小型燃气锅炉运行过程中存在的隐患及建议

2018-03-14田艳萍

中国特种设备安全 2018年2期

薛磊田艳萍宁涛

(西安特种设备检验检测院西安 710065）

随着社会经济的快速发展，大气中污染排放量的增加，导致雾霾日益加重，严重危害了人们的身体健康，阻碍了人类社会发展的脚步。因此，为了减少污染排放量的增加，大型燃煤锅炉采取除尘、脱硝（SCR、SNCR）、脱硫等相应措施减少污染物的排放，小型燃煤锅炉由于脱硫、脱硝设备的成本过大，则逐步被燃气锅炉所取代。燃气锅炉由于其自动化程度高、占地面积少、干净卫生等优势被广泛应用于企业生产、医疗杀菌消毒、生活供暖等相关领域。随着大量的燃气锅炉投入市场，并在目前还不是很健全的管理制度和一些客观因素影响下，锅炉的实际运行状况并不是十分理想。本文主要针对额定蒸发量（额定热功率）小于20t/h（14MW）的小型燃气锅炉在运行过程中存在的问题进行总结阐述，这些燃气锅炉存在于宾馆酒店、加工生产的厂区、非热力公司集中供暖的住宅区及办公区等。

1 小型燃气锅炉的安全隐患

1.1 锅炉安全附件及仪表

在锅炉运行过程中，锅炉安全附件及仪表存在的问题主要分为两个方面：

1）未在检定或校准的有限期内：锅炉上相关的安全阀、压力表存在未检或超过检定有效期还在使用的情况；多数远传测温、测压仪表及温度联锁保护装置上的测温仪表，自从锅炉安装投入使用之后使用单位再没对其进行检定，造成远传到控制柜显示面板上的温度、压力参数异常。

存在的危害：小型燃气锅炉采用的安全阀一般为弹簧式安全阀，测水温的仪表为双金属温度计，测烟气温度的仪器为铂热电阻温度计，测压仪表为Y型普通压力表。未在检定和标定有限期内的安全附件及仪表，它们各自的灵敏度是否精准会成为一个未知数。当设备运行达到一定参数，安全阀是否可以在其整定压力下安全开启、泄压而无法做出准确的判断。测温仪表长时间的受介质（烟气、水、水汽）冲刷，温度探头被杂质包裹、锈蚀、灵敏度异常造成锅炉操作台通过远程传输显示的温度数据和真实数据有所差异。测压仪表由于温度、振动、负荷等原因其内部的弹性元件会出现形变，所以测压仪表无法显示准确的压力。这些无法得到准确参数的安全附件及仪表在锅炉的正常运行中会影响人们对锅炉实际能耗的评估，进一步影响锅炉安全运行。

2）选型：少数的单位存在安全阀、压力表的选型不符合相关要求。

（1）用户送安全阀进行整定压力时，要求的整定压力不在安全阀的压力级别范围之内。

（2）锅炉及锅炉辅机上安装的压力表存在量程过大或过小的情况。如一台WNS2-1.0-Q燃气蒸汽锅炉，其最高工作压力0.50MPa，蒸汽压力表的量程0～2.5MPa，此锅炉所选用的蒸汽压力表量程就偏大不符合TSG G0001—2012中压力表选用的要求[1]。此外，多数锅炉的给水泵或循环泵管路上安装的压力表为普通压力表，当循环泵或给水泵运行时管路上安装的压力表会由于长期的剧烈震荡，导致普通压力表上指针剧烈波动，造成压力表指针不准及压力表易坏。对于剧烈震动的部位应采用耐震压力表。

1.2 锅炉低负荷运行

西北地区每年的采暖期是天然气用气量高峰时间段，在此时间段内很多地方的锅炉会出现天然气气量波动频繁或供给不足的现象，经常造成锅炉运行负荷低或负荷不稳定的情况。一些使用单位由于实际生产需求，锅炉也长期处于低负荷运行状态。锅炉处于低负荷或负荷不稳定运行状态会造成：1）少数燃烧机在很低的负荷下与锅炉匹配程度不高。锅炉在很低的负荷下运行时，燃烧器进风量不能随着燃料消耗量的减少而降低导致锅炉部分热量流失，此外燃料量与风量配比不合理部分燃烧器有异常噪音出现；2）锅炉受热面出现低温腐蚀。锅炉额定出力越大实际运行出力越小的时候，锅炉排烟温度越低，在低于烟气露点温度下烟气中的水蒸汽冷凝成水。天然气燃烧过程中会生成SOx、NOx、CO2等一些酸性气体部分溶于烟气冷凝水中，使冷凝水显酸性从而对锅炉烟道、后烟箱甚至前烟箱造成腐蚀，严重时造成一些部位穿孔。如一台WNS2-1.25-Q的锅炉由于生产原因只能在额定负荷40%以下的出力下运行，该锅炉烟道在烟气出口处拐了个直角使烟道平行于锅炉方向，并在平行锅炉方向的烟道上安装有烟气热回收装置。此锅炉在上述负荷运行中和停炉后的一段时间内，有液体从烟气热回收装置的底部焊缝处及后烟箱与锅筒的连接处持续流出。该锅炉由于低负荷、烟气热回收装置的原因，烟气大量冷凝，冷凝水从烟气热回收装置不能及时排出又倒流进后烟箱，从而使烟气热回收装置的底部焊缝处及后烟箱与锅筒的连接处出现腐蚀开裂。

对于低负荷下的低温腐蚀可以从材料本身来考虑，一方面选取材料自身具有极强耐腐蚀性的材料（不锈钢管材、聚四氟乙烯管等），另一方面是在材料表面覆盖辅助性耐腐蚀材料（喷涂、电镀耐腐蚀涂料等）[2]。图1是锅炉在低负荷运行时烟气冷凝水对后烟箱的腐蚀，图2是锅炉在低负荷运行时烟气冷凝水对烟道的腐蚀。

图1 冷凝水对后烟箱的腐蚀

图2 冷凝水对烟道的腐蚀

1.3 燃烧器风配比不合理

目前小型燃气锅炉几乎都没有配备对烟气成分进行监测的设备，且只有在锅炉开始运行的时候才会有一些维保厂家通过观察火焰颜色从而对使用单位的锅炉进行风配比的调试。由于生产需求及供气量的改变都会造成锅炉燃料消耗量的改变，所以初始的一次调试不能保证锅炉可以长期有效节能、安全地运行。燃烧器的风配比不合理主要体现在两个方面：

1）进风量过大。进风量过大造成锅炉热量的流失，锅炉热效率下降。少数锅炉在进风量过大时，燃烧器在工作状态时有异常轰鸣声。

2）进风量偏小。

（1）锅炉不易点火或异常熄火。

（2）天然气未充分燃烧，烟气中残留有较多的CH4及烟气中的CO含量过大，CO含量甚至大于10000mg/L。天然气因未完全燃烧而产生大量黑色絮状物（C2H2、C）炭黑[3]，炭黑黏附在烟气管路中影响传热，一些部位还会因传热不好造成局部过热导致材质劣化。装有烟气冷凝装置的锅炉有时会因为天然气未充分燃烧而产生的黑色固体物质堵塞烟气冷凝装置造成烟气阻力增大，严重的甚至导致烟气冷凝装置堵塞。一台WNS10-1.25-Y.Q的新装锅炉在运行不到两个月的时间里，出现排烟不畅、烟气阻力过大的问题致使锅炉不能正常运行，经检查发现是由于天然气未充分燃烧产生的大量炭黑粘附在节能器的盘管上使烟气流通阻力增大导致上述结果。被炭黑粘的节能器如图3所示，被炭黑粘附的后烟箱如图4所示。

（3）定期清灰，增大工作量。

1.4 锅炉的使用管理

1）安全意识不够。由于现在锅炉自动化程度提高，部分管理者安全意识降低。在控制仪表及锅炉设备上没有远程时时监控的情况下，锅炉在运行过程中没有司炉人员这一危险情况。

2）管理者、司炉人员对锅炉的维护保养、运行、安全附件等方面知识匮乏。锅炉运行中出现的一些故障，锅炉人员无法判断或解决，有的问题甚至无法发现。如对一台锅炉进行检测时发现：一台WNS2-1.25-Q锅炉天然气的气量充足，把输入燃料管路上的阀门开启最大，但运行时锅炉的负荷依旧上不去，在此状态下锅炉长久运行司炉人员和管理者却没有发现、探究此问题。最后检验人员排查发现该锅炉燃烧器长时间运行，但从来没有对燃烧器前置过滤器进行定期清灰，导致燃烧器气路堵塞造成了以上问题，对燃烧器清灰后问题解决。

图3 被炭黑粘附的节能器

图4 被炭黑粘附的后烟箱

3）管理者、司炉人员思想上不够重视锅炉。锅炉在运行中，锅炉水质不达标造成锅炉结垢、金属元件腐蚀，导致锅炉热效率降低，增加了维护保养费用，甚至还会造成安全事故。锅炉水垢层常位于热负荷很高的锅炉受热面上，由于金属材料上水垢的面积、厚度增加造成温度超过了金属材料的安全温度上限值，金属因过热蠕变、强度降低，导致沉结水垢的炉胆过热塌陷，沉结水垢的受热锅筒过热鼓包，沉结水垢的受热面管子过热爆管[4]。然而，一些单位在水处理设备失效后还依然使用，甚有送纯净水、自配水等各种非锅炉用水进行检测、化验。

2 锅炉安全隐患的解决措施

对于上述的安全隐患，笔者提出了以下解决措施：1）使用单位按照TSG G0001—2012中的要求按规定将锅炉上的安全阀、压力表送检或检验人员在检验的时候告知、提醒使用单位安全附件及仪表在超过检定、校准有效期前应及时送检，确保安全附件正常工作，仪表数据的准确。用来监测锅炉能耗状况的仪表建议检定或校准，以此确保监测能耗参数的准确性。选择安全阀时，安全阀的整定压力应在设计压力的量程范围之内。温度表、压力表的量程选择不能过大或过小，压力表的最大工作压力不应超过量程的2/3，在易震动的位置应安装耐震压力表避免表受震动损坏；2）长时间低负荷运行导致低温腐蚀的锅炉，在易受腐蚀的部位（烟道、节能器）采用耐腐蚀材料，如不锈钢系列的材料或安装疏水孔，保证烟气冷凝水可以畅通排出避免倒流、汇集造成腐蚀；3）了解燃烧器的燃料与进风量配比关系，根据燃料量的波动来调节、控制进风量，从而保障天然气充分燃烧防止燃料与风量配比不合理导致炭黑、异常噪音的产生。调节燃烧器燃料与风量的配比可以通过烟气分析仪检测烟气成分中的烷烃、一氧化碳含量或观察燃料燃烧时火焰的颜色（经验丰富的技术人员），以此判断燃料与风量的配比是否合理；4)管理人员、司炉人员，学习、了解锅炉安全运行方面的相关知识，从思想、行动上重视锅炉及相关附件设备，做好锅炉运行记录，严格执行锅炉的使用、管理、维护方面的规定要求。对于锅炉运行中出现的异常状况、监测的异常参数及时分析、解决。此外，锅炉的水质也应重视，对锅炉的软化水、锅水按GB/T 1576—2008[5]的要求指标进行化验，软化水、锅水的水质质量影响着锅炉的安全、能耗指标。