燃气锅炉内部检验中冷凝水问题探讨

徐金辉

（河北省特种设备监督检验研究院秦皇岛分院，河北 秦皇岛 066000）

随着环保要求的不断提升，燃煤锅炉烟气污染严重且难以治理的弊端凸显，寻求替代方案迫在眉睫。2015 年3 月，河北省政府发布《河北省人民政府关于印发河北省燃煤锅炉治理实施方案通知》中提到，2015 年年底，设区市和省直管县（市）城市建成区淘汰10 蒸吨/小时及以下燃煤锅炉。2017 年年底，设区市和省直管县（市）城市建成区淘汰35蒸吨/小时及以下燃煤锅炉，城乡结合部和其他远郊区县城镇地区淘汰10 蒸吨/小时及以下燃煤锅炉，确保完成国家下达的燃煤锅炉淘汰任务。但是锅炉作为工业生产最重要的动力设备，不可替代，唯有在燃料上做文章。天然气在燃烧过程中产生的污染物质极少，产生的CO2仅为煤的40%左右，产生少量的SO2。而且燃烧后不会产生废水、废渣的物料，相比煤炭、石油等能源具有使用安全、热值高、洁净等优势。燃气锅炉以其环保高效、高度自动化等优点，逐步成为完美的替代品。燃气锅炉由于其不同于燃煤锅炉的结构形式，在定期检验中需要有所不同的重点，而内部检验往往关注锅炉本体部分，往往会忽视一些非承压部件。

1 检验中发现的问题及分析

在进行锅炉内部检验工作中，发现部分燃气锅炉的烟管、烟道、烟箱内，甚至是锅炉回燃室，炉胆等内部受压部件中存在大量积水或少量肉眼可见水渍等状况。首先，检验人员怀疑是烟管泄漏，或者是烟管与管板角接焊接接头处可能存在泄漏。通过查阅锅炉资料和询问使用单位人员锅炉运行状况，发现该锅炉制造年限不长，安装投入使用时间也很短，甚至投入还没满一年。有的是安装后的首次内部检验，且实际运行周期并不是很长，运行负荷较低。故初步判断锅炉存在泄漏的可能性不大。进一步通过水压试验验证，没有发现漏点，最终可以确定该锅炉不存在泄漏情况。那么，唯一的水的来源就是受压部件外部的冷凝水。通过观察锅炉烟道装设结构，冷凝器、节能器或者是省煤器等烟道内部装置布置情况、冷凝水排放装置布置等发现，存在以下问题。

（1）锅炉冷凝水排放管被异物堵塞、导致排液不畅；

（2）烟道设计不合理，如排放冷凝水的倾斜角设置不合理、未开设冷凝水排放管孔等；

（3）冷凝水泄放管路设计不合理，如出口高度高于入口，导致无法排出冷凝水，或者与其他管路并联在一起等。

加之对锅炉运行记录进行分析，由于该厂间断性生产，有的白天生产晚上停机，导致该锅炉长期处于间断运行状况，启停频繁，且运行时锅炉处于较低负荷工况。

通过以上分析，最终断定上文提到的积水或水渍为锅炉冷凝水过多所致。

2 燃气锅炉冷凝水成因分析

谈起燃气锅炉冷凝水的成因，不外乎两个方面，一是源头，即冷凝水产生的根源；二是排放，即产生的冷凝水能不能排出到指定的地方。下面从以下几个方面进行分析。

（1）燃气锅炉燃料燃烧的过程。现阶段，大部分燃气锅炉均为燃烧天然气燃料的，故此处只分析天然气的燃烧过程。天然气的主要成分是甲烷（CH4），甲烷(CH4)在空气中燃烧后,生成产物为水和二氧化碳。甲烷燃烧的化学方程式是CH4+2O2——CO2+2H2O。

这里我们不难发现，天然气锅炉燃烧的主要产物之一就是水，所以燃烧天然气的锅炉烟气中含有水分是不可避免的。

（2）从甲烷燃烧的化学方程式中发现，甲烷燃烧其实就是甲烷与氧气的化学反应。所以燃料燃烧需要引入大量的空气进行助燃。然而，助燃空气中也会携带进来部分水分。特别是当燃烧器配风比例不正常时，考虑到过量空气系数的影响，燃气锅炉烟气中的水蒸气容积百分比范围为15%～19%。特别处于沿海地区，常年空气湿度比较大，引入过量的助燃空气携带大量的水分。

（3）冷凝水排放装置布置存在问题。例如，检验中发现，个别单位为了省材料或者是追求锅炉房管道整齐，误将锅炉冷凝水泄放管、液位计泄放管与锅炉的排污管统一连接到同一根排放母管上。当司炉人员进行定期排污或冲洗液位计时，由于是带压排放，同时由于冷凝水排放管阀门保持常开状态，会导致排污水倒流流入冷凝水排放管，进而进入烟箱内，有时会顺着烟管流入回燃室及炉胆内部。还有的冷凝水泄放管被烧损的耐火材料，安装时不慎脱落的石棉垫片等异物堵塞，导致排液不畅。还存在烟道布置不当的情况，个别单位为了保障连续生产及检修要求等，装设两台锅炉一用一备，交替运行，且共用同一个排烟系统，如果烟气挡板封堵不严，排烟窜入停运锅炉内部，导致烟气温度低于露点温度，在该锅炉内部会产生大量冷凝水。个别烟道安装冷凝器、节能器、省煤器等烟气热量回收装置导致烟道水平段过长，且无排泄倾角，或者未开设冷凝水排放管孔等，烟气回收装置冷却效率过高，导致排烟温度过低，也会大量产生冷凝水。

（4）由于生产车间对锅炉蒸汽需求原因，锅炉长期处于间断运行工况，启停频繁，且运行过程中长期低负荷运行，这样会导致锅炉未能达到最经济的运行状态，排烟温度可能会低于设计要求，导致锅炉内部的冷凝水不断地累积。

3 锅炉冷凝水过多的危害

通过大量检验分析和总结，并查阅了大量的相关资料文献，我们发现冷凝水大体存在以下几方面的危害。

（1）冷凝水过多会加速锅炉受热面的腐蚀，长期存在积水或者存在水渍的受热面部位较之其他部位腐蚀现象明显，通过壁厚测定，发现该处壁厚存在局部减薄现象。

（2）降低烟气流通截面积，加速烟道腐蚀。由于空气中携带灰尘等物质，无法燃烧，会在烟道死角处残留，与冷凝水结合形成粘在烟道的物质，且不易脱落，降低烟气流通面积。由于烟道为普通碳钢材质，检验中，发现内部壁面层状铁锈不断脱落，腐蚀严重。

（3）影响炉膛温度及火焰填充度，影响燃烧稳定性，降低锅炉热效率。相关文献中提到，甚至出现过水汽过多损坏锅炉燃烧器，造成突然停炉的现象。燃气锅炉突然停机，如果操作不当，在二次点火时容易发生炉膛爆燃事故，轻则损坏锅炉，重则造成人身伤亡，应特别加强重视。

（4）烟道尾部低温腐蚀。如果尾部烟道排烟温度较低，产生的冷凝水不断在尾部烟道壁面凝结，特别是在锅炉停机后，大量的冷凝水残留在烟道内，不断腐蚀烟道金属。

（5）酸腐蚀。天然气是混合气体，主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，另外，含有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般还含有硫化氢、二氧化碳、氮和水气以及微量的惰性气体。其中，硫化氢燃烧过后会生成二氧化硫，二氧化硫与与水蒸气结合会生成亚硫酸，亚硫酸一旦形成冷凝水，便会腐蚀尾部烟道。

4 相关标准规定及改进措施

《锅炉安全技术监察规程》中第3.21 条规定：B 级以下燃气锅炉和冷凝式尾部烟道应当设置可靠的疏水装置。其中B 级以下燃气锅炉烟气中含水量较多，而冷凝式尾部烟道可将排烟温度降低很多，特别是锅炉低负荷运行时，烟气低于露点温度，大量冷凝水腐蚀性较强。特别是针对检验中发现的问题，提出以下改进措施及此类锅炉使用注意事项。

（1）正确使用锅炉燃烧器，燃烧器有诸多电器元件及电路控制系统组成，是较为精密的设备部件，由于锅炉房环境一般不会太清洁，所以燃烧器极易出现故障，所以务必按时保养燃烧器，保证燃烧正常工作，合理配风，降低过量空气带入水分。

（2）严格按照相关设计要求安装冷凝水排放装置，正确使用排放装置中的阀门，确保开度正常。

（3）定期检查冷凝水排放管路，确保无堵塞现象，确保阀门正常工作。

（4）多台锅炉共用排烟系统的情况，要确保烟道内部挡烟板能够正常工作。

（5）合理设置烟道结构，保证冷凝水能够顺利排出，必要时开设冷凝水排放管路。

（6）根据锅炉运行状况及排烟温度合理设置冷凝器、节能器、省煤器等尾部烟气热量回收装置，保持锅炉及烟道金属壁温高于硫酸露点温度。

（7）根据锅炉设计特性，合理使用锅炉，使锅炉在经济工况下运行，做好停炉保养工作，保证锅炉各部件处于良好保养状态，防止停炉期间保养不当造成的锅炉损伤。

5 结语

在当前时代背景下，冷凝水过多所导致的相关问题也日益明显。作为检验工作人员，对于燃气锅炉内部检验时，除了对本体结构损伤的关注之外，还应当注意对冷凝水系统进行重点检验，防止冷凝水过多给锅炉带来不必要的损伤。