備用陽極爐鍋爐的維護與保養

王 偉

（江西銅業集團公司貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

銅的火法冶煉分為熔煉、吹煉、精煉三個工序，在冶煉過程中排出的煙氣都含有大量可以利用的余熱。工廠都配備有相應的余熱鍋爐進行煙氣余熱回收。冶煉煙氣的特性隨冶煉工況的變化而改變，具有熱負荷不穩定、煙氣含塵量大、帶有腐蝕性的特點。余熱鍋爐作為冶煉工廠的附屬設施，需要跟隨冶煉工況的變化，做出適應性的調整以滿足生產。

因純氧燃燒技術可以大幅提高陽極爐的熱效率、降低冶煉能耗、加快冶煉進度，近年來在行業內得到迅速全面推廣。該技術采用純氧為助燃劑，與采用空氣為助燃劑的傳統燃燒器相比，燃燒產出的煙氣量大幅減少，煙氣余熱的利用價值已經不大。余熱鍋爐的主要作用變為降低煙氣溫度，以滿足后續布袋收塵器對煙溫的安全要求。因此新建冶煉廠的陽極爐大多不再設計余熱鍋爐，而采用水冷換熱器、煙管式換熱器、板式換熱器等方式降低煙氣溫度［1］。而原配置有余熱鍋爐的工廠，則需要調整鍋爐運行維護方案，來適應工況的變化。

1 陽極爐余熱鍋爐面臨的新工況

貴溪冶煉廠在陽極爐進行純氧燃燒改造后，作業效率上升，產能潛力得以釋放。在工廠粗銅產能維持原狀的情況下，僅需2臺陽極爐投入生產，即可完成過去4臺陽極爐的產能。產能富余出來的2臺陽極爐則進入停爐備用狀態，形成4臺陽極爐2用2備，一個中修周期（半年左右）切換一次的作業格局。因此陽極爐配置的余熱鍋爐不僅面臨煙氣量減少，余熱利用價值不大的問題；同時還面臨半年備用保養期內鍋爐保養、防腐的問題。

鍋爐在停止運行后，其金屬表面將直接裸露于空氣中。由于鍋爐內的水并未完全放掉，導致鍋爐內部空間濕度較大，這些濕氣會依附于鍋爐內壁表面，當外部空氣進入鍋爐內部之后，就很容易和這一層薄膜產生氧腐蝕反應，導致鍋爐表面腐蝕［2］。同時陽極爐余熱鍋爐受熱面金屬管的外璧還殘留有帶酸性的煙灰，在低溫狀態下與空氣接觸容易吸潮，進而對鍋爐受熱面形成嚴重的局部酸性腐蝕，嚴重影響鍋爐的正常運行。因此備用狀態下的鍋爐，必須進行有效的維護保養，否則鍋爐本體金屬管的內外壁均在相對封閉的環境中直接與潮濕的空氣接觸，將發生各種腐蝕。

2 備用鍋爐維護與保養方法

備用鍋爐的維護保養工作重點在于做好金屬材料的防腐。通常備用鍋爐的保養方法可分為干法保養和濕法保養兩大類。干法保養方法有：干燥劑法、烘干法、充氮法、充氨法、涂料法、除濕機法、添加停用鍋爐保護劑法等7種。這類方法是防止潮濕空氣進入爐內，防止空氣中水分和氧氣對鍋爐的腐蝕，一般適用于停爐時間較長的鍋爐的保養。濕法保養方法有：純水保養法、堿液法、磷酸鹽和亞硝酸鹽混合液保養法、胺液法、聯氨法等5種，一般適用于停爐時間較短的鍋爐的保養。以上兩大類保養方法中常用的為兩種：純水－濕法保養、充氮－干法保養。

2.1 純水－濕法保養

陽極爐鍋爐日常所補充的爐水，是動力車間水處理系統生產的純水，并經過蒸汽加熱至104℃除去氧后，再由給水泵送往鍋爐汽包的。為了減少雜質及水垢的形成，除鍋爐正常進水外，還需要定期對鍋爐水進行配藥，排污等工作，保持鍋爐爐水符合鍋爐水質標準。并按要求每天取鍋爐水樣送化驗分析，以保證鍋爐用水達標，從而確保鍋爐本體受熱面內璧不生銹、不結水垢。陽極爐鍋爐的水質要求見表1。

表1 陽極爐鍋爐水質標準 μg／g

純水－濕法保養就是在陽極爐鍋爐停爐后繼續保持104℃的純水補入鍋爐，并定期排污、化驗水質，維持鍋爐內正常的水循環，保持鍋爐受熱面的溫度，不僅能防止鍋爐內部生銹腐蝕，一旦開爐生產，設備可較快地投入運行狀態，縮短等待時間［3］。

純水－濕法保養的好處是啟動速度快。但平均每天需要消耗純水8～9 t和用于加熱純水的蒸汽，以及維持鍋爐內正常的水循環鍋爐循環泵運行的電能。而且即使每天補充8～9 t加熱后的純水進入鍋爐，其受熱面的溫度也只能維持在偏低的水平進行循環保養，水冷壁局部仍會發生低溫腐蝕，而提高熱水的補充量勢必增加維護成本。

2.2 充氮－干法保養

充氮保養是干法保養中最常用的方法，它的原理是利用氮氣隔絕空氣中的氧氣，同時保持鍋爐內部完全干燥，這樣就可以有效地防止鍋爐內部金屬生銹腐蝕。其具體做法就是讓氮氣充滿整個鍋爐內部及其管路系統內，并保證內部壓力大于大氣壓力，以防止外部空氣進入。由于氮氣非常不活潑，在正常情況下不與鍋爐金屬材質發生反應，因此作為鍋爐保養介質是完全符合防腐要求的。

充氮－干法保養是一種比較節能的保養方法，平時保養的工作量小，在做好氮氣的泄漏防護措施的前提下，充一次氮氣可以維持較長時間，而且保養效果較為可靠。但是其有兩個缺點：（1）啟動速度慢。鍋爐緊急啟動時，需要鍋爐上水，而除氧器的水是經過熱力除氧的，溫度為104℃，需要將溫度降低到70℃以下，才能給鍋爐上水。因此干法保養的啟動速度慢，每次啟動前至少需要6～8 h的準備時間。（2）受熱面金屬管外壁低溫腐蝕。充氮能防止鍋爐內部生銹腐蝕，但受熱面處于常溫狀態，金屬管外壁殘余的酸性煙灰與空氣接觸吸潮，進而對鍋爐管外壁產生酸性腐蝕的問題仍然存在。

3 熱態爐水并聯循環保養

結合工廠陽極爐余熱鍋爐2用2備的生產實際，決定嘗試將備用鍋爐與在運行鍋爐水循環管路聯通，實施備用鍋爐與生產鍋爐的爐水并聯循環保養。該方法不僅具備濕法保養可快速啟動的優勢，而且與充氮－干法保養一樣，只需要花費較低的成本，還可以使鍋爐受熱面的溫度也維持在較高的水平，有效防止煙灰吸潮后對鍋爐管外壁產生酸性腐蝕。

3.1 技術方案

陽極爐工序4臺爐分為兩個系列，日常生產時每個系列的2臺陽極爐互為備用。通過對鍋爐循環管路進行改造，將同系列內兩臺余熱鍋爐的水循環管路互聯互通。利用生產鍋爐循環泵的富余能力帶動備用鍋爐的水循環，達到僅運行一臺鍋爐循環泵，兩臺余熱鍋爐的爐水同步循環的目的。

3.2 工藝管路設置

分別將同系列兩臺鍋爐循環泵的出、入口管道連接，實現了兩臺鍋爐內水、汽的并聯同步循環。兩臺陽極爐鍋爐水汽并聯循環管線如圖1所示。

圖1 備用余熱鍋爐熱態爐水并聯循環保養管路示意圖

生產時只需運行在作業余熱鍋爐的循環泵，將備用爐循環量控制在10～15 t／h，即可達到對備用鍋爐熱態爐水循環保養的目的。因兩臺鍋爐之間水循環量較小，可采用較小口徑的管道和閥門，既利于對循環量的精細化控制，又可節省改造費用。

4 新型保養方法的應用效果

目前同系列鍋爐水、汽的并聯同步循環改造運行已經兩年。通過實踐表明熱態爐水循環保養的方法，非常適用于該廠陽極爐目前的生產現狀。取得了可靠性強、保養成本低、操作簡單且啟動迅速等多方面的效果。

4.1 鍋爐金屬管內外壁防腐效果兼具

備用鍋爐與在生產鍋爐的水、汽并聯同步循環，可以利用生產爐從煙氣中回收的熱能來維持備用鍋爐的受熱面以及所有循環管路處于較高溫度，從而有效的防止金屬管外壁殘余的酸性煙灰吸潮，消除了鍋爐管外壁的低溫腐蝕問題。三種保養方式的可靠性對比，見表2。

表2 三種保養方式的可靠性對比

4.2 維護成本低

備用鍋爐與在生產鍋爐的水、汽并聯同步循環，備用鍋爐不需要進行定期排污來改善水質，但生產鍋爐的排污量有所增加，約2 t／d。備用鍋爐的循環泵停運后，其電能消耗與充氮保養一樣幾乎可以忽略。因此保養成本遠低于純水保養的成本，但與氮氣保養接近零成本相比要略高。三種保養方式的維護成本對比，見表3。

表3 三種保養方式的成本對比

4.3 保養工作簡單、啟動速度快。

備用鍋爐與在生產鍋爐的水、汽并聯同步循環，僅需要對生產鍋爐進行定期排污、水質檢測等工作，即等同于完成了兩臺鍋爐的水質管理工作，保養工作量小。備用鍋爐內熱態水、汽持續保持循環狀態，只需操作幾個閥門，隨時可投入工作狀態。三種保養方式的工作內容與啟動時間對比，見表4。

表4 三種保養方式的工作量與啟動時間對比

5 結束語

鍋爐停爐期間保養的方法很多，各有優缺點［4］。貴溪冶煉廠陽極爐根據冶煉工藝條件和鍋爐的實際情況，采用熱態爐水并聯循環保養的保養方法，實踐證明，該方法能有效減輕停爐期間的腐蝕，延長鍋爐使用壽命，同時還具有經濟、易行的優勢。