鄭 明，王小紅，張 勇，常海鋒

(河南豫光金鉛股份有限公司，河南濟(jì)源 459000)

2002年河南豫光金鉛股份有限公司國(guó)內(nèi)首臺(tái)富氧底吹煉鉛項(xiàng)目建成投產(chǎn)，該工藝中的煙氣冷卻通過(guò)8 t/h余熱鍋爐進(jìn)行降溫，余熱鍋爐是膜式列管結(jié)構(gòu)，冷卻系統(tǒng)采用強(qiáng)制循環(huán)，余熱鍋爐分直升煙道和水平鍋爐本體兩個(gè)部分，直升煙道下部的香蕉罩與底吹熔煉爐出煙口相連。2013年11月18日、12月17日兩次出現(xiàn)鍋爐水冷壁列管泄漏事故，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)泄漏列管分段切割檢查受損情況:列管斷面內(nèi)壁附著一層薄水垢，無(wú)銹蝕，成規(guī)則圓形，無(wú)腐蝕受損跡象;水冷壁煙氣一側(cè)，列管成橢圓形，厚度變薄(弧形部位多在2.5 mm以下，水冷壁列管管壁原厚度為4 mm)，受損嚴(yán)重;水冷壁外保溫層一側(cè)，列管斷面規(guī)則，無(wú)受損跡象。

1 水冷壁受損原因

一般認(rèn)為鍋爐水冷壁列管管壁變薄是煙氣沖刷所致，屬正常的管道磨損，接連發(fā)生的爆管事件引起公司高度重視。直升煙道水冷壁內(nèi)側(cè)列管被鉛煙灰所覆蓋，基本排除水冷壁列管被煙氣沖刷變薄造成的泄漏。

1.1 原因分析

查閱文獻(xiàn)資料，鍋爐水冷壁腐蝕泄漏主要是在使用過(guò)程中存在SO3氣體，當(dāng)冶煉煙氣溫度低于露點(diǎn)運(yùn)行時(shí)，煙氣中的SO3氣體與水蒸汽完全結(jié)合形成硫酸蒸汽，微量的酸蒸汽會(huì)使煙氣露點(diǎn)溫度顯著提高，當(dāng)煙氣溫度或余熱鍋爐的換熱壁面溫度低于露點(diǎn)溫度時(shí)，酸蒸汽就會(huì)凝結(jié)在余熱鍋爐內(nèi)壁，產(chǎn)生酸腐蝕，長(zhǎng)期浸蝕積累造成管束變薄，最終表現(xiàn)為余熱鍋爐列管爆管泄漏事故。根據(jù)列管切割面的分析，可以判斷余熱鍋爐內(nèi)壁列管泄漏的主要原因是硫酸蒸汽腐蝕所致。

1.2 酸蒸汽形成、腐蝕水冷壁的化學(xué)原理

硫酸蒸汽腐蝕過(guò)程主要發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng):

1.3 余熱鍋爐結(jié)構(gòu)及性能參數(shù)

余熱鍋爐的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 余熱鍋爐結(jié)果示意圖

1.工作壓力:4.0 MPa，蒸發(fā)量8 t/h，蒸汽溫度250℃，給水溫度104℃，鍋爐排煙溫度350±20℃。

2.鍋爐由直升煙道與鍋爐本體兩部分組成，直升煙道為全膜式壁結(jié)構(gòu)，列管間距80 mm，列管采用Φ38×4的無(wú)縫鋼管。

3.鍋爐爐墻采用敷管爐墻結(jié)構(gòu)，保溫層由爪釘和自鎖墊片及支撐框架固定，保溫層表面采用鋁合金板。

4.余熱鍋爐共配備13組機(jī)械錘打清灰裝置，直升煙道8組，鍋爐本體5組，每組振打由0.75 kW的減速機(jī)帶動(dòng)。直升煙道還配備4組手動(dòng)錘打裝置。

5.直升煙道香蕉罩部分與熔煉爐相連，余熱鍋爐采用半露天布置，水平部分露天布局，鍋爐側(cè)墻及灰斗兩側(cè)共設(shè)置12個(gè)人孔門，便于鍋爐檢修。

2 非正常狀態(tài)下的應(yīng)對(duì)措施

檢修后開(kāi)爐，爐水運(yùn)行溫度相對(duì)減低，低于露點(diǎn)溫度，在余熱鍋爐水冷壁內(nèi)側(cè)極易生成酸蒸汽，繼而造成與余熱鍋爐本體腐蝕，但此狀況在實(shí)際生產(chǎn)中卻無(wú)法徹底杜絕，所以必須縮短這個(gè)非正常狀態(tài)的時(shí)間，有效延緩鍋爐腐蝕。具體措施如下:

2.1 提高轉(zhuǎn)爐條件

理論上爐水升溫應(yīng)達(dá)到220℃以上，(對(duì)應(yīng)的鍋爐壓力為2.3 MPa)，超過(guò)含硫煙氣露點(diǎn)溫度，斬?cái)嗨嵴羝蓷l件。但實(shí)際上，底吹爐剛轉(zhuǎn)入時(shí)，下料量少，煙氣中含硫量低，相應(yīng)的煙氣露點(diǎn)溫度比較低(160～180℃);若嚴(yán)格按220℃轉(zhuǎn)入，烘爐需要耗費(fèi)大量天然氣，不符合高效率生產(chǎn)的要求，但爐水低于160℃轉(zhuǎn)爐將會(huì)促成大量的酸蒸汽形成，將爐水溫度＞160℃作為轉(zhuǎn)爐作業(yè)的必備條件，要求嚴(yán)格執(zhí)行。為方便鍋爐操作，特制定底吹爐轉(zhuǎn)爐作業(yè)條件的鍋爐壓力、溫度對(duì)照表，詳見(jiàn)表1。

表1 爐水溫度與鍋爐壓力對(duì)應(yīng)表

鍋爐升溫或正常運(yùn)行過(guò)程中，壓力和溫度相互兼顧，升溫過(guò)程中以溫度為主要依據(jù)，正常生產(chǎn)以壓力為主要依據(jù)。水溫和壓力參照表1相互對(duì)應(yīng)，如發(fā)現(xiàn)偏差比較大時(shí)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，判斷屬于哪方面故障，及時(shí)報(bào)告處理。

2.2 減少M(fèi)eSO4物料的投入

底吹爐剛轉(zhuǎn)入時(shí)，爐水溫度較低，應(yīng)減少或暫停電瓶鉛柵等MeSO4物料的加入，降低SO3的生成量，待爐水溫度超過(guò)220℃時(shí)，再恢復(fù)正常工藝生產(chǎn)需用量。最佳的處理辦法是，平時(shí)將制粒機(jī)后的備用倉(cāng)內(nèi)換成不含MeSO4或低品位的MeSO4物料，在低溫轉(zhuǎn)爐后使用備用倉(cāng)內(nèi)的物料，減少低溫條件下物料原因產(chǎn)生過(guò)多的SO3氣體。

2.3 降低物料中的水分

合理控制混合料中的水分，尤其是剛開(kāi)爐時(shí)，爐水溫度低于220℃這個(gè)過(guò)程，工藝允許的條件下，盡可能降低混合料水分，可有效減少酸蒸汽的形成。物料水分主要在圓盤制粒機(jī)造球時(shí)加入，合理調(diào)整物料造粒時(shí)的水量對(duì)煙氣中水分控制起關(guān)鍵性作用。

3 設(shè)備管理的優(yōu)化

富氧底吹煉鉛工藝要求煙氣的露點(diǎn)溫度在220～230℃之間，正常生產(chǎn)中，煙氣溫度在電收塵出口溫度仍高于280℃;余熱鍋爐設(shè)計(jì)壓力4.0 MPa，對(duì)應(yīng)的爐水運(yùn)行溫度為250℃，均大于煙氣的露點(diǎn)溫度，理論上不具備酸蒸汽生成條件，之所以存在余熱鍋爐水冷壁腐蝕現(xiàn)象，從余熱鍋爐日常管理的不足之處進(jìn)行完善。

3.1 規(guī)范機(jī)械振打作業(yè)

余熱鍋爐直升煙道的8組機(jī)械振打清灰裝置采用連續(xù)振打，4組手動(dòng)錘振打裝置采取間斷振打，外力敲擊在水冷壁外部的砧板上，間接作用到水冷壁上，對(duì)直升煙道內(nèi)壁的積灰起到振動(dòng)的作用，但容易傷及鍋爐水冷壁管束焊縫，公司兩次發(fā)生振打區(qū)域水冷壁泄漏事故后，曾一度停止直升煙道機(jī)械振打的使用;停止振打后，在直升煙道變徑處因煙道設(shè)計(jì)變寬，煙氣速度減緩，煙灰在此處容易沉積。在停爐檢修過(guò)程中，煙灰中部分含硫氧化物吸收空氣中的水分在水冷壁表面生成稀酸，兩次水冷壁腐蝕泄漏均發(fā)生在此區(qū)域，為減緩變徑區(qū)域水冷壁管束的腐蝕，目前按1次/h、5 min/次的振打制度堅(jiān)持執(zhí)行。

3.2 減少鍋爐本體的漏風(fēng)

鍋爐正常運(yùn)行過(guò)程中處于一個(gè)密閉的負(fù)壓狀態(tài)，若存在漏風(fēng)點(diǎn)，吸入的冷空氣一方面增加煙氣中的O2和H2O的含量，會(huì)促進(jìn)SO3氣體和酸蒸汽的生成，另一方面會(huì)降低鍋爐局部管束的溫度，若低于露點(diǎn)溫度，將造成水冷壁管束腐蝕情況的發(fā)生，所以必須有效杜絕漏風(fēng)點(diǎn)，保證鍋爐的密閉性(案例:鍋爐后續(xù)電收塵4#電場(chǎng)積灰斗嚴(yán)重腐蝕，就是因?yàn)橄到y(tǒng)漏風(fēng)造成該部位煙氣溫度低于露點(diǎn)溫度，繼而形成冷凝酸腐蝕)。工廠采用耐高溫陶瓷布纏繞，完善熔煉爐與香蕉罩的密封;分析鍋爐煙灰冷凝結(jié)團(tuán)分布狀況，查找漏風(fēng)點(diǎn)進(jìn)行堵漏。

3.3 減少人孔門的打開(kāi)次數(shù)和時(shí)間

2004年該系統(tǒng)國(guó)內(nèi)首家采用集中式鍋爐脈沖清灰系統(tǒng)，是鉛冶煉余熱鍋爐清灰系統(tǒng)的一次創(chuàng)新性改進(jìn)，隨著物料成分的變化、產(chǎn)能的提升，煙灰量的增加，集中清灰系統(tǒng)無(wú)法滿足新的工藝生產(chǎn)狀況，生產(chǎn)過(guò)程中需配合必要的打開(kāi)人孔門人工清灰作業(yè)。為改變這一現(xiàn)狀，利用2015年大修時(shí)機(jī)，采用新型智能脈沖清灰系統(tǒng)改造，用一拖二現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)火裝置替代遠(yuǎn)程集中點(diǎn)火系統(tǒng)，提高自動(dòng)化裝備水平的同時(shí)，減少生產(chǎn)過(guò)程中人工打開(kāi)人孔門清灰的次數(shù)。若遇煙灰粘接管束堵塞余熱鍋爐通道必須進(jìn)行在線人工清灰的特殊情況時(shí)，要求做到準(zhǔn)備充分、快捷高效，盡量減少冷空氣進(jìn)入量。

3.4 消除保溫的影響

日常發(fā)生余熱鍋爐水冷壁泄漏維修或保溫巖棉脫落后，需及時(shí)對(duì)鍋爐水冷壁裸漏區(qū)域外保溫進(jìn)行修復(fù)，條件具備的必須在開(kāi)爐前進(jìn)行修復(fù)，若當(dāng)時(shí)不具條件，應(yīng)當(dāng)先用保溫巖棉覆蓋并用鐵絲綁緊，盡快在保溫棉外層加裝鋁合金板。減少外部冷風(fēng)由此灌入，在漏風(fēng)點(diǎn)冷凝后腐蝕鍋爐殼體的情況發(fā)生。注意緊貼鍋爐頂部水冷壁應(yīng)采用兩層耐高溫的硅酸鋁保溫棉打底，以提高保溫棉的使用壽命和效果。

4 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

1.鍋爐爆管泄漏一般認(rèn)為是煙氣中的粉塵沖刷所致，屬正常的管道磨損，接連發(fā)生的爆管事件后，查閱相關(guān)資料，發(fā)現(xiàn)鍋爐列管爆管的原因是腐蝕所致。

2.排查鍋爐列管腐蝕產(chǎn)生的條件和原因。

3.結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，減少鍋爐管束腐蝕產(chǎn)生的條件，最大限度地延長(zhǎng)鍋爐管束的使用壽命。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)各種措施的落實(shí)，近2 a來(lái)在直升煙道變徑處未發(fā)生過(guò)類似水冷壁腐蝕爆管泄漏事故，公司余熱鍋爐水冷壁爆管泄漏的原因分析與經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，是有效解決鍋爐水冷壁爆管的預(yù)防措施，為冶煉企業(yè)含酸蒸汽余熱鍋爐水冷壁爆管問(wèn)題的處理提供了成功的經(jīng)驗(yàn)交流，對(duì)鍋爐水冷壁的日常生產(chǎn)應(yīng)用及預(yù)防具有較好的指導(dǎo)意義。

［1］ 《有色冶金爐設(shè)計(jì)手冊(cè)》編委會(huì).有色冶金爐設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2004.

［2］ 劉清方.工業(yè)蒸汽鍋爐安全技術(shù)［M］.北京:中國(guó)勞動(dòng)出版社社，1993.