摘要：鍋爐是電力，石油，冶金，紡織及城市建設(shè)等行業(yè)不可缺少的設(shè)備，它是一種投資大，技術(shù)含量高的通用設(shè)備，其設(shè)計(jì)，制造，安裝，運(yùn)行和檢修涉及多種學(xué)科，國(guó)家設(shè)有專業(yè)監(jiān)督機(jī)構(gòu)對(duì)其各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行全面的監(jiān)督與管理。就其運(yùn)行工作來(lái)說(shuō)，鍋爐作為能耗大戶，不論其容量大小參數(shù)高低，鍋爐的安全，經(jīng)濟(jì)，穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)已經(jīng)成為各個(gè)工礦企業(yè)開(kāi)展生產(chǎn)，節(jié)能降耗的重要任務(wù)。本文介紹了鍋爐排污的方式方法及探討了合理排污對(duì)運(yùn)行工作的意義，總結(jié)了鍋爐水在爐內(nèi)加熱，蒸發(fā)，濃縮中生成水垢的過(guò)程和其構(gòu)成和分類及對(duì)鍋爐的危害。對(duì)從事相關(guān)工作的人員有一定的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：工業(yè)鍋爐；排污；水垢；濃縮。

中圖分類號(hào)：TK22 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）12（c）-0000-00

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，鍋爐早已成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中不可缺少的設(shè)備，并且在相當(dāng)長(zhǎng)的將來(lái)仍然是經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的基礎(chǔ)行業(yè)。做為能耗大戶和環(huán)境污染的大戶，其燃料消耗量在任何一個(gè)國(guó)家或地區(qū)所占的比例都是最大的，做為能源主要組成部分的煤，油和天然氣等不可再生的常規(guī)燃料的儲(chǔ)量越來(lái)越少。因此鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行通常是企業(yè)內(nèi)部實(shí)施節(jié)能降耗措施的重要保證，本文就運(yùn)行工作中最基本的排污操作及水垢危害做了一些基本的探討。

1 排污的作用

總所周知，排污是每個(gè)鍋爐運(yùn)行操作中一件必不可少的工序。這就好比人吃了食物，經(jīng)過(guò)消化后，必須排泄糟粕一樣；也猶如煤經(jīng)過(guò)燃燒利用其熱量而排除爐渣一樣，但這只是一個(gè)簡(jiǎn)單的類比。鍋爐排污的關(guān)鍵是要解決爐水濃縮后殘留下來(lái)的雜質(zhì)污物帶來(lái)的問(wèn)題，以保證爐水質(zhì)量在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的允許范圍內(nèi)，確保鍋爐設(shè)備的安全，經(jīng)濟(jì)，可靠運(yùn)行。而爐水濃縮是一種復(fù)雜的物理，化學(xué)過(guò)程。當(dāng)含有礦物質(zhì)的水（盡管經(jīng)過(guò)化學(xué)處理）進(jìn)入鍋爐后，水受高溫加熱而劇烈蒸發(fā)，由管道送到各個(gè)用戶，而礦物質(zhì)類就留在鍋爐中，爐水就逐漸變濃，以致成為高濃度的礦物質(zhì)水。當(dāng)?shù)V物質(zhì)在爐水中達(dá)到一定限度時(shí)（稱飽和）就不會(huì)再溶解了（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)20T/H蒸汽鍋爐爐水含鹽量≤3500PPM）。如果再有礦物質(zhì)和鹽類進(jìn)入就會(huì)在鍋爐內(nèi)形成水垢，這些礦物質(zhì)和鹽類由于爐水上下溫差和水循環(huán)的作用易于處在水層上部，形成高濃度的表面水。所以，一般來(lái)說(shuō)鍋爐結(jié)垢上部要比下部嚴(yán)重。因此控制爐水的濃縮過(guò)程是防止鍋爐受熱面結(jié)垢的基本方法之一。以上是從濃縮角度來(lái)說(shuō)明水垢析出的原因。可用濃縮倍率C來(lái)表示濃縮程度，C=D/Q （C—蒸發(fā)倍率，D—蒸發(fā)量，Q—鍋爐水容積）。

另一方面從礦物質(zhì)本身特性來(lái)說(shuō)：氣壓和溫度對(duì)礦物質(zhì)本身的最大溶解離子積（每種物質(zhì)陰，陽(yáng)離子量的乘積）也有明顯的影響。當(dāng)離子積達(dá)到其最大溶解離子積以后，將有沉淀反比析出。大多數(shù)鹽類的溶解度是隨著水溫的升高而增大的，而有些鹽類（如Mg（OH）2 CaSO4 等）的最大溶度積卻和水溫成反比，這是應(yīng)引起高度重視的。并且當(dāng)水溫達(dá)到沸騰而蒸發(fā)時(shí)，即使易容的鈉鹽（Na2SO4 ，Na2CO3）也會(huì)析出沉淀形成水垢。以上是從爐水濃縮和升溫兩個(gè)方面說(shuō)明了水中礦物質(zhì)的存在方式的變化。

要解決以上問(wèn)題除了為鍋爐提供合格的軟化水以外還需要對(duì)鍋爐進(jìn)行排污，排污分定期排污和連續(xù)排污兩種。這兩種方式分別處于鍋爐的底部和頂部，因?yàn)榈撞亢晚敳孔钊菀准Y(jié)雜質(zhì)或是爐水濃度最高的部位。

2 排污的合理性評(píng)價(jià)

首先，從操作上說(shuō)明一下定期排污問(wèn)題。定期排污管開(kāi)設(shè)在下集箱或下鍋筒底部，主要是排除鍋水中的水渣（松散狀的沉淀物），也可以排除鹽分。排污閥門和管道都是處于高溫高壓和大量污物的工作環(huán)境之中，承受著腐蝕和沖刷。定期排污要使用快速且直通的閥門（如直通球閥，斜式球型閥，快速齒條閥）。供熱公司一般都用兩個(gè)直通球閥；也有采用一只快速閥配一只慢速閥，但在這種情況下安裝位置要正確，應(yīng)將慢速閥安裝在第二的位置上（從鍋爐向離開(kāi)方向算起）。操作上有保護(hù)第一道閥門和保護(hù)第二道閥門兩種方法，均符合有關(guān)規(guī)程要求，但本文認(rèn)為保護(hù)第二道閥門的方法明顯優(yōu)于保護(hù)第一道閥門的方法，原因不在此累述。在實(shí)際操作中也是按照保護(hù)第二道閥門實(shí)行的。排污時(shí)間上，下汽包排污最長(zhǎng)不超過(guò)30秒；聯(lián)箱排污一般8-10秒，在水質(zhì)正常的情況下，每班排一次就可以了。

連續(xù)排污，顧名思義就是保持排污閥門長(zhǎng)期開(kāi)啟的，排除鍋水中的鹽分雜質(zhì)，以降低爐水的堿度，氯根和懸浮物，防止汽水共騰現(xiàn)象的發(fā)生和爐水對(duì)汽包壁的腐蝕。由于上鍋筒蒸發(fā)面處的爐水鹽分最高，所以連續(xù)排污就設(shè)在上鍋筒，且排污管與鍋筒縱向中心線平行，其排污位置應(yīng)處于正常水位線下80—100毫米處，即吸污管上端距鍋爐正常水位80—100毫米。這樣既保證鍋爐水位波動(dòng)時(shí)排污仍能不中斷，又不會(huì)排走蒸汽。閥門開(kāi)度大小由化驗(yàn)員根據(jù)爐水質(zhì)量分析情況通知司爐工進(jìn)行調(diào)節(jié)。連續(xù)排污閥門應(yīng)采用一個(gè)截止閥（做為全開(kāi)全關(guān)用）配一只硬質(zhì)合金鋼或不銹鋼材質(zhì)的針型閥（做為調(diào)節(jié)用），供熱公司用球閥和截止閥匹配，也基本上滿足上面的要求。

其次，合理的排污率是經(jīng)過(guò)科學(xué)的計(jì)算和實(shí)踐檢驗(yàn)來(lái)確定的，也就是進(jìn)行鍋爐的熱化學(xué)實(shí)驗(yàn)。見(jiàn)圖1所示。它的要求就是在爐水質(zhì)量達(dá)到了國(guó)家要求的標(biāo)準(zhǔn)后，保持爐水的鹽類濃度不變。直觀的說(shuō)就是給水帶進(jìn)鍋爐多少鹽（堿）量，就要通過(guò)排污排走多少鹽（堿）量。為便于分析，在實(shí)際熱化學(xué)試驗(yàn)中可用爐水堿度代表含鹽（堿）量。

D—蒸發(fā)量 a—給水含堿濃度

Dp—排污量 a’—蒸汽含堿濃度

D+Dp—給水量 A—排污水含堿濃度

∮=排污率（∮=Dp/D）

圖1 蒸發(fā)、排污、給水示意圖

根據(jù)鍋內(nèi)酸堿進(jìn)出量平衡的原則

（D+Dp）×a=D×a’+DpA 引入∮=Dp/D

可得（1+∮）×a=a’ +∮A

事實(shí)上，蒸汽所能帶走的鹽堿量是微乎其微的，可以忽略不計(jì)，即a’ ≈0。得出∮=a/（A-a）。從中可知，如果想在爐水水質(zhì)達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)并維持這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，排污率是隨著給水堿度的增大而增大的。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的堿度值是6-24mmol/L，一般工業(yè)鍋爐的排污率在10%以下。在給水方面供熱公司有深井水和城市自來(lái)水兩種水源，由于自來(lái)水的價(jià)格因素（不斷漲價(jià)），為降低生產(chǎn)成本采用增加深井水用量的做法，并且本地區(qū)深井水硬度較低，一般不超過(guò)2mmol/L，而自來(lái)水硬度在4.5—5.5mmlo/L之間，這樣就延長(zhǎng)了離子交換器的再生周期，減少了再生用鹽的消耗也減少了再生過(guò)程中的用水消耗，降低了軟化水制作成本。但是深井水堿度較自來(lái)水高，易造成過(guò)大的排污量。經(jīng)過(guò)不斷測(cè)試和計(jì)算，采用深井水占到總用水量1/2到2/3的措施，排污率得到了有效控制但與理想中的結(jié)果尚有一定距離，而給水的堿度在現(xiàn)有的水處理設(shè)備中是不能消除的，計(jì)劃以后通過(guò)將一部分Na離子交換器改造成H離子交換器，兩者串聯(lián)使用進(jìn)一步降低給水堿度，減少排污。

定期排污水量是按幾何尺寸計(jì)算得到的，通常采用公式：排污水量Dp=dlh?。（d—上汽包內(nèi)徑 l—上汽包長(zhǎng)度 h—水位變化量 r—水重度）。關(guān)于定期排污量，下汽包排污掌握水位變化量h為2—4mm，下部各聯(lián)箱排污掌握h為1—2mm。對(duì)于定期排污一般講控制好排污時(shí)間即可，如何掌握前面已經(jīng)介紹了，如果排污過(guò)多易引起水循環(huán)惡化而造成事故。定期排污的關(guān)鍵點(diǎn)在于要將所有排污點(diǎn)均勻拍到不能遺漏并不能同時(shí)兩點(diǎn)或多點(diǎn)排污。實(shí)際上鍋爐正常運(yùn)行時(shí)，由于爐水不斷循環(huán)，泥沙和水渣并不能完全沉淀下來(lái)，一些水渣和沉淀物會(huì)被水流帶動(dòng)不易沉積在鍋爐底部，所以應(yīng)該在鍋爐低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)行定期排污，如果能在鍋爐熱備用時(shí)進(jìn)行定期排污效果會(huì)更好。

3 水垢的形成與危害

排污率過(guò)高會(huì)造成能源的白白浪費(fèi)。而排污率過(guò)小，達(dá)不到國(guó)家要求的爐水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)則會(huì)形成水垢，危害極大。水垢的形成原理前面已經(jīng)講過(guò)，它的產(chǎn)生過(guò)程是比較直觀的。水被加熱成汽泡，汽泡附著在高溫的管壁內(nèi)，汽泡逐漸吸收熱量而增大后脫離管壁，離開(kāi)鍋爐送入用戶，而汽泡表面的礦物質(zhì)則不會(huì)隨著汽泡脫離管壁而是留在了原處形成水垢，并隨著時(shí)間逐漸累積。水垢的按成分主要分成碳酸鹽水垢，硫酸鹽水垢，硅酸鹽水垢和混合水垢，其中硅酸鹽水垢最為堅(jiān)硬且導(dǎo)熱系數(shù)最低。

水垢的平均導(dǎo)熱系數(shù)在0.05—0.7大卡/米·時(shí)·度的范圍內(nèi)變化，金屬鋼管的導(dǎo)熱系數(shù)是30—50大卡/米·時(shí)·度，兩者相差70—500倍。這么大的傳熱能力差距會(huì)造成下列危害。詳見(jiàn)表1所示。

水垢種類水垢特性導(dǎo)熱系數(shù)

（大卡/米·時(shí)·度）

含有油質(zhì)水垢堅(jiān)硬 0.1

硅酸鹽水垢（含SiO220-25%或更高） 堅(jiān)硬 0，05-0.2

無(wú)定形碳酸鹽水垢

（CaCO2，MgCO3） 軟 0.2-1.0

硫酸鹽水垢

（CaSO4+MgSo4>50%）無(wú)定形粉末狀變堅(jiān)硬狀態(tài) 0.5-5.0

混合水垢 堅(jiān)硬 0.7

表1 各類水垢的導(dǎo)熱特性

3.1大量浪費(fèi)燃料

鍋爐受熱面內(nèi)的爐水是通過(guò)管壁從高溫?zé)煔庵形諢崮芏都訜?，沸騰，蒸發(fā)成水蒸氣。如果內(nèi)壁被水垢覆蓋，那么燃料傳給爐水的熱量就大大減少，不能被吸收的熱量將隨著高溫?zé)煔獍装椎呐艿袅?。這就是為什么結(jié)垢嚴(yán)重的鍋爐盡管耗煤量不少而負(fù)荷僅為正常負(fù)荷的60-70%的主要原因。粗略估計(jì)，爐管結(jié)垢2毫米厚將增加燃料消耗量6-10%（大部分工業(yè)鍋爐均有1毫米左右的水垢），根據(jù)TSG G5003—2008《鍋爐化學(xué)清洗規(guī)則》，鍋爐受熱面被水垢覆蓋80%以上且水垢平均厚度達(dá)到1毫米以上可以進(jìn)行鍋爐清洗，一般工業(yè)鍋爐掌握水垢超過(guò)2毫米應(yīng)該清洗。

3.2危及鍋爐安全運(yùn)行，影響鍋爐壽命

水垢造成金屬壁熱阻增大，使管子得不到內(nèi)部爐水的冷卻而管子外壁又處在近1000℃的高溫?zé)煔獾募訜嶂?，加劇了金屬的高溫氧化腐蝕，使管壁厚度迅速減薄。另一方面，高溫條件下金屬?gòu)?qiáng)度迅速降低。供熱公司鍋爐的爐管溫度極限為450℃，即在承受450℃以下的溫度時(shí)鋼管的機(jī)械性能可以保持不變，當(dāng)超過(guò)這個(gè)溫度極限管子就會(huì)過(guò)熱鼓包，變形，破裂身子爆破。根據(jù)試驗(yàn)得到，碳素鋼管在560℃時(shí)，其抗拉強(qiáng)度可從40kg/mm2下降到10kg/mm2。盡管公司鍋爐的蒸汽溫度為180-190℃，但如果爐管內(nèi)部結(jié)垢，其存在會(huì)使金屬壁溫明顯上升，爐管外壁的溫度是很難預(yù)料的。所以不論鍋爐壓力，溫度各種參數(shù)高低，水垢的危害都是巨大的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，由結(jié)垢引發(fā)的鍋爐事故占鍋爐事故總數(shù)的65%。

3.3增大檢修

由于鍋爐結(jié)垢，必然導(dǎo)致運(yùn)行周期縮短而檢修時(shí)間增加，隨之帶來(lái)人力物力的消耗。不論是機(jī)械除垢還是化學(xué)清洗都給檢修人員帶來(lái)不安全因素。

4 結(jié)語(yǔ)

以上結(jié)合天津?yàn)I海供熱公司的部分鍋爐和水質(zhì)情況分析了合理排污與經(jīng)濟(jì)性的關(guān)系，并總結(jié)了合理排污的措施及爐內(nèi)水垢的形成和給正常生產(chǎn)帶來(lái)的危害。所以做好鍋爐給水處理及運(yùn)行中的排污工作對(duì)設(shè)備的安全經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行有著極其重要的意義。

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【4】TSG G5003-2008 《鍋爐化學(xué)清洗規(guī)則》

作者簡(jiǎn)介：程更生（1967—），男，天津人， 89年畢業(yè)于東南大學(xué)動(dòng)力系工程熱物理專業(yè)。