引风机基础下沉的原因分析

摘要：针对我厂2003年投产运行的SHS35-1.57-Q燃气蒸汽锅炉，对其中一台锅炉引风机基础存在有明显的下沉现象进行分析。得出引风机基础下沉的主要原因是：由于锅炉运行时所产生的烟气在经过省煤器和预热器后，进入烟道内，与烟道内低温介质接触，产生热交换，温度降低，烟气中的水蒸汽凝结成水浸入引风机基础下方，使基础底部支撑泥层强度减弱，因而直接导致引风机基础下沉。

关键词：燃气锅炉 引风机基础 烟道积水 安全运行

中图分类号：TK229.8文献标识码： A 文章编号：

绪论：对于一个锅炉运行管理单位来说，安全运行是重中之重。对于我2号供热厂运行几年的一台SHS35-1.57-Q燃气锅炉引风机基础的下沉情况还记忆犹新，目前问题是解决了，但留给我们的思考还在。为什么引风机基础会下沉？为什么锅炉预热器出口至引风机之间的烟 道内有那么多的积水？这两者之间有没有什么联系？这些问题的出现直接影响到了引风机的正常工作，给锅炉运行带来很大的安全隐患。本文就上述问题从设计、施工、运行等相关角度进行有意义的探讨，并提出自己的观点，供同行参考。

一、问题的提出

出现问题的烟道如图（一）所示,其实外观结构很简单，就是长方沟，也许是因为结构过于简单，位置又在空气预热器与引风机之间，所以没有引起大家过多的重视。此处烟道是由工程设计院按照锅炉本体厂家所提供的烟气排量及烟气温度等相关参数进行设计。大部分设计院不是专业设计锅炉的，对一些低压蒸汽工业锅炉参数考虑的不够周全，从而导致我厂烟道内产生冷凝水现象，往往不被人们重视的地方就是安全隐患的多发地，本文所要分析的就是烟道及烟囱内壁冷凝水如何生成的问题，以及所产生的冷凝水与引风机基础下沉之间的关系。

图一 二号供热厂烟道示意图

二、问题的具体分析

经过运行人员的介绍及现场的勘察，并结合施工图纸进行分析，认为施工质量没有问题，导致引风机基础下沉的原因是省煤器出口与引风机之间的烟道内有大量积水，积水渗入引风机基础下的土层。致使基础底部支撑泥层强度减弱，从而直接导致引风机基础的下沉。

1、烟道内的积水是如何产生的？

从锅炉产品说明书上可以得到如下数据：

锅炉参数：额定蒸发量： 35t/h

额定蒸汽出口压力： 1.57 MPa

额定蒸汽温度： 饱和

给水温度： 104℃

冷空气温度： 20℃

排烟温度： 138℃

排污率： 5%；

锅炉设计效率（额定蒸发量）：92%；

燃烧消耗量： Bj=2470 Nm3/h

设计燃料：陕甘宁天然气：（体积%）

CH495.9494%；C2H6 0.9075%；C3H8 0.1376%；CO23%；

H2S0.0002%； H2O 0.0062%；发热值：8744kcal/Nm3

可以得知，锅炉烟气中水蒸汽的来源有两个（空气中水的含量暂忽略不计），一个是燃料原来吸收的水（物理含水量，暂不考虑）；一个是燃料中氢元素(H)燃烧时，与氧元素(O)发生化学反应，生成的水(H2O)。利用已知条件求得天然气燃烧后所产生水的理论值为：

CH4+2O2=CO2+2H2O+Q(放出热量)

其中：

CH4 ――12+1×4=16或:1Mol

2O2――2×（16×2）=64

CO2――12+16×2=44

2H2O――2×（1×2+16）=36

从上式可知：锅炉每燃烧22.4Nm3的甲烷，就会产生成约36Kg的水；

同理计算可得：

C2H6为54 Kg的水；,C3H8为72Kg的水。

可以求得单台锅炉每小时燃烧天然气中的甲烷，所产生的水量

36×（2470×95．95%÷22.4）≈3809 （Kg）

同理可求得：

CH4 +C2H6 + C3H8≈3878 （Kg）

一台35t/h燃烧天然气的锅炉，运行1小时必然产生约3878Kg的水,运行一天，产生的水量为：

3878×24=93072 （Kg）

经计算，烟道容积为 19m3,可以说如果理论上所产生的水全部收集起来，只需要5 小时就可以充满整个烟道。但事实上不可能这样，从工艺运行角度我们知道，锅炉正常运行时，燃料充分燃烧后，在炉膛内温度高达1000多摄氏度，燃烧时产生的水是以水蒸汽的形态存在，并随烟气流经省煤器、空气预热器，进行热量交换。烟气温度下降至约138℃后，从尾部烟道经引风机，通过烟囱向外排放。在烟气流经尾部烟道和烟囱的过程中，若出现的热交换较大，在一定压力下，达到水蒸气的冷凝温度时，烟气中的一部分水蒸气就会释放出热量而冷凝成水，沉积在烟道中。

2、实际运行中到底会有多少水生成？

这是一个非常复杂的计算过程，同时需要完成许多边界条件的计算，在不考虑烟气在烟道内的流动状态及烟气内水蒸汽的分布状态，我们直观进行分析冷凝水产生的原因，与锅炉的运行时排烟温度的高低、环境温度的高低、烟道保温性能的好坏、烟道内径表面积大小（或烟道的长度）有关。

（1）烟道结构换热分析

从图（一）中我们可以知道烟道距地面30cm ，为预制砼盖板，周边为三七砖混结构，外抹20mm水泥沙浆，根据上述边界条件，查表得砼盖板导热系数0.81w/m・℃ ，砖砌导热系数0.76w/m・℃。因为尾部烟温为138℃，所以烟气与空气和土壤有较大的温差，由于温差的存在，烟气与空气和土壤通过砼盖板和砖墙而进行热交换，当烟道壁的温度，低于烟气压力下水蒸汽的冷凝温度时，烟气中的水蒸汽就在烟道壁上冷凝成水，被砖砌体吸收，潮湿的砖砌体保温性能降低，导热系数增大，散热愈大，产生的冷凝水愈多，当烟道壁吸水饱和后，就向外渗水。同时，潮湿的砌体强度降低，可能断裂开缝，导致冷凝水流出；这些水都流入烟道和引风机基础周围的土层内。

（2）烟囱结构换热分析

烟囱为三七砖混结构，外抹20mm水泥沙浆，砖砌烟囱底部与引风机基础紧邻，未保温，冬季室外的气温一般在0℃以下（极端温度为零下18℃左右），烟囱内的烟气与大气的热交换异常剧烈，特别在冷炉启动时，产生的冷凝水特别多（这种现象在烟道内同样发生），它们沿烟囱内壁向下流淌。而粘土砖烟囱未设汇流槽，所以冷凝水从烟囱下部，不断流向引风机基础的底部。气温越低、锅炉运行的时间越长，产生的冷凝水就越多。

三、比较说明2号供热厂锅炉烟道凝结水产生的必然性

我厂的十几台同类型的燃气锅炉能不能避免凝结水的产生，下面我就结合我们新建的5号供热厂，同样的锅炉，我们加强了保温及密封处理，结合运行记录数据进行分析，来说明2号供热厂锅炉烟道冷凝水产生的必然性。

图二五号供热厂烟道示意图

1、二号供热厂烟道保温设计过于简单，但五号供热厂加强了对重点部位的保温，如图（二）所示，烟道变为钢板5mm，钢板外是50厚的珍珠岩保温层加三七砖混墙，外抹20mm水泥沙浆，底层加200mm红碎砖；烟囱也变为钢制，并进行了保温处理，从保温状况分析，导热系数降低很多，但在实际运行一年以后，还是发现烟道内有大量水产生，最多一台烟道内占去80%面积，这说明加强保温处理只能减少部分凝结水的产生。

2、为保证烟道内不凝结成水的理论条件之一是在保证锅炉安全、有效运行的工况下，烟道和烟囱的内壁温度不低于对应烟气压力下水蒸气的冷凝温度。我们从12月份中两台锅炉同一天的运行记录数据上分析，图（三）为24小时的烟气排放温度曲线，从中我们可以看到，满负荷运行时，烟气的平均温度为108℃，满负荷运行时间最冷季节每天为平均5小时（图四），大部分时间烟气的平均温度为89-98℃。这说明：1、即使在满负荷运行下，出烟温度也达不到设计的138℃；2、一天内大部分的运行时间排烟温度都在100℃以下，这将提高烟气中水蒸气冷凝成水的机率。

3、从测试烟温的位置我们不难发现，如图（一），该测温点位于距空气预热器出口约500mm，并处于烟道上部，进入烟道300mm，从测试点的位置我们可以分析出：热电偶距空气预热器的出口比较近，该测点的温度不能代表整个烟道内壁的烟温值，而是要高于烟道内壁的烟温值，特别是“死区”，图（一）所示，该处也是烟道内的低温处，由于该处烟气的流动性小，也是产生冷凝水的多发处，5厂在该处改成导流板见图（图二），大大提高了烟气的流动，减少了冷凝水的产生。

4、从锅炉参数我们知道，额定蒸汽出口压力为1.57Mpa，排烟温度为138℃，而我单位十几台锅炉运行时蒸汽出口额定压力为1.0Mpa，98%时间运行时蒸汽出口压力为0．85Mpa，烟温108℃，这说明在相同负荷和烟气压力下，排烟温度高，产生的冷凝水就少。这也是导致我单位十几台的蒸汽锅炉烟道内形成凝结水的主要原因之一。

四、引风机基础下沉的理由

通过上面理论计算和结构分析可知，一台锅炉运行一天，约产生约93072 Kg水蒸汽，假设仍然有99.9%的水蒸汽排入大气，仅有0.1%的水蒸汽冷凝成水，并通过砖缝或砌体渗到引风机基础之下，那么一天产生的水量约为：

93072×0.1%≈93.1 (Kg)

锅炉天天运行，每天都有93.1Kg的冷凝水流至烟道和引风机基础下的土层，在这么多冷凝水的长期作用下，使基础下土层含水量饱和而变软，加之引风机及基础的自身重量，同时加上运行时设备的震动，从而导致引风机基础下沉。

结论

1、经过以上分析，认为我厂十几台燃气蒸汽锅炉预热器出口至引风机进口这段烟道产生冷凝水的现象是正常的，同时是发生在大多数燃料为天然气的工业锅炉中，要求我们运行管理人员提高对天然气锅炉燃烧理论的认识，在处理烟道积水时，应具体问题应具体分析，不能盲从。

2、从保温较好的5号供热厂运行记录分析，加强烟道和烟囱保温层及密封的施工质量，只能防止冷凝水少产生，要使烟道内少产生或不产生冷凝水，需要提高锅炉的运行负荷，但从每天运行记录上可知，高负荷运行的时间很少，这是根据用户每天的用汽量进行调整的，锅炉运行负荷不稳定，所以就很难避免烟道内少积或不积水。

3、从锅炉运行工况分析，要使烟道和烟囱的内不产生冷凝水，条件是高于相应烟气压力下的水蒸气冷凝温度，如何稳定烟气中水蒸气的状态，这就需要设计人员从锅炉的全面运行参数进行考虑。

4、从运行管理方面，加强运行操作人员的管理培训，提高运行人员管理水平，在某一负荷运行状态下，都有能力保证锅炉热效率最高。

6、针对2厂、5厂供热厂产生积水问题，我们采取定时抽水；对07年底竣工的3号供热厂采取烟道低点处设排水管，几台锅炉排水汇集在同一井室内，达到一定水量时自动排除。

7、引发的思考

（1）对于投资方在购买锅炉时，一定要结合自己需要的参数进行订购，否则就会出现设计值高于实际需求值，影响锅炉的运行工况，又增加了调试难度，同时又浪费多余的人力物力财力等资源。

（2）锅炉烟道、烟囱的保温十分重要，其主要作用不只是防止烫伤，而是对烟道内烟气的起保护作用，要求设计者和施工者，都必须高度重视。否则，烟气中夹带的大量水蒸汽析出，影响锅炉的正常运行。

附录

SHS35-1.57-Q

SH-双筒横置式

S－室燃炉

35－额定蒸发量35t/h

1.57－介质出口压力1.57MPa

Q―天然气

参考文献

[1]沈维道等合编工程热力学高等教育出版社

［2］ 韩照沧燃料及燃烧冶金工业出版社

［3］ 工业锅炉技术标准应用大全中国建筑出版社

［4］ 北京开拓热力中心5号供热厂72小时联运报表