從兩起余熱發電鍋爐事故談加強水質管理的重要性

陳勤華

(福建省鍋爐壓力容器檢驗研究院龍巖分院，福建 龍巖 364000）

水泥旋窯余熱發電鍋爐是利用窯頭、窯尾排放的高溫煙氣余熱，產生低溫低壓過熱蒸汽送入小型汽輪機發電的一種換熱裝置。我國水泥行業屬于能耗大戶且存在嚴重的能源浪費問題，水泥窯耗用大量的燃料，熱效率低，一般只在30%左右，尾部的高溫煙氣帶走了高達60%的熱量，造成嚴重的環境污染，而水泥窯余熱鍋爐可以回收能源、減少污染，并具有投資少見效快等優點，因此，在水泥行業中得到迅速發展和應用。此類鍋爐雖然容量較小、結構簡單、運行參數較低，但因其產生的蒸汽供汽輪機發電，故將其歸類為電站鍋爐，對其水汽品質要求較工業鍋爐高。

《鍋爐安全技術監察規程》和《鍋爐水（介）質處理監督管理規則》中均對鍋爐使用單位提出了“應建立健全水質處理管理制度并嚴格執行，確保水汽質量符合要求”的規定[1]，然而多數使用單位只重視抓生產線的產量，卻忽視了對鍋爐的水質管理，最終造成鍋爐結垢、腐蝕，甚至爆管、泄漏、停爐或汽輪機積鹽等嚴重事故，影響正常生產，造成巨大的經濟損失。下面兩起由于水質管理不善引起的余熱發電鍋爐嚴重結垢腐蝕致停爐事故就是典型案例。[4]

1 事故情況調查

1.1 典型事故一

2016年7 月，龍巖某水泥生產企業窯尾預熱器余熱發電鍋爐（型號QC320/330-24.5-1.5/311）因鍋爐漏水緊急停爐。福建省鍋爐壓力容器檢驗研究院龍巖分院（以下簡稱“龍巖分院”）接到通知后，隨即組織技術人員趕赴現場調查，發現如下三個問題：

（1）部分Ⅰ級蒸發器管出現爆管，造成汽水混合物泄漏（見圖1），導致鍋爐非正常停爐。

（2）割管檢查發現部分Ⅰ級蒸發器管及下降管內結垢嚴重，其中一根蒸發器管(φ38×3mm)內水垢厚達14mm，占據了管子近一半的空間（見圖2），下降管內水垢厚達15mm（見圖3），爐內嚴重結垢直接影響了鍋爐熱效率及安全運行。

（3）鍋筒底部沉積大量泥渣，且有腐蝕現象。泥渣過多不但影響蒸汽質量，促使汽水共騰，而且易轉化成水垢，影響鍋爐安全運行。

圖1 蒸發器爆管

圖2 從蒸發器管內取下的水垢

圖3 嚴重結垢的下降管

據統計，這起事故所造成的直接經濟損失約45萬元（換管及維修費用），停產檢修所致間接經濟損失約170余萬元（該鍋爐前后共停產檢修3次，檢修時間共32天，每天發電量約10萬度，按每度電0.55元計，停產一天經濟損失約5.5萬元），故總經濟損失高達210余萬元。

1.2 典型事故二

2015年12 月，龍巖分院檢驗人員對龍巖某家水泥生產企業余熱發電鍋爐（型號QC93/430-11-1.6/350）進行內部檢驗時發現鍋內腐蝕嚴重，有許多小型鼓包，鼓包表面呈黃褐色，次層是黑色粉末狀物，將這些腐蝕產物除去，發現鍋筒內表面左側底部筒體靠近封頭側有三處腐蝕坑（見圖4），最大腐蝕坑直徑約30mm，最大深度約4mm；左側封頭底部也發現三處腐蝕坑，最大腐蝕坑直徑約15mm，最大深度約3mm，判定為氧腐蝕所致。

圖4 筒體側腐蝕坑

圖5 封頭側腐蝕坑

由于遭受腐蝕的金屬壁厚不足以承受鍋爐內壓的強度，為保證鍋爐安全運行，須停爐對腐蝕坑進行維修補焊，此次維修不僅花費大量資金，而且還影響正常生產，降低了汽輪機的發電量。

2 兩起事故產生的原因分析

使用單位不重視鍋爐水質管理，配備的水處理作業人員專業素質較低，缺乏安全意識和責任感，未按照要求進行水處理作業及水質監測，而鍋爐管理人員責任心不強，對水質管理意識淡薄，未認識到水質管理的重要性，最終導致嚴重事故發生，影響鍋爐的安全穩定經濟運行。

2.1 典型事故一

對水垢進行定量分析，結果見表1。

表1 水垢定量分析結果表

從表1得知，該水垢成分以鈣鎂、磷酸鹽為主，說明鍋爐結垢主要是由于水中硬度（鈣鎂總和）及磷酸鹽過高引起。主要原因有以下三點：

（1）水質超標。查水質檢測記錄，發現給水硬度、溶解氧均未做日常監測。查近兩年來龍巖分院對該鍋爐的水質檢測報告，發現自2015年1月～2016年6月給水均不合格，硬度、溶解氧嚴重超標，硬度最高時達176umol/L（標準要求應≤30umol/L），溶氧量最高時達515ug/L（標準要求應≤50ug/L），遠遠高于標準要求。（注：這兩起事故中的鍋爐使用單位與龍巖分院簽定了每季度一次水質檢測技術服務協議,因屬非法定檢驗，故對其水質不合格狀況，龍巖分院只能提醒或建議而不能強制要求其整改。）

（2）水處理設備運行不正常。檢查水處理系統，發現除鹽水箱一側鋼板腐蝕穿孔，致隔壁除氧器真空泵水箱中的循環水（生水）漏入給水箱，使給水硬度超標。查水處理設備運行記錄，發現反滲透裝置、混床運行至失效后未及時進行反洗和再生，使混床出水（補給水）水質超標，從而使給水硬度嚴重超標；真空除氧器真空度較低，除氧效果差，致給水溶解氧量長期超標。

（3）鍋爐排污不夠。查鍋爐運行記錄發現，2016年4月至7月，該爐其中一個排污閥損壞無法排污，致使鍋爐排污不到位，因此在鍋筒底部沉積大量泥渣，排污不夠導致鍋內加入的磷酸鹽與鍋水中的硬度物質生成的水渣轉化成水垢。

綜上所述，給水硬度長期嚴重超標，加之鍋爐排污不夠，導致蒸發器和下降管內結垢嚴重并產生垢下腐蝕；給水溶解氧長期超標，致爐內產生氧腐蝕。在結垢和腐蝕的共同作用下，導致部分蒸發器管破裂泄漏。

2.2 典型事故二

（1）除氧器運行效果差。該鍋爐的給水除氧方式為熱力除氧，由于熱力除氧器的溫度未能達到要求（除氧器工作壓力相應的沸點），運行工況不佳，除氧器內的水無法常保持沸騰狀態，致使除氧效果差。

（2）水質超標。查水質檢測記錄，發現未對給水溶解氧進行日常監測；查近兩年來龍巖分院對該鍋爐的水質檢測報告（每季度檢測一次），發現給水溶氧量長期超標，最高時達614ug/L（標準要求應≤50ug/L），遠遠高于標準要求，而企業管理人員卻未引起足夠重視，未作有效處理，最終導致鍋爐氧腐蝕嚴重。

（3）未做好停爐保養工作。鍋爐在停用期間未采取有效措施做好防腐保養工作，導致氧腐蝕產生。

3 整改措施與建議

（1）重視水質管理。使用單位應重視鍋爐水質管理，明確崗位職責，建立健全水質處理管理制度并嚴格執行[1]，配備專職持證水處理作業人員。加強對鍋爐管理人員、水處理作業及化驗人員安全和專業技術培訓，提高人員安全責任意識、專業素質和技術水平，確保水汽分析化驗結果準確可靠，能夠及時發現和消除安全隱患。

（2）做好水質監測。按照標準規范要求對鍋爐的水汽質量定期進行常規化驗分析，做全做足化驗項目和頻次，做好化驗記錄，發現異常及時處理，確保水汽質量符合標準要求。低壓余熱發電鍋爐的蒸汽質量應執行GB/T 12145-2016《火力發電機組及蒸汽動力設備水汽質量》標準，給水和鍋水質量可執行GB/T 1576-2008《工業鍋爐水質》標準，為確保蒸汽質量合格，宜參照GB/T 12145-2016《火力發電機組及蒸汽動力設備水汽質量》標準規定。

（3）合理加藥、排污。應根據水質化驗結果，對鍋爐進行科學合理的加藥和排污，建議低磷酸鹽用藥，以減少鍋水含鹽量，提高蒸汽品質，同時避免排污不及時結生二次水垢；并注意加藥方式，固體藥劑應先溶解再加入，切勿直接將固體藥劑加入鍋內。如有排污閥損壞應及時更換，確保每個排污閥都能正常排污，并嚴格按照要求定期排污。

（4）合理設計除鹽水箱。除鹽水箱應獨立設置，不與其它水箱連在一起。

（5）加強設備運行中的監督和管理。水處理設備運行過程中應根據水質分析化驗結果及時進行反洗或再生，確保設備出水水質合格；當給水溶解氧超標時，應及時查找原因，對于真空除氧器應提高真空度，保證系統嚴密不漏氣，對于熱力除氧器應調整運行工況，使其在較佳的條件下運行（例如提高除氧器溫度，使其達到除氧器工作壓力相應的沸點）[2]，從而提高除氧效果。保證水處理設備及加藥裝置正常運行，能夠連續向鍋爐提供合格的補給水，同時做好水處理設備運行記錄。

（6）停爐檢修。人工清除鍋內堆積的沉渣；有資質的單位維修應更換破裂的、腐蝕結垢嚴重的蒸發器管；對于腐蝕坑，因強度不足，須對其打磨至表面平滑過渡后再進行堆焊至母材平齊維修。

（7）大修后做好煮爐工作。鍋爐大修后，在投用前須對其進行堿煮處理，以除去鍋內的鐵銹、油污及其它雜質，并使鍋爐金屬表面形成鈍化保護膜。

（8）做好停爐保養工作。鍋爐在停用期間應做好防腐保養工作，以避免氧腐蝕。

4 加強余熱發電鍋爐水質管理的重要性

從上述兩起案例可以看出，加強鍋爐水質管理尤為重要，水質管理不善給鍋爐設備造成的后果可概括為結垢、腐蝕和汽水共騰，影響蒸汽質量。其危害表現如下：

4.1 結垢

由于水垢的導熱性能差，又極易在熱負荷高的爐管中生成，因此結垢對鍋爐的危害性很大，是鍋爐的“百害之源”，主要體現在以下五個方面：

（1）影響鍋爐安全運行

由于水垢的導熱性能比金屬差幾百倍[2]，結垢易造成爐管受熱不均，使金屬材料特性發生變化，引起鍋爐鼓包、爆管等安全事故。據統計，鍋爐因水垢引起的事故占鍋爐事故總數的20%以上，不但造成設備損失，也威脅著人身安全。[3]

（2）影響水循環，降低鍋爐出力

水垢的生成會減小受熱管內流通截面，增加管內水汽流動阻力，破壞正常水循環，降低鍋爐出力，對于電站鍋爐，則會影響汽輪機發電量；當結垢嚴重時水垢甚至會完全堵塞管路。

（3）降低鍋爐熱效率，影響發電量

水垢對鍋爐熱效率的影響主要是因其導熱系數小，大約僅為鋼材導熱系數1/10～1/100[2]。當鍋爐結有水垢時,會降低鍋爐的傳熱效率，影響汽輪機的發電量。

（4）產生垢下腐蝕

當爐管內有水垢附著時，從水垢的孔隙滲入的鍋水，在水垢層與管壁之間會發生急劇濃縮，因水垢層下的濃溶液具有很強的侵蝕性，致使管壁金屬遭到腐蝕。結垢、腐蝕過程相互促進，會加速導致爐管損壞，發生爆管事故。[2]

（5）造成經濟損失

鍋爐受熱面上的水垢，特別是管內水垢，難以清除，增加了檢修清洗費用，耗費人力、物力，縮短鍋爐使用壽命，造成巨大經濟損失。

4.2 腐蝕

（1）鍋爐發生腐蝕會使被腐蝕的金屬構件變薄、凹陷，甚至穿孔，使金屬內部結構遭到破壞，機械強度顯著降低，影響鍋爐安全運行。

（2）由于金屬腐蝕產物轉入水中，使水中雜質增加，從而加劇在高熱負荷受熱面上的結垢過程，結成的水垢又會引起鍋爐的垢下腐蝕，此種惡性循環會導致鍋爐爆管等安全事故。

（3）縮短鍋爐的使用壽命，造成經濟損失。

4.3 汽水共騰，影響蒸汽質量

發生汽水共騰時，蒸汽直接帶走蒸發面上的大量泡沫和鍋水水滴，造成蒸汽含鹽量急劇增加，這些被帶出的鹽分在過熱器及汽輪機等用汽設備中發生沉積，影響傳熱，損壞設備；從鍋爐本身運行來說，會使水位計內的水位劇烈波動，甚至看不清水位或造成假水位，蒸汽大量帶水易造成鍋爐缺水事故，影響鍋爐安全運行。

綜上所述，抓好水質管理工作，是鍋爐安全、經濟運行的根本保證，也是鍋爐日常管理工作中的一項重要工作內容，從而提高鍋爐的綜合經濟效益。

5 結語

為保證鍋爐設備安全、穩定、經濟、高效運行，使用單位一定要重視鍋爐水質管理工作，加強水質管理，實現鍋爐和熱力設備的長期無腐蝕、無垢運行，減少檢修費用，延長使用壽命。