锅炉节能冷凝器常见问题分析.pdf

.4特种设备安全技术2023年第6 期锅炉节能冷凝器常见问题分析张亚强摘要锅炉是能耗大户，特别是近些年来，随着社会经济发展，环境保护力度加强，淘汰了环保不达标的燃煤锅炉，新安装的锅炉以燃天然气居多，但燃气使用成本比以前燃煤高许多，所以为了降低锅炉能耗，节约成本，在锅炉尾部烟道设置烟气热量冷凝回收装置节能冷凝器；但是在实际生产中，节能冷凝器安装使用过程中也产生了新的问题，同时由于节能器不属于锅炉本体的承压部件，容易被忽视，如果操作或者安装不正确，会带来严重的安全隐患，本文是作者结合在工业锅炉检验工作中，对常压节能冷凝器发现的一些问题，以及可能产生的后果进行探讨分析并总结经验。关键词锅炉节能冷凝器冷凝管循环泵联锁安全点，使节能冷凝器存在容易忽视的隐患，极有可能发生安1前言全事故。特种设备安全法第一章总则第三条：“特种设备2工业锅炉节能冷凝器的结构及其优点安全工作应当坚持安全第一、预防为主、节能环保、综合治理的原则”，第七条规定“特种设备生产、经营、使用单位应当遵守本法和其他有关法律、法规，建立、健全特种设备安全和节能责任制度，加强特种设备安全和节能管理，确保特种设备生产、经营、使用安全，符合节能要求 ,锅炉节能环保技术规程TSG91-2021第2.3.2 条：排烟温度规定：锅炉排烟温度设计应当综合考虑锅炉的安全性和经济性，并且在额定负荷下，符合以下要求：（1）热水锅炉和蒸汽锅炉，不高于17 0 2；又由于环保需求，排放的烟气必须满足大气污染物初始排放浓度要求，所以在锅炉及其系统设计时，应当兼顾其能效与大气污染物排放要求，在满足大气污染物排放要求的前提下，通过技术路线优化，提高能源利用效率，从本质上实现节能减排；锅炉企业应当向使用单位提供大气污染物排放浓度等相关技术参数，例如烟尘排放浓度、SO排放浓度、NO排放浓度等，使用单位根据生产单位提供的初始排放浓度优化尾部大气污染物治理技术措施。目前市场上新安装工业锅炉往往是燃天然气锅炉居多，燃气成本相对老式燃煤成本高许多，为了降低锅炉使用成本，达到锅炉能效环保要求，新安装锅炉以及能效环保不达标的锅炉通常加带有节能冷凝器，即在尾部设置烟气热量冷凝回收装置。但是实际中，制造、使用等单位往往会认为节能冷凝器不属于锅炉本体，不承受蒸汽压力，属于锅炉附属设备，节能器并没有像锅炉本体和安全附件一样得到重视，在安装和使用过程中，容易造成安全的盲收稿日期：2 0 2 3-0 5-19节能冷凝器通常为管壳形式，壳程为烟气，管程为水；节能冷凝系统通常包括：冷凝管（节能器能器管束）、节能器进出口集箱、循环泵、储水箱及其连接管道和仪表阀门。常见的常压节能器管内水流程为：储水箱（软水箱）下部阀门一循环泵出口一止回阀泵出口压力表一节能器进口集箱一节能器管束一出口集箱一储水箱（软水箱）中上部，由此形成一闭循环节能冷凝系统；工业锅炉尾部烟道的冷凝器，一般将管圈放置成水平有利于排出污水，同时往往是维持水自下而上或者从后至前流通，便于排出的空气病时刻保持满水，避免造成部分的氧锈蚀。烟气从上而下或者从前往后，相对于水逆向流动，增加导热。锅炉节能器的工作原理是锅炉尾部烟气通过锅炉节能冷凝器，锅炉节能冷凝器里的给水通过换热管吸收烟气的温度后，能够减低排烟系统温度提升工业锅炉能效比而节约燃料，降低能耗，减少烟气热量排放，满足大气污染物排放要求；另外由于安装节能冷凝器，实现锅炉给水的升温，等同于取代一小部分受热面，提高了工业锅炉的初始给水温度，减少由于锅筒内水汽和锅炉给水温度温差过大在锅筒进水管部位区域产生的温差应力，从而改善了锅筒的工作条件，延长锅炉使用寿命；同时由于小型工业锅炉往往没有设置除氧设备，设置常压节能冷凝器后，节能冷凝器吸收尾部烟气热量，使储水箱内水温度升高，所产生的水汽带走部分溶于给水的氧气，改善给水水质，减少炉内金属氧腐蚀；所以在锅炉尾部烟道安装节能冷凝器，对节2023年第6 期能减排，改善水质，改善锅炉使用寿命等方面有诸多好处。3节能冷凝器部件常见问题及分析（1）冷凝管材料选择及维护结合锅炉检验情况经验，节能冷凝管常见的损伤模式为管壁外壁锅炉冷凝水腐蚀、烟气露点腐蚀等损伤模式，分析原因是工业锅炉运行时烟气中的水蒸汽处于过热状态，当节能冷凝器内冷凝管表面温度低于烟气的露点温度时，烟气中的水蒸汽被冷凝成为液态水，由于燃料燃烧时燃料中的硫形成二氧化硫、三氧化硫，低温（露点温度以下）遇水蒸汽形成酸性水，对金属造成腐蚀。尾部烟道设置节能冷凝器，锅炉的排烟温度会越来越低，锅炉尾部烟道出现硫酸露点腐蚀的情况也越来越多，锅炉尾部烟道、节能冷凝器等部位对于抵御含硫烟气露点腐蚀用钢的要求也越来越高，依据锅炉安全技术规程TSG11-2020第2.3.2 条：“锅炉用钢管材料要求选择合适的材料”3，目前常用为2 0 钢（GB3087），上海材料研究所和兴澄特钢等单位在19 8 7-19 9 0 年间共同开发的较为优秀的一种耐硫酸低温露点腐蚀用钢0 9 CrCuSb，此外，有单位采用0 6 Cr19Ni10（S30 40 8）、0 2 2 Cr 17 Ni 12 M o 2（316 L）,经特种设备安全技术委员会评定，总局已批准允许使用，但是这些材料由于价格成本因素等影响在工业锅炉目前较少采用；所以应依据规程标准科学合理地选择合适的满足要求的冷凝管材料。（2）水质对节能冷凝器影响定期检验中，在冷凝器管检验中多发现冷凝管内壁结垢现象，特别是在上水口附近结垢现象严重，利用内窥镜对冷凝管内部检查时，同样有结垢情况。水垢通常是附着在管内壁上，并且是硬垢，难以清洗，同时由于节能冷凝器换热管大多是弯管，清洗更加困难，管径越小，清理也越困难，很多使用单位就是由于结垢严重，管内水垢清理复杂且成本高，直接选择报废。节能冷凝器冷凝换热效果方面管径越小，换热面积越大，热效率就越高，但是管径越小，对水质要求更高，如果冷凝管内壁结垢，严重影响换热效率，锅炉水汽（介质）质量是保证锅炉安全、节能运行的重要因素，水汽质量不合格容易造成锅炉结垢、腐蚀和蒸汽质量恶化，引发鼓包、爆管、汽水共腾等事故及燃料能耗增大的主要原因。所以应有与锅炉配套的水处理设施，给水应经软化处理，以减少水垢的产生，锅炉使用单位应当配备水处理作业人员，加强水汽质量检测，满足连续安全生产及节能要求。（3）循环系统部件储水箱（软水箱）要保证有足够强度和稳定性，在检特种设备安全技术验时要着重检查储水箱不能为密闭，必须保持常压，目前软水箱多设置自动补水系统，水位低能自动补外界水，到达设定液位停止补水，在常见WNS2.0-1.25-Q型锅炉，经过热量交换回收后储水箱的温度能达到50-6 0；循环泵类型的选用，最初的使用单位多选择离心泵，但在后期运行中，由于泵入口水温较高，易产生离心泵汽蚀，再加上维护保养不规范，造成离心泵的震动噪声变大，且离心泵占用空间面积大，所以后期使用单位多立式屏蔽泵，优点是无汽蚀现象，震动噪音小，无泄漏现象，还有一些小型锅炉的节能器，选配的小型热水循环屏蔽泵成本低，无泄漏，无汽蚀现象，特别是小型锅炉现场使用的越来越普遍。锅炉燃料燃烧后产生的烟气由烟道直接通过节能冷凝器冷凝管，与换热管换热后，通往下一除尘工序经烟排出；在水平烟道上部设置有耐高温爆破片，小型锅炉在烟道尾部设置大气污染物初始排放浓度数据测试点及温度测量装置；由于锅炉尾部烟道内烟气侧容易形成冷凝水，特别是在刚启动锅炉过程中，由于炉内烟气水量含量较高，凝水短时间内就会在烟道积聚，这些酸性冷凝水对金属腐蚀性很强，必须设置可靠的疏水装置将其及时排出，以保证锅炉的正常运行；检验中发现有些使用单位疏于管理，锅炉操作工业务不精，冷凝水没有及时排出，甚至常年不排，造成冷凝器管及尾部烟道严重腐蚀，冷凝器报废，锅炉安全技术规程TSG11-20203.21尾部烟道疏水设置：“B级及以下燃气锅炉和冷凝式锅炉的尾部烟道应当设置可靠的疏水装置”。4安装使用过程常见问题及分析（1）循环泵电信号联锁连接的影响在工业锅炉安装检验验收过程和外部检验工作中，多次发现节能冷凝器的循环泵动启动与燃烧器点火信号联锁连接错误，即循环泵启动电信号与燃烧机点火信号联锁同步的现象，具体为锅炉启动燃烧器时，燃烧器点火，循环泵同时工作，当锅炉到达设定的压力后燃烧器熄火，循环泵也停止运行，这种连接有很大安全隐患；错误地认为锅炉生产时产生的蒸汽压力或者温度达到设定值时燃烧器熄火，没有火焰，没有外部热量给锅炉加热，为了“节能”省电，就停止循环泵，当燃烧器再次点火启动时才再启动循环泵，这种联锁方式给锅炉运行带来了严重的安全隐患。锅炉生产时产生的压力或者温度达到设定值时，燃烧器虽然熄火，但是炉膛内及尾部烟道内剩余温度还是很高，突然停止循环泵，管内的水处于静止状态，高温的炉膛与水热量传导仍在进行，节能冷凝器管中的水可.5.:6特种设备安全技术2023年第6 期能会产生蒸汽，这些蒸汽以汽泡形式封存在节能冷凝器中，直到锅炉开始供水，汽泡才连同给水一起流入锅筒，在循环泵再次启动时，由于冷凝器有蒸汽，在开始给水时可能会使锅筒水位调节滞后现象，同时冷凝器管内的汽泡由于与温度相对较低的给水接触而骤然凝结，形成局部真空，从而产生水击现象，严重时可导致冷凝器损坏；这种循环泵连接和操作方式还有一种更严重后果是燃烧器停火后，温度仍然很高的烟气把换热管内静止状态水加热为水蒸汽，在管内蒸汽压力作用下管内静止水流人到循环水箱，造成冷凝器管“干锅”，若这时燃烧器点火联锁同步循环泵启动上水，“干锅”的冷凝器管道内水瞬间大量汽化，压力短时急剧升高，很可能发生严重的安全事故。正确的是循环泵启停信号应是单独的系统，不应与燃烧器点火熄火信号进行联锁，不管燃烧器是否运行，理论上只要锅炉炉膛尾部烟气温度在100以上，循环泵就不能停止运行。如果锅炉运行过程中，发现循环泵已经停止运行了一段时间，严禁启动循环泵！若突然启动循环泵，则温度很高的节能管被温度较低的常温给水急剧冷却，会产生巨大的热应力，可能造成冷凝管损坏，同时，冷凝器给水突然遇到灼热的金属表面，瞬间会蒸发大量蒸汽，使管内压力突然升高，甚至造成爆管或爆炸事故，因此节能器发生严重缺水时，严禁立即启动循环泵盲目地上水。（2）节能冷凝器安装使用及维护保养节能冷凝器应按照安装使用说明书的要求进行安装，安装前应检查节能冷凝器的完好性，安装完成后应检查节能器同各管路之间连接质量及各部密封性，做压力试验进行检查验证，循环泵的启动联锁连接必须满足安全要求；安装、使用单位应结合本单位具体情况制定特种设备安全、节能管理制度和人员的岗位责任制度，定期培训加强人员业务技能。锅炉启动前，应先启动冷凝器循环泵，使冷凝器内部的水先循环，然后再开启锅炉运行开关。锅炉停止运行后，当冷凝器出口水温低于40 度时，再停止冷凝器循环泵。检查进出水口压力损失，确认节能冷凝器工作正常；冷凝器为非承压设备，严禁承压运行！其管道系统应单独安装，连接储水箱的出水管上不得安装阀门，储水箱必须保证常压。锅炉停止运行后，当烟道烟气温度满节能器循环泵停止运行后，节能器管道要放净其中的水，节能器应保持冷凝管散热表面的清洁，可用压缩空气吹洗，或可用自来水冲洗。正常使用三个月左右应检查节能器管内垢渣情况，可用清水或化学方法除去管内堵塞物，以免加剧局部腐蚀和结垢堵塞；锅炉长期停炉期间应做好节能器的维护保养，遇到的最常见的问题主要是管内外腐蚀，不仅会造成金属有效减壁厚减薄，而且当设备投运时腐蚀产物还会进一步影响水汽质量，促使节能器管内发生沉积物下的腐蚀，严重的甚至腐蚀穿孔，因此，锅炉设备停用时必须做好节能冷凝器的防腐保养工作，锅炉停炉保养方法主要有：湿法保养（加缓蚀防腐剂）、干法保养（使金属表面保持干燥）、充气保养（阻止空气进入）等，应根据设备结构、停（备）用时间以及是否需检修、能否密封等具体条件合理选用。夏天，当锅炉长时间停止工作时，节能器管内应灌满水，以减少管内锈蚀，冬天停炉期间，必须把节能器水全部放掉，防止因为气温太低，内部水结冰造成冷凝管或者阀门胀裂。5结语（1）锅炉节能冷凝器的制造、安装单位必须严格依据在特种设备安全法的框架下，依法依规进行生产经营活动；制造出厂时安装使用说明书应明确节能器的安装使用方法，安装时严格按照出厂的安装使用说明书的要求正确安装冷凝器，节能冷凝器循环泵应单独运行，不得与燃烧器点火熄火信号进行联锁。（2）锅炉的使用单位应严格按照特种设备使用管理规则和锅炉使用说明书的要求进行管理操作，锅炉在运行时重点关注冷凝循环泵是否运行正常，锅炉作业人员应严格执行操作规程和有关规章安全制度，对运行中的锅炉节能冷凝器加强监督运行，特别是锅炉在运行中，发现循环泵停止运行了一段时间，严禁启动节能循环泵！（3）在对锅炉进行安装监督检验时，检查锅炉烟道上的节能冷凝器和节能循环泵安装与使用是否符合有关规定和安装使用说明书，在试运行过程中也应关注节能器循环泵运行与启停情况；定期检验时，了解节能冷凝器和循环泵运行状况，检查冷凝器循环泵电接点连接是否有连接错误现象等。参考文献1】中华人民共和国特种设备安全法2 0 14.1.1.2TSG91-2021锅炉节能环保技术规程国家市场监督管理总局2 0 2 1.12.30.3TSG11-2020锅炉安全技术规程局2 0 2 0.10.2 9.作者引张亚强河南省锅炉压力容器检验技术科学研究院河南驻马店邮编46 30 0 0国家市场监督管理总