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

2020-03-04 12:21:58劉志堅(jiān)曲靖市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督綜合檢測中心云南曲靖655000
化工管理 2020年1期
關(guān)鍵詞:燃?xì)忮仩t冷凝水露點(diǎn)

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

0 引言

近年來,出于國家對于環(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,自動化程度高,其對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]。本文作者在對一臺燃?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,對杜絕事故的發(fā)生,本文對該鍋爐的結(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

該鍋爐型號為UL-S 6000,制造單位為LOOS(德國勞斯)/Bosch Group(博世集團(tuán)),是一臺進(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、提高熱效率這個原因。節(jié)能器中流動的是從水處理設(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,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,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,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,由于硫元素的介入,燃?xì)獾穆饵c(diǎn)溫度會上升,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,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)查詢該鍋爐的運(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)合平時檢驗(yàn)的工作經(jīng)驗(yàn),本文作者認(rèn)為,可以從以下幾個方面針對此現(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煙氣冷凝水對節(jié)能器的腐蝕[4]。

(4)對節(jié)能器管表面進(jìn)行防腐處理。有時,出于價格、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,電鍍在耐腐蝕性能方面差距較大。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]。

在對本文的鍋爐處理中,采取了如下措施:(1)要求使用單位對已產(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)清理后對換熱管進(jìn)行測厚,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,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)時可能會遇到與平常所見鍋爐不一樣的問題。本文通過對一臺鍋爐節(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,對其成因進(jìn)行了細(xì)致分析,最后針對這種情況,提出了相應(yīng)的解決和預(yù)防措施。這對使用燃?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。

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