燃氣鍋爐內部檢驗中冷凝水問題探討

徐金輝

（河北省特種設備監督檢驗研究院秦皇島分院，河北 秦皇島 066000）

隨著環保要求的不斷提升，燃煤鍋爐煙氣污染嚴重且難以治理的弊端凸顯，尋求替代方案迫在眉睫。2015 年3 月，河北省政府發布《河北省人民政府關于印發河北省燃煤鍋爐治理實施方案通知》中提到，2015 年年底，設區市和省直管縣（市）城市建成區淘汰10 蒸噸/小時及以下燃煤鍋爐。2017 年年底，設區市和省直管縣（市）城市建成區淘汰35蒸噸/小時及以下燃煤鍋爐，城鄉結合部和其他遠郊區縣城鎮地區淘汰10 蒸噸/小時及以下燃煤鍋爐，確保完成國家下達的燃煤鍋爐淘汰任務。但是鍋爐作為工業生產最重要的動力設備，不可替代，唯有在燃料上做文章。天然氣在燃燒過程中產生的污染物質極少，產生的CO2僅為煤的40%左右，產生少量的SO2。而且燃燒后不會產生廢水、廢渣的物料，相比煤炭、石油等能源具有使用安全、熱值高、潔凈等優勢。燃氣鍋爐以其環保高效、高度自動化等優點，逐步成為完美的替代品。燃氣鍋爐由于其不同于燃煤鍋爐的結構形式，在定期檢驗中需要有所不同的重點，而內部檢驗往往關注鍋爐本體部分，往往會忽視一些非承壓部件。

1 檢驗中發現的問題及分析

在進行鍋爐內部檢驗工作中，發現部分燃氣鍋爐的煙管、煙道、煙箱內，甚至是鍋爐回燃室，爐膽等內部受壓部件中存在大量積水或少量肉眼可見水漬等狀況。首先，檢驗人員懷疑是煙管泄漏，或者是煙管與管板角接焊接接頭處可能存在泄漏。通過查閱鍋爐資料和詢問使用單位人員鍋爐運行狀況，發現該鍋爐制造年限不長，安裝投入使用時間也很短，甚至投入還沒滿一年。有的是安裝后的首次內部檢驗，且實際運行周期并不是很長，運行負荷較低。故初步判斷鍋爐存在泄漏的可能性不大。進一步通過水壓試驗驗證，沒有發現漏點，最終可以確定該鍋爐不存在泄漏情況。那么，唯一的水的來源就是受壓部件外部的冷凝水。通過觀察鍋爐煙道裝設結構，冷凝器、節能器或者是省煤器等煙道內部裝置布置情況、冷凝水排放裝置布置等發現，存在以下問題。

（1）鍋爐冷凝水排放管被異物堵塞、導致排液不暢；

（2）煙道設計不合理，如排放冷凝水的傾斜角設置不合理、未開設冷凝水排放管孔等；

（3）冷凝水泄放管路設計不合理，如出口高度高于入口，導致無法排出冷凝水，或者與其他管路并聯在一起等。

加之對鍋爐運行記錄進行分析，由于該廠間斷性生產，有的白天生產晚上停機，導致該鍋爐長期處于間斷運行狀況，啟停頻繁，且運行時鍋爐處于較低負荷工況。

通過以上分析，最終斷定上文提到的積水或水漬為鍋爐冷凝水過多所致。

2 燃氣鍋爐冷凝水成因分析

談起燃氣鍋爐冷凝水的成因，不外乎兩個方面，一是源頭，即冷凝水產生的根源；二是排放，即產生的冷凝水能不能排出到指定的地方。下面從以下幾個方面進行分析。

（1）燃氣鍋爐燃料燃燒的過程。現階段，大部分燃氣鍋爐均為燃燒天然氣燃料的，故此處只分析天然氣的燃燒過程。天然氣的主要成分是甲烷（CH4），甲烷(CH4)在空氣中燃燒后,生成產物為水和二氧化碳。甲烷燃燒的化學方程式是CH4+2O2——CO2+2H2O。

這里我們不難發現，天然氣鍋爐燃燒的主要產物之一就是水，所以燃燒天然氣的鍋爐煙氣中含有水分是不可避免的。

（2）從甲烷燃燒的化學方程式中發現，甲烷燃燒其實就是甲烷與氧氣的化學反應。所以燃料燃燒需要引入大量的空氣進行助燃。然而，助燃空氣中也會攜帶進來部分水分。特別是當燃燒器配風比例不正常時，考慮到過量空氣系數的影響，燃氣鍋爐煙氣中的水蒸氣容積百分比范圍為15%～19%。特別處于沿海地區，常年空氣濕度比較大，引入過量的助燃空氣攜帶大量的水分。

（3）冷凝水排放裝置布置存在問題。例如，檢驗中發現，個別單位為了省材料或者是追求鍋爐房管道整齊，誤將鍋爐冷凝水泄放管、液位計泄放管與鍋爐的排污管統一連接到同一根排放母管上。當司爐人員進行定期排污或沖洗液位計時，由于是帶壓排放，同時由于冷凝水排放管閥門保持常開狀態，會導致排污水倒流流入冷凝水排放管，進而進入煙箱內，有時會順著煙管流入回燃室及爐膽內部。還有的冷凝水泄放管被燒損的耐火材料，安裝時不慎脫落的石棉墊片等異物堵塞，導致排液不暢。還存在煙道布置不當的情況，個別單位為了保障連續生產及檢修要求等，裝設兩臺鍋爐一用一備，交替運行，且共用同一個排煙系統，如果煙氣擋板封堵不嚴，排煙竄入停運鍋爐內部，導致煙氣溫度低于露點溫度，在該鍋爐內部會產生大量冷凝水。個別煙道安裝冷凝器、節能器、省煤器等煙氣熱量回收裝置導致煙道水平段過長，且無排泄傾角，或者未開設冷凝水排放管孔等，煙氣回收裝置冷卻效率過高，導致排煙溫度過低，也會大量產生冷凝水。

（4）由于生產車間對鍋爐蒸汽需求原因，鍋爐長期處于間斷運行工況，啟停頻繁，且運行過程中長期低負荷運行，這樣會導致鍋爐未能達到最經濟的運行狀態，排煙溫度可能會低于設計要求，導致鍋爐內部的冷凝水不斷地累積。

3 鍋爐冷凝水過多的危害

通過大量檢驗分析和總結，并查閱了大量的相關資料文獻，我們發現冷凝水大體存在以下幾方面的危害。

（1）冷凝水過多會加速鍋爐受熱面的腐蝕，長期存在積水或者存在水漬的受熱面部位較之其他部位腐蝕現象明顯，通過壁厚測定，發現該處壁厚存在局部減薄現象。

（2）降低煙氣流通截面積，加速煙道腐蝕。由于空氣中攜帶灰塵等物質，無法燃燒，會在煙道死角處殘留，與冷凝水結合形成粘在煙道的物質，且不易脫落，降低煙氣流通面積。由于煙道為普通碳鋼材質，檢驗中，發現內部壁面層狀鐵銹不斷脫落，腐蝕嚴重。

（3）影響爐膛溫度及火焰填充度，影響燃燒穩定性，降低鍋爐熱效率。相關文獻中提到，甚至出現過水汽過多損壞鍋爐燃燒器，造成突然停爐的現象。燃氣鍋爐突然停機，如果操作不當，在二次點火時容易發生爐膛爆燃事故，輕則損壞鍋爐，重則造成人身傷亡，應特別加強重視。

（4）煙道尾部低溫腐蝕。如果尾部煙道排煙溫度較低，產生的冷凝水不斷在尾部煙道壁面凝結，特別是在鍋爐停機后，大量的冷凝水殘留在煙道內，不斷腐蝕煙道金屬。

（5）酸腐蝕。天然氣是混合氣體，主要成分是烷烴，其中甲烷占絕大多數，另外，含有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般還含有硫化氫、二氧化碳、氮和水氣以及微量的惰性氣體。其中，硫化氫燃燒過后會生成二氧化硫，二氧化硫與與水蒸氣結合會生成亞硫酸，亞硫酸一旦形成冷凝水，便會腐蝕尾部煙道。

4 相關標準規定及改進措施

《鍋爐安全技術監察規程》中第3.21 條規定：B 級以下燃氣鍋爐和冷凝式尾部煙道應當設置可靠的疏水裝置。其中B 級以下燃氣鍋爐煙氣中含水量較多，而冷凝式尾部煙道可將排煙溫度降低很多，特別是鍋爐低負荷運行時，煙氣低于露點溫度，大量冷凝水腐蝕性較強。特別是針對檢驗中發現的問題，提出以下改進措施及此類鍋爐使用注意事項。

（1）正確使用鍋爐燃燒器，燃燒器有諸多電器元件及電路控制系統組成，是較為精密的設備部件，由于鍋爐房環境一般不會太清潔，所以燃燒器極易出現故障，所以務必按時保養燃燒器，保證燃燒正常工作，合理配風，降低過量空氣帶入水分。

（2）嚴格按照相關設計要求安裝冷凝水排放裝置，正確使用排放裝置中的閥門，確保開度正常。

（3）定期檢查冷凝水排放管路，確保無堵塞現象，確保閥門正常工作。

（4）多臺鍋爐共用排煙系統的情況，要確保煙道內部擋煙板能夠正常工作。

（5）合理設置煙道結構，保證冷凝水能夠順利排出，必要時開設冷凝水排放管路。

（6）根據鍋爐運行狀況及排煙溫度合理設置冷凝器、節能器、省煤器等尾部煙氣熱量回收裝置，保持鍋爐及煙道金屬壁溫高于硫酸露點溫度。

（7）根據鍋爐設計特性，合理使用鍋爐，使鍋爐在經濟工況下運行，做好停爐保養工作，保證鍋爐各部件處于良好保養狀態，防止停爐期間保養不當造成的鍋爐損傷。

5 結語

在當前時代背景下，冷凝水過多所導致的相關問題也日益明顯。作為檢驗工作人員，對于燃氣鍋爐內部檢驗時，除了對本體結構損傷的關注之外，還應當注意對冷凝水系統進行重點檢驗，防止冷凝水過多給鍋爐帶來不必要的損傷。