吴魏国 王 磊 曹生亮

(河南豫光金铅股份有限公司，河南 济源 459000)

0 前言

有色金属冶炼行业中，炼铅或炼铜炉出口烟气温度高达1 150 ℃，50%以上的热能随烟气带出炉外。余热锅炉不仅可以回收冶炼厂高温烟气中的二次能源，降低烟气温度，而且可以捕集高温烟气中的烟尘，回收贵重金属，降低烟气含尘量，保证工艺流畅。余热锅炉因具有高温高压、安全要求极高、单台运行无备用无旁通、不能立即停炉、烟气中含尘量大、内部管束易积灰、含铅烟尘灰熔点低易形成粘结、停炉到烘炉时间间隔长等特点，增加了操作难度，制约正常生产，影响经济效益。余热锅炉能否安全运行成为有色冶炼企业发展的难点和重点。经过多年的生产实践、摸索试验和交流学习，某公司炼铅系统一套熔炼锅炉已安全运行13年未出现重大故障，而炼铜系统一套熔炼锅炉仅正常运行2年就出现重大故障，本文对锅炉实际生产中产生的腐蚀、积灰、爆管及爆炸等问题进行了分析讨论。

1 腐蚀产生的原因及应对措施

炉膛内烟气侧大量烟气在微负压情况下通过余热锅炉水冷壁，会对其产生冲刷，磨损水冷壁，同时还伴随着腐蚀。按腐蚀机理分类，可分为电化学腐蚀(如氧腐蚀)和化学腐蚀(如硫腐蚀)。两者的区别是，电化学腐蚀伴有电流产生，化学腐蚀无电流产生。对锅炉受力元件来说，水侧以电化学腐蚀为主，火侧(烟气侧)则以化学腐蚀为主[1]。

1.1 氧腐蚀

1.1.1 氧腐蚀产生的原因

氧腐蚀实际上是一种电化学腐蚀，其腐蚀机理为：锅炉水是一种有极性的电解质，在锅炉水极性分子的吸引下，钢材表面的一部分铁原子，开始移入锅炉水而成为带正电的铁离子，而钢材上保留的多余电子则带负电荷。在极性作用下铁离子不断进入锅炉水，使钢板或钢管不断产生腐蚀，逐渐出现坑洞。同时，锅炉水中的溶解氧具有去极化作用，会使这一过程加剧，即溶解氧的含量决定着腐蚀的强弱。

1.1.2 降低氧腐蚀的措施

1)保证热力除氧器的除氧效果。热力除氧器采用加热的方法进行除氧，因此要控制好加热气源的温度和压力。

2)保证炉水的pH值在合理的范围内。参照标准[2]，及时调整pH值，使其控制在7～10，在此范围内氧腐蚀程度可降至最弱。

3)控制水的温度，使之避开氧腐蚀的最大值区城。在开式系统中,当水温T=65～70 ℃时,均匀腐蚀最强烈；T=90～100 ℃时,局部腐蚀最剧烈。因此除氧器出水温度应尽量低(T<65 ℃),或尽量高(T>100 ℃)，某公司控制该温度>100 ℃，并尽量维持在104 ℃。

4)调节循环泵频率，控制水流速度。

5)加强水质处理和化验监督，并定时按要求排污。

1.2 硫腐蚀

硫腐蚀实际上是一种化学腐蚀，硫腐蚀一般分为低温腐蚀和高温腐蚀。低温腐蚀的特点是均匀性腐蚀，它使管壁厚度逐渐变薄以至破裂。高温腐蚀的特点是局部性溃疡性腐蚀，它使管子因管壁穿孔而破坏。

1.2.1 低温腐蚀产生的原因

低温腐蚀主要是由硫酸引起的，烟气中的硫酸来源一般有两种：一种是当进入余热锅炉的烟气中含有较多二氧化硫时，其中一部分会在高温下进一步转化为三氧化硫(重有色金属冶炼转化率约为6%～10%)，并与烟气中水蒸汽结合生成硫酸；另一种是二氧化硫与水蒸气产生亚硫酸，并被氧原子氧化成硫酸。当锅炉受热面壁温低于所生成的硫酸露点时，硫酸就在管壁上凝结而产生腐蚀。

1.2.2 高温腐蚀产生的原因

高温腐蚀的现象，是一个综合作用的复杂过程。其特点是金属温度或积灰表面温度超过500～600 ℃时就开始出现，同时温度越高腐蚀速度越快，而腐蚀的必要条件是灰的软化。

1.2.3 降低硫腐蚀的对策

1)使锅炉受热面的管壁温度高于露点温度。提高锅炉运行压力，使用套管。

2)从锅炉设计上考虑，在满足锅炉内部换热要求的前提下，尽量使烟气由横向冲刷管壁设计为纵向冲刷，受热面选用合适的防腐材料加强保护，控制烟气流速，加强清灰效果。

2 积灰的分类及应对措施

2.1 积灰的分类

积灰根据灰的性质和粘结情况，可分为松散性积灰、粘附性积灰和粘结性积灰三类[3]。在低温区一般生成松散性积灰和粘附性积灰，在高温区和过渡温区则生成粘结性积灰[4]。

2.2 减少积灰的措施

有色金属冶炼行业余热锅炉以前大多采用振打吹灰、压缩空气吹灰等方式，均不能获得理想的效果。某公司采用弹性振打+机械振打+燃气脉冲吹灰器的组合方式进行除灰，由于弹性振打力量较大，将其布置在锅炉进口处；上升烟道顶部采用机械振打；对流管束区域属于低温区，一般为松散性积灰和粘附性积灰，采用燃气脉冲吹灰器，其效果比较理想。三种清灰方式组合使用，安全可靠，运行成本低，综合效益高。

3 爆管产生的原因及应对措施

3.1 爆管产生的原因

1)锅炉给水质量不佳，会引起受热管内壁结垢，循环量偏小，导致蒸汽的产生速度大于其逃逸速度，受热管内形成汽层，大幅度降低传热系数，致使受热管壁局部过热[5]。

2)水温、汽温变化过速，以致管壁温度不均而产生过大的应力。

3)开炉升温时或停炉降温时个别部分受热不均而产生内应力。

4)由于设计、制造、运行和检修上的不合理，或者由于通路的堵塞致使水循环被破坏，从而导致受热管被烧坏。

5)安装质量不好，致使受热管不能自由膨胀。

6)管材质量不好或制造焊接时有缺陷。

3.2 避免爆管的措施

1)尽量保持锅炉在正常工况下运行。做好化学水处理、坚持水质监督化验；严格按操作规程正确操作；安装、运行和检修时发现隐患，一定要及时排除；防止汽包或受热管中缺水。

2)充分利用中控进行监控判断。发现烟气温度过高、压力下降较快、水位下降较快等情况时，及时查找原因或果断停炉处理。

3)定期检查防爆装置的灵敏性。

4 爆炸产生的原因及预防措施

4.1 爆炸产生的原因

1)超压运行下的爆炸。操作人员失误引起的超压；超压后安全阀未开启泄压；锅炉设计、制造、安装质量不合格等各种原因引起的超压爆炸。

2)额定压力下的爆炸。烟尘或吹灰冲刷管壁造成磨穿；烟气或烟尘腐蚀管壁；烟尘结大块焦渣，坠落时将管子损坏；长期不维修,引起锅炉锈蚀，使承压能力降低等各种原因造成在额定压力下爆炸。

3)炉内燃烧爆炸。开炉前没有彻底通风排除炉内和烟道内积存的可燃性气体，或进烟门开启过猛，以致大量可燃性气体冲入炉内与空气混合，到达一定的混合比时产生爆炸。

4.2 避免爆炸的措施

1)必须在设计、制造和安装时严格遵守有关计算标准和相关规程的规定，进行热力计算和强度计算，合理布置锅炉结构，按图施工。

2)运行中要严格控制锅炉给水的水质。

3)经常检验安全阀的可靠性，及时更换失灵的部件。

4)加强监管力度保证炉内不缺水。

5)锅炉检验部门定期对锅炉内、外进行检验,对存在的问题及时进行修理和改造，保证锅炉处于完好状态。

5 结束语

余热锅炉是有色金属冶炼行业中的关键设备，如何延长余热锅炉的使用寿命是设计、制造和使用各方的共同目标。某公司严格遵守锅炉管理制度，监督检查制度落实情况；司炉工经培训合格后持证上岗，加强与前后工序的联系和衔接；锅炉使用单位有完整的日常运行、水质化验、设备巡检、检修保养等记录；操作人员严格遵守岗位责任制和安全操作规程, 注重自身业务水平的提升，努力提高处理突发故障的水平，确保余热锅炉安全运行。