鐘娟　仝陽　金巖　曹丹（中國(guó)海洋大學(xué)工程學(xué)院機(jī)電工程系，山東青島 266100）

注汽鍋爐結(jié)垢對(duì)鍋爐經(jīng)濟(jì)性的研究

鐘娟仝陽金巖曹丹
（中國(guó)海洋大學(xué)工程學(xué)院機(jī)電工程系，山東青島 266100）

注汽鍋爐在運(yùn)行一段時(shí)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(huì)生成水垢。鍋爐結(jié)垢會(huì)使管內(nèi)水的流動(dòng)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(yùn)行的安全性。本文通過對(duì)鍋爐在正常運(yùn)行時(shí)和有水垢時(shí)分別進(jìn)行熱平衡計(jì)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(yùn)行時(shí)，鍋爐熱效率下降，燃料消耗量增加，管壁溫度升高。

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(yùn)行現(xiàn)狀

目前運(yùn)行的注汽鍋爐在設(shè)計(jì)時(shí)，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(guó)實(shí)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(dòng)性大、水處理設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)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衔锏木酆稀峤獾确磻?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(huì)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(shí)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?？偟膩碚f，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

圖3-1　爐膛出口煙溫隨爐膛熱有效系數(shù)變化曲線

圖3-2　爐膛換熱量隨爐膛熱有效系數(shù)變化曲線

圖3-3　鍋爐排煙溫度隨過效系數(shù)變化曲線

2.1鍋爐型號(hào)

本次計(jì)算的鍋爐型號(hào)為SHS20-2.5/400-Y。

2.2鍋爐參數(shù)

（1）額定蒸發(fā)量D=20t/h （2）過熱器出口蒸汽壓力Pgr=2.5MPa

（3）汽包壓力Pb=2.85MPa （4）過熱蒸汽溫度tgr=400℃

圖3-4　鍋爐熱效率隨過熱器熱有效系數(shù)變化曲線

圖3-5　燃料消耗量隨過熱器熱有系數(shù)變化曲線

表3-1　不同過熱器熱有效系數(shù)是的鍋爐參數(shù)

（5）給水溫度tgs=105℃ （6）給水壓力Pgs=2.95MPa

（7）排污率ρpw=2% （8）冷空氣溫度tlk=30℃

（9）燃料加熱溫度tr=110℃

2.3適用燃料

鍋爐的適用燃料為100#重油。

3　計(jì)算結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

鍋爐結(jié)垢后會(huì)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(duì)鍋爐結(jié)垢對(duì)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(duì)換熱的影響。在鍋爐中，爐膛和過熱器中的水垢對(duì)傳熱影響最大，需要重點(diǎn)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(duì)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(jì)算爐膛出口煙溫和爐膛換熱量，可以得到水垢對(duì)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(shì)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(shì)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(zhǎng)，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(shí)的0.468逐漸降低到0.2時(shí)，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(zhǎng)）而增大，在水垢剛產(chǎn)生時(shí)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(zhǎng)，爐膛的熱有效系數(shù)從0.468降低到0.2時(shí)，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(shí)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(duì)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(shí)從0.65降低到0.3，可以得到水垢對(duì)鍋爐運(yùn)行的影響。

當(dāng)過熱器的熱有效系數(shù)從0.65降到0.3時(shí)，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。

鍋爐排煙溫度、鍋爐熱效率和燃料消耗量隨過熱器熱有效系數(shù)的變化趨勢(shì)分別如圖3-3、圖3-4和圖3-5所示。

通過表3-2和圖3-3、圖3-4、圖3-5可以看出，隨著水垢的增長(zhǎng)，過熱器的熱有效系數(shù)逐漸降低，鍋爐的排煙溫度從178℃升高到265℃，鍋爐熱效率從90.6%降低到86%，鍋爐的燃料消耗量從1330.3kg/h增加到了2144.3kg/h。水垢會(huì)使排煙溫度升高，降低鍋爐熱效率，從而在額定負(fù)荷時(shí)需要的燃料消耗量也會(huì)增加。

4　結(jié)語

根據(jù)比較當(dāng)存在水垢和沒有水垢時(shí)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(huì)降低鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，在鍋爐的實(shí)際運(yùn)行中，需要盡量減慢水垢 的產(chǎn)生速度，并及時(shí)清理鍋爐內(nèi)的水垢，以保證鍋爐鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

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