鐘娟 仝陽 金巖 曹丹

【摘 要】注汽鍋爐在運行一段時間后，由于水質(zhì)等原因，在熱力設(shè)備中受熱面水側(cè)金屬表面上會生成水垢。鍋爐結(jié)垢會使管內(nèi)水的流動阻力增大，受熱面的換熱熱阻增加，從而降低換熱系數(shù)，導(dǎo)致水冷壁管的過熱、管子鼓包和爆管事故的發(fā)生，極大影響了鍋爐運行的安全性。本文通過對鍋爐在正常運行時和有水垢時分別進行熱平衡計算，比較兩種情況下鍋爐效率，燃料消耗量和管壁溫度的差別，可以發(fā)現(xiàn)鍋爐在有水垢的情況下運行時，鍋爐熱效率下降，燃料消耗量增加，管壁溫度升高。

【關(guān)鍵詞】注汽鍋爐 結(jié)垢 傳熱系數(shù) 安全性

1 前言

1.1目前注汽鍋爐運行現(xiàn)狀

目前運行的注汽鍋爐在設(shè)計時，忽略了水垢熱阻，得到的是不結(jié)垢的理想狀況下的參數(shù)，然而在我國實際生產(chǎn)中，由于鍋爐水質(zhì)不完全合格，有些注汽鍋爐在野外生產(chǎn)條件差、流動性大、水處理設(shè)備相對簡單，將不可避免的引起結(jié)垢。

1.2鍋爐結(jié)垢的種類

鍋爐結(jié)垢主要有三種情況：反應(yīng)污垢、腐蝕污垢和析晶污垢。

由化學(xué)反應(yīng)（壁面材料本身是反應(yīng)參與物）引起的傳熱表面上的沉積物為化學(xué)反應(yīng)污垢。碳?xì)浠衔锏木酆?、熱解等反?yīng)都是化學(xué)反應(yīng)結(jié)垢的主要例子。工藝流體的成分（包括雜質(zhì)）污染，尤其是氧氣的注入，會影響反應(yīng)污垢。

腐蝕污垢是有傳熱表面的腐蝕產(chǎn)物沉淀而引起的污垢。在結(jié)垢過程分類中，傳熱面本身參與反應(yīng)而產(chǎn)生腐蝕性物質(zhì)，該物質(zhì)在傳熱表面結(jié)垢，主要形式有壁面變薄導(dǎo)致的材料損失，碳鋼鋼管表面的氧化鐵腐蝕等。

析晶污垢是當(dāng)懸浮在水中的溶水性鹽（主要是碳酸鈣）向管壁沉積時形成的水垢。由于水中許多鹽類，其溶解度隨著溫度的升高而降低，因此在鍋爐給水的預(yù)熱段和濃縮段，容易結(jié)晶形成水垢。總的來說，控制晶體的化學(xué)物質(zhì)有變形劑，分散劑，螯合劑等類型，在鍋爐給水的添加劑中都有應(yīng)用。

2 鍋爐選擇

2.1.鍋爐型號

本次計算的鍋爐型號為SHS20-2.5/400-Y。

2.2 鍋爐參數(shù)

（1）額定蒸發(fā)量t/h （2）過熱器出口蒸汽壓力MPa

（3）汽包壓力MPa （4）過熱蒸汽溫度℃

（5）給水溫度℃ （6）給水壓力MPa

（7）排污率 （8）冷空氣溫度℃

（9）燃料加熱溫度℃

2.3適用燃料

鍋爐的適用燃料為100#重油。

3 計算結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

鍋爐結(jié)垢后會增大鍋爐受熱面的傳熱熱阻，降低受熱面的傳熱系數(shù)，從而使鍋爐的傳熱效率降低。本文在對鍋爐結(jié)垢對換熱影響的研究中，通過改變受熱面的熱有效系數(shù)來考慮鍋爐結(jié)構(gòu)程度對換熱的影響。在鍋爐中，爐膛和過熱器中的水垢對傳熱影響最大，需要重點考慮。

3.1爐膛水垢的影響

在沒有水垢的情況下，鍋爐爐膛的熱有效系數(shù)為0.468，為了考慮爐膛熱有效系數(shù)對爐膛換熱量的影響，分別把熱有效系數(shù)降低為0.45、0.4、0.35、0.3、0.25、0.2來計算爐膛出口煙溫和爐膛換熱量，可以得到水垢對爐膛換熱的影響。

爐膛出口煙溫隨爐膛熱有效系數(shù)的變化趨勢如圖3-1所示。爐膛換熱量隨爐膛熱有效系數(shù)的變化趨勢如圖3-2所示。

通過圖3-1可以看出，隨著爐膛內(nèi)水垢的增長，爐膛的熱有效系數(shù)逐漸降低，當(dāng)爐膛的熱有效系數(shù)從水垢尚未產(chǎn)生時的0.468逐漸降低到0.2時，爐膛出口煙溫從1053℃逐漸增加到1311℃，爐膛出口煙溫隨熱有效系數(shù)的降低（即水垢的增長）而增大，在水垢剛產(chǎn)生時影響最為明顯。

通過圖3-1和圖3-2可以看出，隨著爐膛內(nèi)水垢的增長，爐膛的熱有效系數(shù)從0.468降低到0.2時，爐膛換熱量從22164.7kJ/kg降低到16636.5kJ/kg，爐膛換熱量隨爐膛熱有效系數(shù)的降低而減小，在水垢剛產(chǎn)生時影響最為明顯。

3.2 過熱器中水垢的影響

在沒有水垢的情況下，高溫過熱器和低溫過熱器的熱有效系數(shù)都為0.65，在考慮過熱器中水垢對傳熱的影響，把高溫過熱器和低溫過熱器的熱有效系數(shù)同時從0.65降低到0.3，可以得到水垢對鍋爐運行的影響。

當(dāng)過熱器的熱有效系數(shù)從0.65降到0.3時，鍋爐排煙溫度、鍋爐熱效率和燃料消耗量的變化如表3-1所示。

4 結(jié)語

根據(jù)比較當(dāng)存在水垢和沒有水垢時鍋爐排煙溫度、鍋爐熱效率和燃料消耗量，可以得出：

（1）鍋爐中產(chǎn)生水垢后，鍋爐的排煙溫度升高，鍋爐熱效率降低，燃料消耗量增加。

（2）水垢的產(chǎn)生會降低鍋爐運行的經(jīng)濟性，在鍋爐的實際運行中，需要盡量減慢水垢 的產(chǎn)生速度，并及時清理鍋爐內(nèi)的水垢，以保證鍋爐鍋爐運行的經(jīng)濟性。

參考文獻：

[1]范從振.鍋爐原理.北京：中國電力出版社，1986.

[2]奚士光，吳味龍 等.鍋爐及鍋爐房設(shè)備.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1995.

[3]金定安，曹子棟 等.工業(yè)鍋爐原理.西安：西安交通大學(xué)出版社，1986.

[4]陳學(xué)俊，陳聽寬.鍋爐原理.北京：機械工業(yè)出版社，1981.

[5]馮俊凱，沈幼庭等. 鍋爐原理及計算.北京：科學(xué)出版社，2003.

[6]岑可法，樊建人.燃燒流體力學(xué).北京：中國電力出版社，1991.

[7]樊泉桂.鍋爐原理.北京：中國電力出版社，2008.

[8]姚文達.鍋爐燃燒設(shè)備.北京：機械工業(yè)出版社，1982.

[9]許晉源，徐通模.燃燒學(xué).北京：機械工業(yè)出版社，1982.

[10]孫亦祿.煤中礦物雜質(zhì)對鍋爐的危害.北京：水利電力出版社，1993.