燃?xì)忮仩t節(jié)能器異常結(jié)垢原因分析及預(yù)防措施

劉志堅(jiān)(曲靖市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督綜合檢測(cè)中心，云南 曲靖 655000)

0 引言

近年來，出于國家對(duì)于環(huán)境保護(hù)的要求，越來越多的燃煤、燃材鍋爐被淘汰，而燃?xì)忮仩t正逐步取代燃煤、燃材鍋爐被投入到工業(yè)生產(chǎn)中。燃?xì)忮仩t結(jié)構(gòu)較一般鍋爐而言，其結(jié)構(gòu)更為緊湊和復(fù)雜，自動(dòng)化程度高，其對(duì)使用單位最大的影響在于，采用燃?xì)庾鳛槿剂?，其運(yùn)行成本將會(huì)大幅提高。因此，為了最大限度的提高熱效率，燃?xì)忮仩t一般都會(huì)增加余熱回收節(jié)能技術(shù)裝置-節(jié)能器[1]。本文作者在對(duì)一臺(tái)燃?xì)忮仩t定期檢驗(yàn)的過程中，發(fā)生節(jié)能器的管子外壁存在大量異常結(jié)垢，而且布滿整個(gè)節(jié)能器所有管子外壁，顏色程棕黃色，見圖1。為分析其成因，消除事故隱患，對(duì)杜絕事故的發(fā)生，本文對(duì)該鍋爐的結(jié)垢原因進(jìn)行探討。

圖1 檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的節(jié)能器異常結(jié)垢

1 鍋爐概況

該鍋爐型號(hào)為UL-S 6000，制造單位為LOOS(德國勞斯)/Bosch Group(博世集團(tuán))，是一臺(tái)進(jìn)口鍋爐，其結(jié)構(gòu)類似于國產(chǎn)的WNS鍋爐結(jié)構(gòu)。額定出力為6t/h，額定壓力為1.6MPa，工作壓力為1.6MPa，2013年投入使用，已連續(xù)運(yùn)行6年多，在2020年7月進(jìn)行停爐內(nèi)部檢驗(yàn)，檢驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)在尾部節(jié)能器處發(fā)現(xiàn)大量異常結(jié)垢。

2 結(jié)垢的原因分析

2.1 垢樣表觀及其化驗(yàn)產(chǎn)物

因結(jié)垢部位為鍋爐尾部煙道內(nèi)的節(jié)能器，此部位是鍋爐燃料燃燒后煙氣流轉(zhuǎn)經(jīng)過的部位，圖片所見部分為管子的鰭片，管子內(nèi)部為水。整個(gè)管子的鰭片都被棕黃色的垢所遮蓋，管子略見有腐蝕的跡象。從這些方面，可以考慮可能是低溫腐蝕引起的反應(yīng)物堆積。為得出垢樣的主要成分，采用能譜分析(EDX)法對(duì)該垢樣進(jìn)行分析[2]，發(fā)現(xiàn)其主要成分為Fe，55.63%；S，16.39%；O，27.02%等元素，其余元素含量不足1%，因此初步得出其主要成分應(yīng)是硫酸亞鐵、硫酸鐵、亞硫酸鐵等成分的一種或幾種成分組合的混合物。

2.2 形成機(jī)理

燃?xì)忮仩t由于其燃料較為昂貴，在鍋爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，最大限度的提高其熱效率是設(shè)計(jì)人員遵循的準(zhǔn)則之一。對(duì)于燃?xì)忮仩t的來說，造成其熱效率高低的最主要因素是其排煙溫度，它所排放的煙氣的溫度是鍋爐總的熱損失的主要部分。節(jié)能器大量運(yùn)用于燃?xì)忮仩t中正是出于降低排煙溫度、提高熱效率這個(gè)原因。節(jié)能器中流動(dòng)的是從水處理設(shè)備流出的常溫的水，其管子外壁設(shè)置的大量鰭片為管子和煙氣的熱交換提供了最有效的結(jié)構(gòu)條件。但是，這其中存在的問題是，當(dāng)煙氣的排煙溫度低于煙氣露點(diǎn)溫度時(shí)，容易在管子表面產(chǎn)生冷凝水。

單有冷凝水的存在也不能構(gòu)成低溫腐蝕的條件，此時(shí)還需要另外一種元素-硫元素的存在。采用天然氣作為燃料燃燒時(shí)，由于天然氣中的大量碳?xì)浠衔锏拇嬖?，?dǎo)致其燃燒后產(chǎn)生的煙氣中水蒸氣的含量遠(yuǎn)高于空氣中水蒸氣的含量，蒸氣的露點(diǎn)溫度范圍在30～60℃之間。

當(dāng)煙氣中水蒸氣含量特別大時(shí)，節(jié)能器上更容易產(chǎn)生冷凝水?，F(xiàn)在城市生活和工業(yè)生產(chǎn)中所使用的天然氣，大部分含有硫元素，而且有的燃?xì)饬蚝窟€不低，此時(shí)，由于硫元素的介入，燃?xì)獾穆饵c(diǎn)溫度會(huì)上升，露點(diǎn)溫度上升后，更容易發(fā)生結(jié)露現(xiàn)象，其后果是產(chǎn)生的大量冷凝水會(huì)順著水平或者豎直煙道回流，在煙氣流程內(nèi)的水平最低位置聚集，從而為腐蝕的發(fā)生提供了條件[3]。

不斷聚集的冷凝水中，如果有硫元素的加入，則在損傷模式的概念上上，對(duì)腐蝕具有加成和促進(jìn)作用。現(xiàn)在燃?xì)夤咎峁┑奶烊粴?，都難以避免的含有H2S雜質(zhì)，H2S參與燃燒過程后，使得煙氣中產(chǎn)生SO2，而煙氣溫度往往較高，至少300～400℃，再加上氧的存在，SO2極易發(fā)生氧化反應(yīng)生成SO3，SO2、SO3的和水蒸氣共同存在的環(huán)境下，可以生成H2SO3、H2SO4，這將導(dǎo)致化學(xué)腐蝕的發(fā)生。特別是隨著鍋爐運(yùn)行時(shí)間的不斷延長，H2SO3、H2SO4的濃度不斷上升，當(dāng)濃度上升到一定的數(shù)值時(shí)，節(jié)能器的表面將迅速腐蝕，其腐蝕產(chǎn)物硫酸亞鐵、硫酸鐵、亞硫酸鐵等成分的一種或幾種成分組合的混合物，最終形成上述圖片中的棕黃色垢樣的產(chǎn)物。

在檢驗(yàn)過程中，經(jīng)查詢?cè)撳仩t的運(yùn)行記錄，發(fā)現(xiàn)該鍋爐因生產(chǎn)原因，每天白天滿負(fù)荷運(yùn)行，而一到晚上，就低負(fù)荷運(yùn)行。而長時(shí)間夜晚低負(fù)荷運(yùn)行造成其排煙溫度更低，給冷凝水的匯集又提供了一個(gè)條件，冷凝水和不斷濃縮的H2SO3、H2SO4，造成了節(jié)能器的腐蝕。

3 處理及預(yù)防措施

通過前述對(duì)節(jié)能器上的垢樣分析及其產(chǎn)生機(jī)理的分析，結(jié)合平時(shí)檢驗(yàn)的工作經(jīng)驗(yàn)，本文作者認(rèn)為，可以從以下幾個(gè)方面針對(duì)此現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)防。

盡量減少燃料中S元素的含量。現(xiàn)在提供給居民生活和工業(yè)生產(chǎn)中的天然氣，應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)中，天然氣總硫含量的要求為：1 類≤60mg/m3；2 類≤200mg/m3；3 類≤350mg/m3。如果作為民用燃料，天然氣總硫含量應(yīng)符合1類氣或2類氣的標(biāo)準(zhǔn)。在本臺(tái)鍋爐的燃?xì)夤?yīng)方面，經(jīng)咨詢?nèi)細(xì)夤?yīng)公司，其提供的天然氣元素含量表是在國家標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)，但是作為企業(yè)，沒有能力去驗(yàn)證其真實(shí)性。

(2)控制排煙溫度。排煙溫度過低是造成煙氣露點(diǎn)的根本原因，因此可以通過適當(dāng)?shù)奶岣吲艧煖囟葋肀苊鉄煔饴饵c(diǎn)的發(fā)生，此舉可以通過在節(jié)能器附近安置溫度計(jì)來控制，一旦低于某一限定的溫度值，就發(fā)出警報(bào)。本方法通過避免冷凝水的產(chǎn)生來防止或者減緩腐蝕，但是提高排煙溫度可能會(huì)降低鍋爐的能效值[4]。

(3)更換節(jié)能器的材料。節(jié)能器的主要作用就是熱交換，一般采用金屬在制造換熱器，通常采用的金屬材料有銅、不銹鋼、金屬鋁等，這些材料的導(dǎo)熱性能較高，主要適應(yīng)于低溫余熱回收，但是耐腐蝕性較差，如不銹鋼換熱器材質(zhì)易在含有氯離子的冷凝水中發(fā)生腐蝕。為了防止腐蝕，可以換用耐高溫、耐腐蝕的陶瓷和塑料換熱器，實(shí)現(xiàn)燃?xì)忮仩t煙氣冷凝水對(duì)節(jié)能器的腐蝕[4]。

(4)對(duì)節(jié)能器管表面進(jìn)行防腐處理。有時(shí)，出于價(jià)格、強(qiáng)度或者焊接性能的考慮，無法更換換熱管材質(zhì)。在這種情況下，可以對(duì)節(jié)能器中的換熱管進(jìn)行防腐表面處理，如可以采用二次鈍化、電鍍、化學(xué)鍍、聚合物涂層、CVD和擴(kuò)散涂層、加入合金成分等方法。這些方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，如聚合物涂層的缺點(diǎn)是極易老化且熱阻大；CVD和擴(kuò)散層最大的弊端是的成本太高，無法進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)；加入合金成分抑制冷凝液中的腐蝕成為較為困難；與化學(xué)鍍相比，電鍍?cè)谀透g性能方面差距較大。從防腐效果及經(jīng)濟(jì)性方面綜合考慮，最適宜的方法就是化學(xué)鍍方法[4]。

在對(duì)本文的鍋爐處理中，采取了如下措施：(1)要求使用單位對(duì)已產(chǎn)生的大量垢樣進(jìn)行機(jī)械清理，以保證其原有的換熱效果；(2)清理后對(duì)換熱管進(jìn)行測(cè)厚，看腐蝕嚴(yán)重情況；(3)進(jìn)行強(qiáng)度校核；(4)強(qiáng)度校核合格的前提下，提出盡量在夜晚運(yùn)行時(shí)，也避免低負(fù)荷運(yùn)行的情況，以保證排煙溫度盡量在較高的水平。

4 結(jié)語

今后，將越來越多的燃?xì)忮仩t運(yùn)用于生活和工業(yè)生產(chǎn)中，由于其燃料、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，我們檢驗(yàn)時(shí)可能會(huì)遇到與平常所見鍋爐不一樣的問題。本文通過對(duì)一臺(tái)鍋爐節(jié)能器上的大量異常垢樣，采取了成分化驗(yàn)和其機(jī)理分析的方法，對(duì)其成因進(jìn)行了細(xì)致分析，最后針對(duì)這種情況，提出了相應(yīng)的解決和預(yù)防措施。這對(duì)使用燃?xì)忮仩t的使用單位和從事鍋爐檢驗(yàn)的檢驗(yàn)人員都具有一定的借鑒意義。