废气锅炉烟侧结碳的原因及预防处理

1 废气锅炉烟侧结碳的原因及预防处理废气锅炉烟侧结碳的原因及预防处理 江苏海事职业技术学院 王仕军 摘要摘要 分析废气锅炉结碳的原因 介绍 SOOT REMOVER 的工作机理 提供预防和处理废 气锅炉结碳的措施 关键词关键词 废气锅炉 结碳 SOOT REMOVER 船用化学品问题一向为大多数船东所忽略 其原因有两点 一是船用化学品费用占船 舶营运费用的比例极小 与燃润料 备件等费用相比微不足道 二是大多数船东对船用化 学品所起到的作用知之甚少 本文通过对船舶废气锅炉最常见的结碳问题的分析 着重阐 述了采用化学方法解决结碳问题的机理 让读者了解到 小小化学品也能解决大问题 从 而在船舶营运中重视对化学品的管理 一 劣质燃油对结碳的影响一 劣质燃油对结碳的影响 随着燃油精炼技术的提高 燃油的质量发生了很大的变化 具体表现在 高粘度 高密 度 高残炭值 高沥青成份 高硫份 高灰份 高微量金属成份 低热值 低十六烷 值 低柴油指数 燃油质量的下降 带来了下列一些问题 活塞头结碳和烧灼 活塞环粘着 环槽和缸套 的过度磨损 排气阀的结碳和烧融 喷油器的结碳和油嘴的过度磨损 气缸扫气口结 碳 排气系统和透平结碳 废气锅炉的结碳导致效率低下 废气锅炉的腐蚀 对结碳影响较大的因素有 残炭值 表示燃油形成结碳倾向的指标 残炭值大于 10 燃烧就会出现严重结碳 沥青值 高熔点 高炭 氢比的悬浮颗粒 燃烧性能较差 发热值低 硫份 低温腐蚀 特别在蒸汽吹灰时 产生腐蚀的倾向更大 灰份 由不能燃烧的金属颗粒组成 其中钒 钠是引起高温腐蚀主要原因 二 锅炉烟侧结碳严重 可以从以下几方面查找原因二 锅炉烟侧结碳严重 可以从以下几方面查找原因 1 燃烧装置的问题 对喷油器 扫气 定时作一系统检查 以排除机械方面问题 2 未对燃油进行必要的化学处理 对燃油中的有害物质进行预处理 可以改善他们的 燃烧性能 减轻结碳 在与船东接触的过程中 我们注意到 在经济条件许可的 情况下 3000 秒的燃油都会使用燃油添加剂 而船东反馈的信息也说明 燃油添 加剂确实起到了抑制腐蚀 减少结碳的功效 既节省了劳动力 也节约了保养和 备件费用 在节约能源方面也有很大的益处 3 未及时清除锅炉烟道内的结碳 废气锅炉的废气侧应定时打开检查 清除结碳 废 气锅炉的结碳如不及时解决 将严重的影响主机工况 造成更多的结碳 形成恶 性循环 客观上讲 火管锅炉的烟灰人工清理较为方便 而水管锅炉烟侧由于水管的密度 较大 人工清洁比较困难 需要利用专门的投药设备和药水 再辅以高压空气或 蒸汽的吹灰设备 可以达到除灰 防灰的目的 三 锅炉烟侧结碳的危害三 锅炉烟侧结碳的危害 1 结碳影响锅炉的安全运行 对那些采用蒸汽吹灰的锅炉来说 结碳与吹灰蒸汽结合 易导致低温腐蚀 故应控制蒸汽吹灰的频率和吹灰时间 值得注意的是 结碳较 厚 保存时间过长的结碳 还易产生垢下腐蚀 对锅炉水管或烟管产生致命的伤 2 害 严重的还会引起炉管爆炸 2 结碳对大气环境造成污染 随着国际贸易的不断繁荣 世界各国的远洋船队正处于 一个高速发展时期 船舶对大气的污染已越来越引起国际社会的广泛关注 IMOIMO 在 MARPOLMARPOL 公约的附则 VIVI 中对船舶的大气污染已作了严格的限制 3 结碳对船舶本身的污染 结碳对船舶的甲板 甲板货物 甲板设备同样也存在着污 染 在结碳严重的情况下 主机冲车 试车 及航行时 都会有大量的碳灰从烟 囱中排出 这些排烟 既影响船舶的环境卫生 对甲板和甲板设备也具有一定的 腐蚀作用 4 结碳影响船舶航行安全 对装载易燃货物的船舶来说 一旦烟囱出口的火星熄灭装 置失效 从烟囱中排出的烟灰 很有可能引起船舶火灾 5 结碳影响锅炉的传热 造成船舶营运成本的增加 定速航行的船舶由于结碳的影响 导致废气锅炉产汽量不足 增加了燃油的消耗 四 预防和消除锅炉结碳的措施四 预防和消除锅炉结碳的措施 1 物理方法 是对废气锅炉结碳传统的处理方法 即采用高压空气 蒸汽 或压力 冲洗的方法 但不管是那一种物理方法 都是属于被动清除 且存在着操作上的 繁琐和一些不可避免的副作用 如 采用蒸汽吹灰法 对操作的程序 吹灰频率 吹灰操作持续时间 都需要操作人员严格控制 对操作人员的素质要求较高 同 时蒸汽易造成锅炉的低温腐蚀 采用压力水冲洗烟侧 易使烟管遭受较大的热应 力 产生疲劳裂纹 2 化学方法 它是一种比较先进的处理方法 是使用一种叫 SOOTSOOT REMOVERREMOVER 除灰剂 的产品 再辅以上述物理方法 不仅可以达到除结碳的效果 同时还有预防锅炉 结碳作用 国际上几个著名的船用化学品生产厂家如 UNITORUNITOR NALFLEETNALFLEET DREWDREW 他们都有自己的锅炉除灰产品 SOOTSOOT REMOVERREMOVER 虽然 产品的生产商不同 产品的存在形态也不尽相同 有液态和粉末两种 但他们的 作用机理是相同的 因为都含有下列化合物 镁 亚硝酸盐 微量元素铜 钾和 铵 五 化学法清除结碳五 化学法清除结碳 1 SOOTSOOT REMOVERREMOVER 有效物质的作用 1 镁化合物作用 中和酸性气体和积炭 形成非腐蚀性的化合物 提高具有腐蚀性的钒化合物的熔点 使它们不易在燃烧系统粘着且顺利排放 与已生存的钒合物反应 削弱它们在金属表面的粘着力 使它们变得易于去除 2 亚硝酸盐作用 在燃油燃烧过程中提供足够的氧气 O O2 2 保证燃烧的完全 3 铜的化合物作用 最根本的作用是降低碳的发火点 保证完全燃烧 由于铜的存在 碳的着火点将 会降到约 200oC 4 钾和铵的化合物作用 中和酸性气体和积炭 和亚硝酸根离子共同作用 有助于烟灰的去除 和铜离子共同作用 减轻灰份沉积 2 化学处理法所需的主要设备 药剂储备容器 喷枪 压缩空气 又称雾化空气 3 SOOTSOOT REMOVERREMOVER 防灰作用过程 对于不完全燃烧过程来说 排气混合物主要含有下列有害物质 未燃烧的碳 低 3 熔点具有腐蚀性的钒化合物 二氧化硫 三氧化硫等酸性化合物 当排气系统的 温度低于露点时 最终会转化为酸 SOOTSOOT REMOVERREMOVER 通过雾化设备变成非常细小的 微粒 由于它比燃烧微粒小 故易于与排气混合并均匀分散 最大程度与排气混 合物作用 1 铜的化合物会降低未燃烧的碳的化合物的着火点 配合亚硝酸盐化合物提供足 够的氧气 就可以使游离的未燃烧的碳完全燃烧 因而不会在排气系统中形成积 炭 2 蒸汽状态下的镁会和低熔点的钒化合物反应 形成一种镁的衍生物 它具有高 熔点 无腐蚀的性质 这些化合物以微粒的形式通过排气系统 而不会粘着在金 属表面 这样 就可以有效地解决了钒的化合物高温腐蚀问题 3 蒸汽状态的镁和铵的化合物能中和燃烧过程中的酸性成份 如 三氧化硫 因 而可以防止酸性产物在排气系统温度较低的部位的形成 废气锅炉尾部 经济器 烟囱等部位 4 SOOTSOOT REMOVERREMOVER 的除灰机理 上述是 SOOTSOOT REMOVERREMOVER 的防烟灰机理 它的除灰机理与防烟灰机理非常相似 1 铜的化合物将会降低积碳的着火点 亚硝酸盐提供足够的氧气 将积碳燃烧 2 镁与易粘着的钒化物积垢反应 使它们丧失腐蚀性 沉积物的熔点将会升高 减少它们在金属表面的粘着倾向 在很多的情况下 钒化物的粘着力减小 对沉积物的自由排出至关重要 至少这种粘着力的降低 使得锅炉 排烟设 备等在水洗和机械除灰过程中变得容易得多 图 1 化学处理前的烟管情况 图 2 化学处理后的烟管情况 六 事例分析六 事例分析 通过对某轮的跟踪监测 可以测算出该轮的使用除灰剂的年费用 进而可以算出投资 回报率 该轮是一条航行于中日韩航线的 650TEU 的集装箱船舶 正常情况下 航行时 废气锅炉的设计产汽量足够船上的用汽要求 但是 由于废气锅炉的废气侧严重结碳 导致产汽率下降 航行时还需要点燃辅助锅炉来满足船舶用汽的要求 后来由于使用 了 NALFLEET SOOTSOOT REMOVERREMOVER 产品 使烟侧的结碳问题得到了解决 节约了一笔可观的 燃油费用 相关参数如下 1 船舶每年航行天 300 天 4 2 航行时锅炉的日耗油 0 5 吨 3 NALFLEET SOOTSOOT REMOVERREMOVER 正常每周用量 5 升 开始三个月用量为每天 3 升 备车 航行时投药 4 除灰剂单价 8 4 美圆 升 年燃油额外消耗量150 吨 年燃油额外费用150X180 27000 美圆每吨油的价格为 180 美圆 每年除灰剂用量270 180 450 升前 3