量保持鍋爐在正常工況下運(yùn)行。做好化學(xué)水處理、堅(jiān)持水質(zhì)監(jiān)督化驗(yàn)；嚴(yán)格按操作規(guī)程正確操作；安裝、運(yùn)行和檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患，一定要及時(shí)排除；防止汽包或受熱管中缺水。

2)充分利用中控進(jìn)行監(jiān)控判斷。發(fā)現(xiàn)煙氣溫度過(guò)高、壓力下降較快、水位下降較快等情況時(shí)，及時(shí)查找原因或果斷停爐處理。

3)定期檢查防爆裝置的靈敏性。

4 爆炸產(chǎn)生的原因及預(yù)防措施

4.1 爆炸產(chǎn)生的原因

1)超壓運(yùn)行下的爆炸。操作人員失誤引起的超壓；超壓后安全閥未開(kāi)啟泄壓；鍋爐設(shè)計(jì)、制造、安裝質(zhì)量不合格等各種原因引起的超壓爆炸。

2)額定壓力下的爆炸。煙塵或吹灰沖刷管壁造成磨穿；煙氣或煙塵腐蝕管壁；煙塵結(jié)大塊焦渣，墜落時(shí)將管子損壞；長(zhǎng)期不維修,引起鍋爐銹蝕，使承壓能力降低等各種原因造成在額定壓力下爆炸。

3)爐內(nèi)燃燒爆炸。開(kāi)爐前沒(méi)有徹底通風(fēng)排除爐內(nèi)和煙道內(nèi)積存的可燃性氣體，或進(jìn)煙門(mén)開(kāi)啟過(guò)猛，以致大量可燃性氣體沖入爐內(nèi)與空氣混合，到達(dá)一定的混合比時(shí)產(chǎn)生爆炸。

4.2 避免爆炸的措施

1)必須在設(shè)計(jì)、制造和安裝時(shí)嚴(yán)格遵守有關(guān)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)規(guī)程的規(guī)定，進(jìn)行熱力計(jì)算和強(qiáng)度計(jì)算，合理布置鍋爐結(jié)構(gòu)，按圖施工。

2)運(yùn)行中要嚴(yán)格控制鍋爐給水的水質(zhì)。

3)經(jīng)常檢驗(yàn)安全閥的可靠性，及時(shí)更換失靈的部件。

4)加強(qiáng)監(jiān)管力度保證爐內(nèi)不缺水。

5)鍋爐檢驗(yàn)部門(mén)定期對(duì)鍋爐內(nèi)、外進(jìn)行檢驗(yàn),對(duì)存在的問(wèn)題及時(shí)進(jìn)行修理和改造，保證鍋爐處于完好狀態(tài)。

5 結(jié)束語(yǔ)

余熱鍋爐是有色金屬冶煉行業(yè)中的關(guān)鍵設(shè)備，如何延長(zhǎng)余熱鍋爐的使用壽命是設(shè)計(jì)、制造和使用各方的共同目標(biāo)。某公司嚴(yán)格遵守鍋爐管理制度，監(jiān)督檢查制度落實(shí)情況；司爐工經(jīng)培訓(xùn)合格后持證上崗，加強(qiáng)與前后工序的聯(lián)系和銜接；鍋爐使用單位有完整的日常運(yùn)行、水質(zhì)化驗(yàn)、設(shè)備巡檢、檢修保養(yǎng)等記錄；操作人員嚴(yán)格遵守崗位責(zé)任制和安全操作規(guī)程, 注重自身業(yè)務(wù)水平的提升，努力提高處理突發(fā)故障的水平，確保余熱鍋爐安全運(yùn)行。