・运行与管理・ 燃气工业锅炉冷凝水的生成、危害及防治措施 ＤＯＩ：１０．１６５５８／ｊ．ｃｎｋｉ．ｉｓｓｎｌ００４—８７７４．２０１６．０５．０１５ ５１ 文章编号：１００４—８７７４（２０１６）０５－００５１－０４ 燃气工业锅炉冷凝水的生成、 危害及防治措施 崔 琦，许崇涛，阚柏平，萧艳彤，王永亮 （天津市特种设备监督检验技术研究院，天津３００１９２） Ｔｈｅ Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ，Ｈａｒｍ ａｎｄ Ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｃｏｎｄｅｎｓｅｄ Ｗａｔｅｒ ｉｎ Ｇａｓ．ｆｉｒｅｄ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｂｏｉｌｅｒ 第一作者：崔琦 ＣＵＩ Ｑｉ，ＸＵ Ｃｈｏｎｇ—ｔａｏ，ＫＡＮ Ｂｏ—ｐｉｎｇ，ＸＩＡＯ Ｙａｎ—ｔｏｎｇ，ＷＡＮＧ Ｙｏｎｇ—ｌｉａｎｇ （１９８４一），男，毕业 （Ｔｉａｎｊｉｎ Ｓｐｅｃｉａｌ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００１９２，Ｃｈｉｎａ） 于大连理工大学，锅 炉检验师，管道检验 摘要：燃气工业锅炉在工业生产和生活当中的应用越来越广泛。燃气燃烧产生的冷凝 师，主要从事锅炉、 管道检验和节能减 排等工作。 水是燃气锅炉的突出问题之一，若对冷凝水疏水不及时，会产生一系列的问题，如受热面腐蚀、 降低烟气流通截面积和炉膛温度、影响保温等。分析了冷凝水的凝结过程、凝结位置和物理、化 学特性，以及冷凝水所带来的危害，针对冷凝水的危害提出了相应的防治措施。 关键词：燃气；工业锅炉；冷凝水；危害 中图分类号：ＴＫ２２７ 文献标识码：Ｂ ０ 引言 工业锅炉是重要的能源转换设备，传统的工业 锅炉以燃煤为主，但是燃煤锅炉普遍存在热效率低、 污染严重等问题。为了改善人们的居住环境和空气 质量，各地相继改用燃气锅炉，例如天津，市内六区 已完成“煤改燃”工程，供热和生产已全部采用燃气 锅炉。 相比燃煤锅炉，燃气锅炉燃用的天然气为清洁 １烟气中水的冷凝 １．１水蒸气的凝结过程 烟气露点指的是烟气中水蒸气开始凝结时的温 度，当水蒸气在低于露点温度时即冷凝成水。不考 虑酸性气体的影响，烟气露点随着烟气中水蒸气含 量的增加而增加，随过量空气系数的增加而减 少 。 冷凝水的形成取决于燃气气流截面的温度分 能源且热值高，燃烧生成的烟气几乎不含粉尘和二 布 Ｊ。以烟管为例，烟气流经烟管，烟气的芯流温 度最高，壁面温度最低，当壁面温度高于露点时，无 冷凝水产生，当壁面温度低于露点而芯流温度高于 露点时，部分水蒸气冷凝，当芯流温度低于露点时， 氧化硫，可直接排放至大气。但是燃气锅炉在运行 的过程中也存在一定的问题，冷凝水便是突出问题 之一。 天然气的主要成分是甲烷（ＣＨ ），占天然气体 积百分比９０％以上，ＣＨ 与空气中的Ｏ 反应生成 ＣＯ 和Ｈ ０，所以天然气燃烧后产生的烟气中的主 气流截面均出现冷凝。烟气产生冷凝水的量受多方 面因素的影响，如锅炉大小、燃料特性、排烟温度、过 量空气系数、换热面结构等。曹丽丽等人通过实验 分析讨论了进水温度、排烟温度和过量空气系数对 冷凝水量的影响，得出结论，即冷凝水量随着排烟温 要成分为ＣＯ：、Ｎ 、Ｈ：０和反应剩余的Ｏ ，同时还含 有ＮＯ 、ＣＯ、ＳＯ：等其它气体。另外天然气和助燃空 气中也含有一定的水分，所以烟气中的水分由两部 分构成，一部分由化学反应生成，占冷凝水的绝大部 分，一部分由天然气和助燃空气带入。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％ Ｊ。 收稿日期：２０１６－０７—２２ 度和过量空气系数的增加而降低，进水温度在较高 的情况下所得的冷凝水量较少 。 １．２冷凝水在锅炉中的凝结位置 为了提高锅炉热效率，有效回收烟气中水蒸气 的气化潜热，带有冷凝器的锅炉在工业生产和供热 系统中被推广应用，即通过加装节能器、冷凝器来吸 收烟气中水蒸气的潜热。在设计工况下，锅炉本体 １． 、ｌｌ， 锅 炉 ２０Ｉ６印第５ （总第１５９ ＩＪｆＪ） …Ｉ Ｉ的州气温 『 ｒ水蒸气的露点温度，炯 Ｉ１，的 水簇 要存。Ｉ Ｊ Ｉ ＪＬ￣ 、冷凝 巾冷凝 蒸汽锅炉ＩＩｌ １ 介质温度较高，进入节能器前排 炯温发・般都 ｊ：．ｊ＝Ｊｉ＝Ｉ 露，・＿温度，『人］而蒸汽锅炉 成的冷凝水量较少；Ｉ 热水锅炉由于锅内介质温度 较低， 冬季冷炉 动或荇低负倚运行时回水温度 低 Ｉｑ气露点．｜Ｉ Ｊ—ｉｆ一：． 敛排Ｊｊ＝ｆ｛＝Ｉ温度低于露点温度，ｌ夫ｌ 部分炯气中『１，Ｊ水蒸气 进入节能器前，就 锅炉 水体尾部受热ｉ『Ｉ『冷凝成水 任用燃气热水锅 常 炉型分为两种：一种为 卧 内燃锅壳 Ｉ＝＝锅炉，多为 ｆ，小型锅炉，额定热功牢 多小ｊ：２９ ＭＷ， 特点魁炉胆内燃烧，娴气主要通 过炉ｆ】ＪＩ和烟管进 换热，燃烧窄问相对较小， ！锅炉 ｌＪ、Ｊ部冷凝水容易 部炯管『人Ｊ形成；另一利 为（双 筒）水管锅炉，多为大ＩＩ１型锅炉，额定热功率多 ２９ Ｍｗ以上，其特点址炉膛内燃烧， 气主要通过 水冷＾ 管及ｘ，Ｊ‘流竹进行换热，燃烧 问较大， 锅炉 内部冷凝水容易 埘流管束Ｊ 尾部位置产生 、 综介以Ｌ分析Ｉｔｆ父ｆ１，冷凝水 成的主要部他是 Ｊ ＩＪ ＋＜器 Ｉ锅炉冬体尾部受热面，所以燃气Ｔ业锅炉 ｉ－ｚｃｊ－，Ｌ匕ｓ搽和尾部受热 …ＬＪ一般都没置有疏水僻 ¨ １．３冷凝水的物理化学特性 Ｉ…新史可知州 的主要成分为ＣＯ！、Ｎ 、 Ｏ卡¨ （） ， ｊ仃少量的Ｎ【） （：（）、ｓ（） 等，当炯气Ｌ｝１的水熊 冷凝时，部分（：（） 、ＮＯ 、ＳＯ，等会溶解存冷凝水 －ｌＩ＿ １是埘ＳＺＳ， 热水锅炉 同位置冷凝水的物 卵、化学特性分析，冷凝水取 台同型锅炉的“Ｉ￣ ｌｉ ｔ： 、炉膛Ｉ』、】靠近卜锅筒处化 ， 罔ｌ Ｊ 臆 靠近１、锚筒处 冷凝水取样处 ｌ冬１ ｌ 冷凝水取样处 …表ｌ呵钏， 膛处的冷凝水ｐＨ值较低，酸性 较姒，铁离了浓眨较离，电 也较高 当水ｒＩｔ 溶 ‘ｃ【） 饱和时，水的Ｉ）Ｈ值是４．３ ，而炉膛处冷 凝水ｐＨ值为３．３ｌ～４．１ ３，证实了冷凝水中溶有其 它酸忡气体，如Ｎ（） 能器处冷凝水的ｐＨ值均 高＿丁锅筒处，这是… “ＩＪ Ｉ Ｊ Ｌ￣ 处’Ｊ 气流程的尾 ， 埘ｑ气 进入节能器 ，部分酸性气体 溶解，导致进 入节能器的酸性气体 变少 冷凝水 含存的铁离 子是…于冷凝水对受热 的懵蚀作川ｆ Ｊｌ起的，炉眦 处的铁离子浓度高衷叫炉膛处所受到的腐蚀作川 灶 冷凝水的电导牢＆ｆｌ 冷凝水的纯净程度，炉 处的冷凝水杂质含ｆ 离＿ｒ 能 位置 表１ 锅炉不同位置冷凝水的物理化学特性分析 ２冷凝水的危害 ２．１对锅炉受热面的腐蚀 冷凝水对锅炉的 危 就足对锅炉受热 的 腐蚀作川。 ２是冷凝水×１ｆ ＷＮＳ锅炉尾部受热… 炯管的腐蚀，腐蚀， ：物 １ ：底部聚集，腐蚀产物 要为铁的氰化物．．冷凝水的腐蚀会导致受热面 ＪｆＪ 减薄，强度减弱 ．冷凝水埘受热而的腐蚀是电化 、； ： 瞄蚀，ｎｆ￣）－为析氢惜蚀千１１Ｉｌ及氧腾蚀 陶２冷凝水刈Ｊ＝【ｃＩ竹的 蚀 （Ｉ）析氧腐蚀 随着炯气的冷凝，部分ＣＯ！溶孵 冷凝水－ｌＩ． （：（） 遇Ｈ，０生成刺｝Ｕ解质Ｉ１ ＣＯ ，电离｝｛；氢离ｒ． 使得冷凝液旱弱酸 ｌｑ－：，乃仃部分氮氧化物和极少：Ｉ 的 硫氧化物溶解 冷凝液Ｉ１，，会增强冷凝液的暇 ，如表１锅筒位 的冷凝水｝】Ｈ值均低于４．３ 铁 酸性溶液中会发，卜忻氧储蚀，ｆ｛‘酸性越强，反心速 率越快，化学反应式如下： 阳橄（Ｆｅ）：Ｆｅ一２ｅ一一Ｆｅ一 （Ｉ） Ｆｅ ＋２Ｈ！（）— Ｐ（ＯＨ）！＋２Ｈ （２） 阴极：２Ｈ ＋２Ｐ—ｌ｛ （３） ・运行 毹：』ｆ｛ｆ・ 燃气 、『【，锅炉冷凝水的 成、也 及防治措施 （４） ＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝总反 ： －＋２ Ｈ ０一Ｆｅ（ＯＨ） ＋Ｈ （２）』 诫Ｊ搿 …于燃 燃烧过 需保证 定的过 系数，燃烧Ｊ ０ｆｊ＝』ｌ＝Ｉ ｌｔ 订氧气，水蒸气冷凝ｆＩ１Ｊ‘，邴 ｊ）Ｉ铽 全ｉ夼噼 冷凝水Ｉ｝ｌ’《ｌｆ金属受热 造成瓴懵 州１．化 ：反Ｊ、 』 ＆【 】： Ｊ做（ ）：Ｆｅ一２ｅ一— ｎ。 （５） ｆＪ乏：（） ＋２Ｈ ０＋４ｅ—４ＯＨ一 （６） 总ＪＺｆ、 ：２｝ Ｐ＋（） ＋２Ｉ｛ （）— Ｆｅ（ＯＨ） （７） ｆＪ 氰惜 ｆｌｌｌ及『轼惜蚀住冷凝水埘受热 的腐 过 －Ｉ１¨ ．反 生成的Ｆｅ（０Ｉ｛）！在仃铽的条 件卜址／ｆ 稳定的，容易｝发生以下反应： ４Ｆｔ （（）Ｈ） ＋２Ｈ２０＋Ｏ！—４ＦＰ（ＯＨ） （８） Ｆ、Ｐ（Ｏｆ１） ＋２Ｆｅ（（）Ｈ） 一Ｆｅ ０ ＋４Ｈ （） （９） ｈ、（（）｝ｌ１） 会进・步脱水生成Ｆｅ Ｏ ， 蚀 物 ｒＩｌ Ｏ ４－Ｎ Ｏ ｆＩＪ］Ｈ、ｆ仔红，Ｆｅ，Ｏ 呈红镓色，Ｆｅ Ｏ 黑 色． （） 腾蚀产物的最外侧，所以ｆｌ Ｉ 【ｊ排ｆ¨的冷凝水 红偈色，腐蚀越严重，排ｔｔｌ的冷 凝水颜色越深 ２．２ 降低烟气流通截面积 １锅由、ｔ ＷＮＳ型锅炉 低负荷运行时，州 Ｃ 部受热 冷 ，产，卜的冷凝水在烟管内聚 ， 成 的腊“ｌ产：物也会聚集 管底部，甚至堵察部分｜Ｊ＝』ｉ＝ｌ 管，从 降低删 ，Ｊ流通敲 积，增加炯气阻力，进 ¨１『增ＪＪｆ ｉＪ 鼓风ｌｆＪ【的电耗。 ２．３降低炉膛温度、损害燃烧器 锅炉内部愉验过程巾常常发现炉膛『人ｊ聚集一 定 冷凝水，经检验发明，此类锅炉冷凝水疏水管均 严匮堵摩， 致冷凝水无法排出，回流并聚集 位氍 较低的炉膛内 锅炉启动的时候，炉膛内聚集的 冷凝水会吸收燃料燃烧产牛的热量而蒸发，从 降 低ｒ炉膛内的温度，炉膛内冷凝水聚集过多时，甚至 会浸入燃烧器，对燃烧器造成损害，曾出现 冷凝水 过多 入燃烧器造成运行过程中锅炉突然熄火、锅 ・ 燃烧 浸水尢法正常启动等情况，进而影ｎ向锅 炉的安企运行 ２．４对保温密封材料的影响 锅炉 的冷凝水，部分会渗入到锅炉的密封 保温材料 ，Ｉｆ１，如冈３，ＷＮＳ型锅炉后炯箱箭 所指 部位 密封保温材料长期在冷凝水的浸泡下，保温 效果会减弱，甚 材料脱落，使得散热损失增加。同 时冷凝水也会使得密封材料老化变彤，密封能力减 弱，导致一定的娴气排Ｈ｛，既会造成危险，也会造成 一定的热量损失。 ３ ｌ、ｓ 锅炉尼鄙炯箱冷凝水ｆ琴… ２．５热量损失、浪费水资源 Ｉ－作巾发脱，锅炉排｝｛＿｛的冷凝水的 卡¨、‘ｊ ｆ ｒ观．冷凝水温度在４０～５０ 聂 等人刈’ Ｚ－＊ ２９ Ｍｗ的燃气锅炉进行计算，得到 排 －Ｉ度 ５０ ｑ【：，额定运行状态下母小时的凝结水ｆＩ｝『ｔｎ 刮 １．９５ １ ．．然Ｉｎ 多数时候锅炉产生的冷凝水ｆ¨娄通 过排污管排ｊＩｊ，这部分热 末被有效利川 火掉， Ｉｌ、ｆ刈‘于水资源匮乏地区也造成了水资源的浪 ３冷凝水危害的防治措施 ３．１ 疏水管加粗且疏水可见 锅炉检验过程『１１发现，水管铡炉１人】邓小弈 聚集冷凝水， 卧式锅壳锅炉虽然设 Ｊ 多处疏水 【ｌＪ，仉部分锅炉（新安装运行锅炉居多） 仍聚集大 地冷凝水。通过分析发现，水管锅炉…』：燃烧ｆ｛『！Ｉｊ Ｍ大，冷凝水疏水管布置均匀且管径较大．冷凝水 锅炉对流管束内形成后叮及时排出 卧』＼＝ 箭锅炉 燃烧空间较小，冈结构疏水符 ｉ能 锅炉前后管板下部，疏水管径均小于３０ ｍｉｌｌ，Ｉ１．没汁 时为ｒ防止锅炉炯气泄漏，疏水管均 接接入排 管路 住运行中锅炉内的一些杂物如焊淤、锈皮等 檄易堵塞疏水管。由于疏水管道为封 状态，维修 人员无法方便检查疏水情况，疏水管堵 ／ｆ 易做发 ，造成锅炉内冷凝水长期无法止常排…，从Ｉｎ 致 大馈积水。针对上述情况，首先应加 输水竹孔及 钎道 径，内径宜大于６０ ｍｌｎ，以防止渣垢堵攘疏水 管路，外心使各个疏水管排水改为可 ，Ｊ。式，厅他榆 人员检查锅炉疏水情况，同时应在竹路ｌ 』ＪＩＩ装Ｓ 形存水弯或其它隔绝娴气的装置，以防１卜 的泄 漏，如同４所示。 排水管 排 Ｋ沟 ４锅炉疏水改进示意 ］二业３．２调整节能器位置 锅炉 ２０１６年第５期（总第１５９期） 流量，来提高一次网供、回水温度，从而提高烟气离 开锅炉本体尾部受热面时的温度，避免水蒸气在锅 水管锅炉由于锅炉体积较大，节能器多安装在 锅炉尾部水平位置，而部分卧式锅壳锅炉节能器安 炉本体尾部受热面凝结。 装在锅炉炯气出口的正上方或斜上方，如『莓Ｉ ５，使锅 炉成为烟气流程内的最低点。虽然节能器底部装设 了疏水管路，但大部分节能器、冷凝器及炯道内冷凝 水【天１重力原因回流至锅炉内部，运行期间冷凝水长 期冲刷、浸泡锅炉本体受热部位。南于锅炉材质与 节能器材质不同，节能器在设计时采 了 ０９ＣｒＣｕＳｂ，材质有很强的抗腐蚀能力，而锅炉本体设 计时未考虑冷凝水冲刷状态，材质多为２０Ｇ，抗腐蚀 能力较差，长期易产生腐蚀。所以应尽量使节能器、 冷凝器位置位于炯气流程的最底位置，避免节能器、 冷凝器及烟道内冷凝水回流至锅炉本体，如不能满 足，应改变炯道走向，使烟道最低点在锅炉本体以 外，如图６，同时在改变炯道走向时还应重新进行炯 风阻力计算，防止改造后炯风阻力过大而产生的问 题 、 ６ 节能器安装位置改进 意【矧 （卜：改进前，下：改进后） ３．４冷凝水的深度回收利用 如前文所述，燃气锅炉产生的冷凝水量是相当 可观的，并且这部分冷凝水含有部分未被有效利用 的热量，可以采取有效措施将这部分热量和水资源 进行深度同收利用。例如可以通过对冷凝水进行一 定的处理，如加碱化剂（氨水、环己胺等）来调整冷 凝水的ｐＨ，然后再通过泵打人到供热系统巾，既节 约了水资源也回收了热量。 ４结束语 随着节能减排Ｔ作的深入，带有冷凝器的燃气 锅炉的麻 会越来越广泛，冷凝水所造成的问题也 会｝｛益突ｆ｛｛，针对冷凝水所带来的问题，应给予高度 重视，除以一ｆ：所提出的防治措施之外，也应该加强对 冷凝水疏水系统的定期检查维修，并进一步开展冷 凝水的深度 收利用。疆 ５ 节能器安装存锅炉尾部烟气ｍ¨ ｌ 力‘ 参考文献 『１］郝玉平．燃油（气）热水锚炉炯 冷凝水的分析Ｉ．Ｊ］．１： 、 锅炉，２００７（５）：４１—４２． ３．３适当提高锅炉负荷或者回水温度 ］ 业锅炉能效测试过程巾发现，多数锅炉存 低负荷运行的情况。存设计负荷下运行，锅炉 进入节能器前的排娴温度高于炯气露点温度，而低 负荷运行时，锅炉排焖温度会低于烟气露点温度，冈 ［２］史大鸣，李春林．燃气锅炉房烟气的腐蚀与防治［．Ｉ］． 全面腐蚀控制，２０１４（１）：７６—７９． ［３］顾永周．ＷＮＳ 燃气热水锅炉尾部冷凝水腐蚀分析及 改进措施［Ｊ］．１－业锅炉，２００５（３）：４０—４２． 在条件满足的情况下，膻尽量使得锅炉在接近设 计负荷下 作，或者可以采取措施提高热水锅炉回 水温度，例如在二次网供热系统中，适当减少一次网 ［４］聂勇，宋鹏．燃气锅炉炯气余热利用 ｊ凝结水 收探讨 ＿Ｊ］． 域供热，２０１５（３）：６４—６９．
