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鍋爐水質(zhì)與安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

文檔作者：汪艷華張炳雷邵春文文檔來(lái)源：廣東省特種設(shè)備檢測(cè)院順德分院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年03月09日
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· 運(yùn)行與管理· 鍋爐水質(zhì)與安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行 45
文章編號(hào)：101M-8774(2012)02-45-O3
鍋爐水質(zhì)與安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行
汪艷華，張炳雷，邵春文
(廣東省特種設(shè)備檢測(cè)院順德分院，廣東順德528300)
Analysis on Boiler Water and Safe＆ Economic Operation
WANG Yan．hua。ZHANG Bing．1ei，SHAO Chun wen
(Guangdong Institute of Special Equipment Inspection Shunde
Branch Institute，Shunde 528300，China)
摘要：在對(duì)順德區(qū)灰砂磚行業(yè)鍋爐水質(zhì)調(diào)研的基礎(chǔ)上，分析了其鍋爐水質(zhì)成因及鍋爐現(xiàn)
狀，簡(jiǎn)述了工業(yè)鍋爐水處理原理；利用傳熱學(xué)原理計(jì)算了結(jié)垢對(duì)鍋爐運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性、安全性的影
響。建議杜絕直接以江水作鍋爐水源的做法，作好水處理工作，同時(shí)加強(qiáng)排污水和凝結(jié)水的回
收利用。
關(guān)鍵詞：結(jié)垢；排污率；水處理；熱效率；
中圖分類號(hào)：TK227．8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
O 前言
蒸養(yǎng)灰砂磚是替代實(shí)心粘土磚的一種新型墻體
材料，是以石灰和砂為主要原料(砂90％ 、石灰10％
左右)，經(jīng)坯料制備、壓制成型、蒸壓養(yǎng)護(hù)而成的實(shí)
心或空心灰砂磚。珠三角地區(qū)河砂資源豐富、城市
建設(shè)步伐快，灰砂磚生產(chǎn)企業(yè)取得了較快的發(fā)展。
順德現(xiàn)有灰砂磚建材生產(chǎn)企業(yè)l5家，普遍存在鍋爐
出力不足、能效低、頻繁爆管現(xiàn)象。本文在對(duì)上述灰
砂磚企業(yè)鍋爐運(yùn)行情況進(jìn)行調(diào)查的基礎(chǔ)上，從傳熱
學(xué)角度分析了水質(zhì)對(duì)鍋爐運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的影響，并給
出了運(yùn)行整改措施，以期為相關(guān)企業(yè)鍋爐運(yùn)行提供
參考。
1 鍋爐運(yùn)行分析
被調(diào)查鍋爐全部為鏈條爐排鍋爐，額定蒸發(fā)量為
4～16 t／h不等，司爐工實(shí)行12小時(shí)班制，一般司爐
工僅于每班上崗時(shí)排污一次。水處理采取鍋內(nèi)水處
理，通常添加除垢劑和硫酸鋁混凝劑等，但由于缺乏
加藥操作知識(shí)，操作帶有盲目性。鍋爐排污不科學(xué)，
高硬度給水未經(jīng)有效處理導(dǎo)致鍋爐水側(cè)結(jié)垢嚴(yán)重。
1．1 鍋爐定期檢驗(yàn)分析
對(duì)這些灰砂磚企業(yè)鍋爐定期檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)不少鍋爐
有堵管現(xiàn)象，鍋筒、集箱、水冷壁管、對(duì)流管等水側(cè)普
收稿日期：2011—12-27
基金項(xiàng)目：廣東省科技廳科技計(jì)劃項(xiàng)目(2008B010800032)，
廣東省省部產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目(20081309050021 1)。
第一作者：汪艷華
(1970一)，工程師，
主要從事特種設(shè)備
安全檢驗(yàn)與節(jié)能研
究工作。
遍存在嚴(yán)重結(jié)垢現(xiàn)象，積垢一般在2．5 mm以上，部
分鍋爐水冷壁管、對(duì)流管甚至積垢7～1 1 mm。部分
鍋爐運(yùn)行不滿五年即被迫更換所有承壓管路。水垢
呈灰白色，垢質(zhì)堅(jiān)硬，多數(shù)呈層狀結(jié)構(gòu)且紋理清晰，
如圖1所示。
圖1 水冷壁管結(jié)垢狀況圖
對(duì)水垢進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，水垢難溶于水，微溶于
0．1 mmoL／L的稀硫酸，易溶于2．63 mmol／L的硫酸
或18％的鹽酸，僅余約12％的粉末狀殘?jiān)蝗堋Ｋ?
垢在酸溶液中的溶解過(guò)程伴隨大量連續(xù)氣泡產(chǎn)生，
對(duì)鍋水水樣做酚酞試驗(yàn)未顯紅色，初步判斷水垢成
分以碳酸鹽水垢為主，帶有少量硅酸鹽水垢。
1．2 鍋爐水質(zhì)與結(jié)垢分析
灰砂磚企業(yè)主要生產(chǎn)原料為河砂，90％ 以上的
灰砂磚廠建在江邊堤圍附近，用戶為圖方便且節(jié)省
自來(lái)水費(fèi)用，鍋爐給水以江水為水源。生水經(jīng)水泵
抽至澄清池簡(jiǎn)單沉淀，經(jīng)離子交換處理后供鍋爐使
用。由于江水水質(zhì)復(fù)雜，泥沙攜帶量大且無(wú)必要的
過(guò)濾等前處理程序，導(dǎo)致離子交換裝置頻繁失效，部
分企業(yè)最后放棄離子交換裝置，將沉淀后的江水直
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工業(yè)鍋爐 2012年第2期(總第132期)
接供鍋爐使用，完全依靠鍋內(nèi)水處理。由于水源水
質(zhì)差且未經(jīng)有效水處理程序，水質(zhì)監(jiān)測(cè)表明這些企
業(yè)鍋爐水質(zhì)常年不達(dá)標(biāo)，主要是給水硬度、鍋水總堿
度、溶解固形物、鍋水pH值等超標(biāo)，這勢(shì)必引起鍋
爐嚴(yán)重結(jié)垢、排污率升高和汽水品質(zhì)惡化，進(jìn)而導(dǎo)致
鍋爐熱效率下降。表1為部分鍋爐水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。
表1 鍋爐水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表
注： 為超標(biāo)數(shù)據(jù)。
給水硬度主要由水中Ca2 、Mg2 形成，天然水中
溶解有重碳酸鹽、硫酸鹽、硅酸鹽等鹽類，其中以
Ca(HCO。) 、Mg(HCO，) 最多也最不穩(wěn)定，受熱易分解
生成微溶性碳酸鹽，例：Ca(HCO，) =CaCO +H20
+CO2 t。在鍋爐水中，能形成水垢或水渣的離子見(jiàn)
表2。0℃ 時(shí)CaCO 溶解度只有20 mg／L? ，且與一
般鹽類不同，其溶解度隨溫度升高而降低，因此極易
在鍋爐水側(cè)換熱表面結(jié)晶析出形成水垢。這些企業(yè)
水質(zhì)硬度嚴(yán)重超標(biāo)，鍋爐結(jié)垢情況也就可想而知了。
表2 形成的水垢或水渣
2 水質(zhì)對(duì)鍋爐運(yùn)行的影響
由于水垢導(dǎo)熱性能很差，必將影響鍋爐安全、經(jīng)
濟(jì)運(yùn)行。對(duì)某灰砂磚廠SZL l5一1．6一AⅡ鏈條爐排
鍋爐進(jìn)行了能效測(cè)試 ，該鍋爐熱效率低的主要原因
就是水側(cè)污垢熱阻過(guò)大導(dǎo)致傳熱性能下降，大量熱量
隨高溫?zé)煔馀诺?；另外，結(jié)垢導(dǎo)致鋼管過(guò)熱而強(qiáng)度下
降，運(yùn)行偏離設(shè)計(jì)工況，易出現(xiàn)過(guò)燒、爆管等問(wèn)題。
水質(zhì)不合格還可能使鍋爐汽水品質(zhì)惡化、金屬
腐蝕、排污率增大等，這些都對(duì)鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行
有重要影響。
2．1 水質(zhì)對(duì)鍋爐運(yùn)行熱效率的影響
如表3所示，水垢導(dǎo)熱系數(shù)僅為鋼鐵的七分之
- N千分之一l3 J，不同水垢因其化學(xué)成分和存在狀
態(tài)不同導(dǎo)熱性能亦不同?？紤]到所調(diào)查鍋爐水垢以
碳酸鹽為主，混有少量硅酸鹽水垢，計(jì)算中導(dǎo)熱系數(shù)
取混合水垢最大值0．81 W／(mK)。僅以鍋爐對(duì)流
管單位面積上熱量傳遞為例，有水垢與無(wú)水垢的熱
量傳遞關(guān)系可由下列傳熱學(xué)公式估算。
Q=K·H·AT (1)
1
__ (2)
— — + —— + — — + ——
J Al A2 2
式中9— — 總傳熱量
總傳熱系數(shù)
傳熱面積
△卜傳熱溫差
、 — — 分別為對(duì)流管煙氣側(cè)、水汽側(cè)傳熱
系數(shù)
6，、62—— 分別為管壁厚和水垢厚度
A。、A —— 分別為鋼管和水垢導(dǎo)熱系數(shù)
由公式(1)、(2)可知，當(dāng)除水垢厚度和水垢導(dǎo)
熱系數(shù)外，其他參數(shù)不變的情況下，水垢厚度6 越
大或水垢導(dǎo)熱系數(shù)A，越小則總傳熱系數(shù)K越小，
有效換熱量Q越小。當(dāng)存在1 mm厚水垢時(shí)，設(shè)相
關(guān)參數(shù)為：△ =(700—194)：506 ，6 =0．005
m，6：=0．001 m，鋼的導(dǎo)熱系數(shù)A =58 W／(inK)，水
垢導(dǎo)熱系數(shù)A2=0．81 W／(mK)，H=1， ：50 W／
(m K)， 2：5 800 W／(m K)，貝0 Q有／Q無(wú) 0．942，
當(dāng)水垢厚度為3 mm、5 mm、7 mm時(shí)，該值分別為
0．845、0．766、0．701。
由此可見(jiàn)，同樣溫差及設(shè)備條件下，水垢的出現(xiàn)
使鍋爐傳熱效率迅速降低。實(shí)際換熱效率將因水垢
導(dǎo)致的水汽管有效流通面積減少而更低。因此，鍋
爐結(jié)有水垢時(shí)，鍋爐受熱面的傳熱性能惡化，燃料燃
燒所放出的熱量不能有效傳遞到鍋爐介質(zhì)中，大量
的熱量被煙氣帶走，造成排煙熱損失增加，通常使鍋
爐出力和蒸汽品質(zhì)同時(shí)降低，鍋爐的熱效率降低。
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· 運(yùn)行與管理· 鍋爐水質(zhì)與安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行 47
經(jīng)測(cè)定，鍋爐受熱面結(jié)1 mnl水垢，燃料消耗要增加
8％ ～10％ ，與計(jì)算結(jié)果基本相符 。
表3 水垢與鍋爐鋼導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)比
此外，文獻(xiàn)[5]的計(jì)算表明排污率和汽水共騰對(duì)
鍋爐熱效率的影響很大。對(duì)文獻(xiàn)[4]中數(shù)據(jù)計(jì)算，排
污率為10％ 和15％ 時(shí)該鍋爐熱損失為1．61％ 和
2．42％ ，超過(guò)其自身散熱熱損失；蒸汽濕度為1％和
3％時(shí)該鍋爐運(yùn)行熱效率分別為66．99％和65．67％ ；
兩項(xiàng)參數(shù)導(dǎo)致鍋爐熱損失增加0．81個(gè)百分點(diǎn)和1．32
個(gè)百分點(diǎn)，鍋爐浪費(fèi)燃料2．56％ ～3．20％ 。
2．2 結(jié)垢對(duì)鍋爐安全性的影響
由于水垢導(dǎo)致鍋爐運(yùn)行熱效率、出力降低，為了
維持鍋爐出力，司爐工通常會(huì)增加鍋爐鼓引風(fēng)風(fēng)量
和燃料量，來(lái)提高爐膛溫度增強(qiáng)換熱。以648 1Tim
×7 mm管結(jié)垢1 mm和3 mm為例，因換熱面積減
少為原換熱面積的95．12％和85．36％，欲使其換熱
能力與無(wú)水垢工況相同，按式(1)、式(2)計(jì)算可知
管子壁溫分別上升58．4℃和195．1℃。文獻(xiàn)[6]
表明，運(yùn)行壓力l MPa的鍋爐水冷壁結(jié)垢3 mm時(shí)
壁溫將由280 oC升至580℃ ，導(dǎo)致鋼材抗拉強(qiáng)度相
應(yīng)由400 MPa降至100 MPa，而一般鍋爐管使用溫
度為350 oC以下，因一般低碳鋼350℃ 以上就達(dá)到
屈服點(diǎn)，450 oI二以上發(fā)生蠕變，這說(shuō)明鍋爐頻繁爆管
的內(nèi)因正是鍋爐水垢超標(biāo)。
3 建議
工業(yè)鍋爐屬高耗能特種設(shè)備，僅僅是做好水處理
工作這一塊，每年的節(jié)能量亦相當(dāng)可觀，企業(yè)應(yīng)嚴(yán)格按
照GB／T 1576-21X)8(512業(yè)鍋爐水質(zhì)》管理水質(zhì) ?；?
于順德地區(qū)灰砂磚行業(yè)鍋爐現(xiàn)狀，提出以下建議：
(1)杜絕將江水簡(jiǎn)單處理即作鍋爐給水的做法。
應(yīng)以自來(lái)水或經(jīng)有效處理的工業(yè)水為水源，經(jīng)水處理
合格后方可作為鍋爐給水使用。對(duì)于低壓鍋爐水處
理，可選用三塔流動(dòng)床水處理設(shè)備，對(duì)生水進(jìn)行陽(yáng)離
子交換處理，運(yùn)行期間輔以鍋內(nèi)水處理，以保證硬
度、鍋水總堿度、溶解固形物、鍋水pH值等各項(xiàng)指
標(biāo)達(dá)到GB／T 1576-2008{工業(yè)鍋爐水質(zhì)》要求。
(2)合理排污。排污是水處理的一個(gè)重要環(huán)
節(jié)，對(duì)于l2小時(shí)一班的班次，每班應(yīng)至少底部排污
兩次，以排除底部沉積物；期間根據(jù)鍋水取樣化驗(yàn)結(jié)
果，如總堿度、溶解固形物等有超標(biāo)時(shí)再增加表面排
污，以確保鍋水合格。
(3)回收利用蒸汽凝結(jié)水或排污水?；疑按u行
業(yè)凝結(jié)水為蒸汽與灰砂磚直接接觸式換熱凝結(jié)而
成，凝結(jié)水濁度、溶解固形物、堿度等參數(shù)都很高，其
回收可采用換熱器回收的方式，這種方法簡(jiǎn)單易行；
或采用閃蒸技術(shù)初步回收二次蒸汽熱，并對(duì)閃蒸后
的凝結(jié)水進(jìn)行化學(xué)水處理后作為鍋爐給水，這種方
法熱能回收比高，但工藝復(fù)雜，初投資高。實(shí)施凝結(jié)
水、排污水回收，可實(shí)現(xiàn)燃料和給水雙重節(jié)約，同時(shí)
減少了煙氣排放量，因此，凝結(jié)水回收利用既有經(jīng)濟(jì)
效益又有環(huán)保效益。
(4)建議有條件的用戶采用反滲透水處理技
術(shù) ]。反滲透水處理技術(shù)去除Ca 、Mg 的同時(shí)
能有效除鹽，對(duì)原水中各類離子脫除率一般可達(dá)
95％ 一98％ ，經(jīng)二級(jí)反滲透處理的水質(zhì)能實(shí)現(xiàn)總硬
度約為0 Ixmol／L，電導(dǎo)率不超過(guò)5 bs／cm，二氧化硅
含量不超過(guò)100 L，使鍋爐實(shí)現(xiàn)無(wú)垢運(yùn)行，降低
排污率減少能耗。
4 結(jié)論
水處理工作對(duì)鍋爐運(yùn)行有重要意義。為實(shí)現(xiàn)工
業(yè)鍋爐經(jīng)濟(jì)、安全運(yùn)行，應(yīng)杜絕直接以江水作鍋爐補(bǔ)
給水的作法。鍋爐應(yīng)配備有效的鍋外水處理裝置，
同時(shí)做好鍋內(nèi)水處理、合理排污工作。有條件的用
戶建議采用反滲透水處理技術(shù)。使用單位應(yīng)提高司
爐工節(jié)能意識(shí)和作業(yè)水平，同時(shí)加強(qiáng)凝結(jié)水和排污
水的回收利用，進(jìn)一步降低能耗。盟
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