余熱鍋爐直升煙道水冷壁腐蝕分析與預(yù)防

鄭 明，王小紅，張 勇，常海鋒

(河南豫光金鉛股份有限公司，河南濟源 459000)

2002年河南豫光金鉛股份有限公司國內(nèi)首臺富氧底吹煉鉛項目建成投產(chǎn)，該工藝中的煙氣冷卻通過8 t/h余熱鍋爐進行降溫，余熱鍋爐是膜式列管結(jié)構(gòu)，冷卻系統(tǒng)采用強制循環(huán)，余熱鍋爐分直升煙道和水平鍋爐本體兩個部分，直升煙道下部的香蕉罩與底吹熔煉爐出煙口相連。2013年11月18日、12月17日兩次出現(xiàn)鍋爐水冷壁列管泄漏事故，現(xiàn)場對泄漏列管分段切割檢查受損情況:列管斷面內(nèi)壁附著一層薄水垢，無銹蝕，成規(guī)則圓形，無腐蝕受損跡象;水冷壁煙氣一側(cè)，列管成橢圓形，厚度變薄(弧形部位多在2.5 mm以下，水冷壁列管管壁原厚度為4 mm)，受損嚴重;水冷壁外保溫層一側(cè)，列管斷面規(guī)則，無受損跡象。

1 水冷壁受損原因

一般認為鍋爐水冷壁列管管壁變薄是煙氣沖刷所致，屬正常的管道磨損，接連發(fā)生的爆管事件引起公司高度重視。直升煙道水冷壁內(nèi)側(cè)列管被鉛煙灰所覆蓋，基本排除水冷壁列管被煙氣沖刷變薄造成的泄漏。

1.1 原因分析

查閱文獻資料，鍋爐水冷壁腐蝕泄漏主要是在使用過程中存在SO3氣體，當冶煉煙氣溫度低于露點運行時，煙氣中的SO3氣體與水蒸汽完全結(jié)合形成硫酸蒸汽，微量的酸蒸汽會使煙氣露點溫度顯著提高，當煙氣溫度或余熱鍋爐的換熱壁面溫度低于露點溫度時，酸蒸汽就會凝結(jié)在余熱鍋爐內(nèi)壁，產(chǎn)生酸腐蝕，長期浸蝕積累造成管束變薄，最終表現(xiàn)為余熱鍋爐列管爆管泄漏事故。根據(jù)列管切割面的分析，可以判斷余熱鍋爐內(nèi)壁列管泄漏的主要原因是硫酸蒸汽腐蝕所致。

1.2 酸蒸汽形成、腐蝕水冷壁的化學原理

硫酸蒸汽腐蝕過程主要發(fā)生如下化學反應(yīng):

1.3 余熱鍋爐結(jié)構(gòu)及性能參數(shù)

余熱鍋爐的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 余熱鍋爐結(jié)果示意圖

1.工作壓力:4.0 MPa，蒸發(fā)量8 t/h，蒸汽溫度250℃，給水溫度104℃，鍋爐排煙溫度350±20℃。

2.鍋爐由直升煙道與鍋爐本體兩部分組成，直升煙道為全膜式壁結(jié)構(gòu)，列管間距80 mm，列管采用Φ38×4的無縫鋼管。

3.鍋爐爐墻采用敷管爐墻結(jié)構(gòu)，保溫層由爪釘和自鎖墊片及支撐框架固定，保溫層表面采用鋁合金板。

4.余熱鍋爐共配備13組機械錘打清灰裝置，直升煙道8組，鍋爐本體5組，每組振打由0.75 kW的減速機帶動。直升煙道還配備4組手動錘打裝置。

5.直升煙道香蕉罩部分與熔煉爐相連，余熱鍋爐采用半露天布置，水平部分露天布局，鍋爐側(cè)墻及灰斗兩側(cè)共設(shè)置12個人孔門，便于鍋爐檢修。

2 非正常狀態(tài)下的應(yīng)對措施

檢修后開爐，爐水運行溫度相對減低，低于露點溫度，在余熱鍋爐水冷壁內(nèi)側(cè)極易生成酸蒸汽，繼而造成與余熱鍋爐本體腐蝕，但此狀況在實際生產(chǎn)中卻無法徹底杜絕，所以必須縮短這個非正常狀態(tài)的時間，有效延緩鍋爐腐蝕。具體措施如下:

2.1 提高轉(zhuǎn)爐條件

理論上爐水升溫應(yīng)達到220℃以上，(對應(yīng)的鍋爐壓力為2.3 MPa)，超過含硫煙氣露點溫度，斬斷酸蒸汽生成條件。但實際上，底吹爐剛轉(zhuǎn)入時，下料量少，煙氣中含硫量低，相應(yīng)的煙氣露點溫度比較低(160～180℃);若嚴格按220℃轉(zhuǎn)入，烘爐需要耗費大量天然氣，不符合高效率生產(chǎn)的要求，但爐水低于160℃轉(zhuǎn)爐將會促成大量的酸蒸汽形成，將爐水溫度＞160℃作為轉(zhuǎn)爐作業(yè)的必備條件，要求嚴格執(zhí)行。為方便鍋爐操作，特制定底吹爐轉(zhuǎn)爐作業(yè)條件的鍋爐壓力、溫度對照表，詳見表1。

表1 爐水溫度與鍋爐壓力對應(yīng)表

鍋爐升溫或正常運行過程中，壓力和溫度相互兼顧，升溫過程中以溫度為主要依據(jù)，正常生產(chǎn)以壓力為主要依據(jù)。水溫和壓力參照表1相互對應(yīng)，如發(fā)現(xiàn)偏差比較大時，結(jié)合現(xiàn)場數(shù)據(jù)，判斷屬于哪方面故障，及時報告處理。

2.2 減少MeSO4物料的投入

底吹爐剛轉(zhuǎn)入時，爐水溫度較低，應(yīng)減少或暫停電瓶鉛柵等MeSO4物料的加入，降低SO3的生成量，待爐水溫度超過220℃時，再恢復正常工藝生產(chǎn)需用量。最佳的處理辦法是，平時將制粒機后的備用倉內(nèi)換成不含MeSO4或低品位的MeSO4物料，在低溫轉(zhuǎn)爐后使用備用倉內(nèi)的物料，減少低溫條件下物料原因產(chǎn)生過多的SO3氣體。

2.3 降低物料中的水分

合理控制混合料中的水分，尤其是剛開爐時，爐水溫度低于220℃這個過程，工藝允許的條件下，盡可能降低混合料水分，可有效減少酸蒸汽的形成。物料水分主要在圓盤制粒機造球時加入，合理調(diào)整物料造粒時的水量對煙氣中水分控制起關(guān)鍵性作用。

3 設(shè)備管理的優(yōu)化

富氧底吹煉鉛工藝要求煙氣的露點溫度在220～230℃之間，正常生產(chǎn)中，煙氣溫度在電收塵出口溫度仍高于280℃;余熱鍋爐設(shè)計壓力4.0 MPa，對應(yīng)的爐水運行溫度為250℃，均大于煙氣的露點溫度，理論上不具備酸蒸汽生成條件，之所以存在余熱鍋爐水冷壁腐蝕現(xiàn)象，從余熱鍋爐日常管理的不足之處進行完善。

3.1 規(guī)范機械振打作業(yè)

余熱鍋爐直升煙道的8組機械振打清灰裝置采用連續(xù)振打，4組手動錘振打裝置采取間斷振打，外力敲擊在水冷壁外部的砧板上，間接作用到水冷壁上，對直升煙道內(nèi)壁的積灰起到振動的作用，但容易傷及鍋爐水冷壁管束焊縫，公司兩次發(fā)生振打區(qū)域水冷壁泄漏事故后，曾一度停止直升煙道機械振打的使用;停止振打后，在直升煙道變徑處因煙道設(shè)計變寬，煙氣速度減緩，煙灰在此處容易沉積。在停爐檢修過程中，煙灰中部分含硫氧化物吸收空氣中的水分在水冷壁表面生成稀酸，兩次水冷壁腐蝕泄漏均發(fā)生在此區(qū)域，為減緩變徑區(qū)域水冷壁管束的腐蝕，目前按1次/h、5 min/次的振打制度堅持執(zhí)行。

3.2 減少鍋爐本體的漏風

鍋爐正常運行過程中處于一個密閉的負壓狀態(tài)，若存在漏風點，吸入的冷空氣一方面增加煙氣中的O2和H2O的含量，會促進SO3氣體和酸蒸汽的生成，另一方面會降低鍋爐局部管束的溫度，若低于露點溫度，將造成水冷壁管束腐蝕情況的發(fā)生，所以必須有效杜絕漏風點，保證鍋爐的密閉性(案例:鍋爐后續(xù)電收塵4#電場積灰斗嚴重腐蝕，就是因為系統(tǒng)漏風造成該部位煙氣溫度低于露點溫度，繼而形成冷凝酸腐蝕)。工廠采用耐高溫陶瓷布纏繞，完善熔煉爐與香蕉罩的密封;分析鍋爐煙灰冷凝結(jié)團分布狀況，查找漏風點進行堵漏。

3.3 減少人孔門的打開次數(shù)和時間

2004年該系統(tǒng)國內(nèi)首家采用集中式鍋爐脈沖清灰系統(tǒng)，是鉛冶煉余熱鍋爐清灰系統(tǒng)的一次創(chuàng)新性改進，隨著物料成分的變化、產(chǎn)能的提升，煙灰量的增加，集中清灰系統(tǒng)無法滿足新的工藝生產(chǎn)狀況，生產(chǎn)過程中需配合必要的打開人孔門人工清灰作業(yè)。為改變這一現(xiàn)狀，利用2015年大修時機，采用新型智能脈沖清灰系統(tǒng)改造，用一拖二現(xiàn)場點火裝置替代遠程集中點火系統(tǒng)，提高自動化裝備水平的同時，減少生產(chǎn)過程中人工打開人孔門清灰的次數(shù)。若遇煙灰粘接管束堵塞余熱鍋爐通道必須進行在線人工清灰的特殊情況時，要求做到準備充分、快捷高效，盡量減少冷空氣進入量。

3.4 消除保溫的影響

日常發(fā)生余熱鍋爐水冷壁泄漏維修或保溫巖棉脫落后，需及時對鍋爐水冷壁裸漏區(qū)域外保溫進行修復，條件具備的必須在開爐前進行修復，若當時不具條件，應(yīng)當先用保溫巖棉覆蓋并用鐵絲綁緊，盡快在保溫棉外層加裝鋁合金板。減少外部冷風由此灌入，在漏風點冷凝后腐蝕鍋爐殼體的情況發(fā)生。注意緊貼鍋爐頂部水冷壁應(yīng)采用兩層耐高溫的硅酸鋁保溫棉打底，以提高保溫棉的使用壽命和效果。

4 經(jīng)驗總結(jié)

1.鍋爐爆管泄漏一般認為是煙氣中的粉塵沖刷所致，屬正常的管道磨損，接連發(fā)生的爆管事件后，查閱相關(guān)資料，發(fā)現(xiàn)鍋爐列管爆管的原因是腐蝕所致。

2.排查鍋爐列管腐蝕產(chǎn)生的條件和原因。

3.結(jié)合生產(chǎn)實際，減少鍋爐管束腐蝕產(chǎn)生的條件，最大限度地延長鍋爐管束的使用壽命。

5 結(jié)束語

通過各種措施的落實，近2 a來在直升煙道變徑處未發(fā)生過類似水冷壁腐蝕爆管泄漏事故，公司余熱鍋爐水冷壁爆管泄漏的原因分析與經(jīng)驗總結(jié)，是有效解決鍋爐水冷壁爆管的預(yù)防措施，為冶煉企業(yè)含酸蒸汽余熱鍋爐水冷壁爆管問題的處理提供了成功的經(jīng)驗交流，對鍋爐水冷壁的日常生產(chǎn)應(yīng)用及預(yù)防具有較好的指導意義。

［1］ 《有色冶金爐設(shè)計手冊》編委會.有色冶金爐設(shè)計手冊［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2004.

［2］ 劉清方.工業(yè)蒸汽鍋爐安全技術(shù)［M］.北京:中國勞動出版社社，1993.