熱水鍋爐防垢措施研究

魏天路　依紅杰　于泳　王陽

摘要：通過分析熱水鍋爐結(jié)垢機理，提出強制提高受熱面內(nèi)水流的流速和降低循環(huán)水補水量兩大防垢措施，探討開展熱水鍋爐防垢研究的重要意義，為提高熱水鍋爐安全性提供理論借鑒。

關(guān)鍵詞：熱水鍋爐；結(jié)垢機理；流速；補水量

中圖分類號：TK228 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2016）03-0084-02

現(xiàn)有的熱水鍋爐防垢措施主要是對采暖補水進行軟化處理或者對循環(huán)水進行加藥處理。前者采暖補水量高低變化太大，水處理設(shè)備經(jīng)常不能正常運行或者補水量太大，導致絕大多數(shù)熱水鍋爐用水不能達到《熱水鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》規(guī)定的硬度指標。后者對熱水鍋爐防垢效果不佳，不能解決熱水鍋爐水冷壁管、八字管、前后拱管、后棚管和管板輻射受熱面結(jié)垢問題。因此有必要尋求更有效、更經(jīng)濟、更實用的熱水鍋爐防垢措施，在使用自來水作為補水的條件下，延緩熱水鍋爐結(jié)垢導致爆管、爐筒鼓包和管板裂紋的時間。

分析熱水鍋爐結(jié)垢機理，認為熱水鍋爐有效防垢措施包括：強制提高受熱面內(nèi)水流的流速，控制輻射受熱面不發(fā)生過冷沸騰，避免永久硬度的結(jié)垢；在爐筒的無管區(qū)增加下行管子，避免泥垢沉積導致爐筒鼓包；最大限度降低循環(huán)水補水量，避免暫時硬度引起的結(jié)垢。

1 熱水鍋爐防垢主要措施

1.1 提高受熱面水流流速

根據(jù)流體力學和傳熱學原理，管子內(nèi)流體流動的雷諾數(shù)計算公式為：Re=vd/u。式中：v為水流速度，m/s；

d為管子內(nèi)徑，m；u為在計算水溫時水的運動粘度，m2/s。

當Re>100 000時，屬于湍流光滑區(qū)上限。水在80 ℃時的運動粘度為0.365×10-6 m2/s，層流底層的厚度<12 mm，與鋼管內(nèi)表面的表面粗糙度相當，在整個截面上水溫幾乎一致。強制爐水流動，降低受熱面金屬表面的溫度，可防止輻射受熱面結(jié)垢。

1.1.1 方法與措施

1） 取消熱水鍋爐的集中下降管。取消熱水鍋爐的集中下降管，對50%的受熱面管子安裝引射噴嘴，這部分管子內(nèi)水流自上而下流動，另外50%輻射受熱面管子的水自下而上流動。即使其他條件不變，經(jīng)過這樣的處理后，輻射受熱面管子內(nèi)的水流量將比安裝集中下降管的流量提高一倍。

通常認為熱水鍋爐受熱面管子的水流方向只能自下而上流動，然而在引射噴嘴強制循環(huán)的條件下，受熱面管子的水溫才升高幾攝氏度，由溫差形成的動壓頭只有幾帕，而引射水形成的動壓頭高達數(shù)百帕，相比之下由溫差引起的動壓頭可以忽略不計。有的廠家采取引射法使部分水冷壁管的水流自上而下流動，成功解決了水火管熱水鍋爐爆管問題。

2） 改進引射嘴的性能，提高引射倍率。現(xiàn)有的熱水鍋爐在集中下降管安裝引射裝置，但結(jié)構(gòu)極為簡單，制造粗糙，引射倍率不高。提高噴嘴的制造和安裝精度，增加引射倍率，可以在采暖循環(huán)水量不變的條件下增加通過受熱面管子的水流量，從而達到提高流速防垢的目的。如果引射倍率提高3倍，則通過強制循環(huán)受熱面的水量就是系統(tǒng)循環(huán)水量的4倍，保證流經(jīng)輻射受熱面管子水的流速超過防過冷沸騰的流速，達到防垢的目的。

1.1.2 防垢效果 上述措施可有效降低受熱面內(nèi)鍋水的溫度，使之不超過鍋爐出水溫度。用引射法提高受熱面的水流速度，可以將管子內(nèi)的水溫控制在<80 ℃。鍋爐進水通過給水分配管直接送到受熱面管子進口，60 ℃的水與80 ℃左右的爐水靠引射噴嘴按1∶3混合后水溫為75 ℃左右，鍋水在下行管和上行管中被加熱，到達上行管出口的水溫升高不會超過2.5 ℃（因為爐膛受熱面的吸熱量<鍋爐總吸熱量的40%，而流經(jīng)受熱面的水量是系統(tǒng)循環(huán)水量的4倍，所以在管子內(nèi)水溫升高不會超過2.5 ℃），管子出口的水溫在77.5 ℃左右。總之，靠熱動力自然循環(huán)的熱水鍋爐是在強受熱面管子內(nèi)的水達到較高溫度后產(chǎn)生熱動力，使熱水流動與未受熱的水混合降低到出水溫度，強受熱面管子必然會結(jié)垢；而強制循環(huán)熱水鍋爐是使受熱面管子內(nèi)的水強制流動，鍋水在較低的溫度下混合達到出水溫度。由于水溫變化小，水中的暫時硬度在水流混合過程中析出，水垢懸浮物隨水流到下集水箱，部分沉淀在下集水箱并不危害鍋爐。而水中永久的硬度不會析出，可以使強受熱面管減緩結(jié)垢。

解決強受熱面防垢問題后，火管鍋爐的煙管和水管鍋爐的弱受熱面對流管仍會有結(jié)垢現(xiàn)象，兩者完全靠鍋水的溫差自然循環(huán)，難以采取措施強制鍋水提高流速。然而，煙管結(jié)垢不會影響鍋爐安全運行，因為一方面煙管屬于外部結(jié)垢，水垢只影響傳熱效果不會阻塞管子；對于水管鍋爐而言，進入對流管束的煙氣溫度已經(jīng)降低，管子受熱強度遠低于強受熱面受熱強度，結(jié)垢速度減緩。實踐證明，根據(jù)水質(zhì)的不同，2～4 a洗一次煙管和對流管的水垢，就可以保持鍋爐安全運行。

經(jīng)驗證明，管子內(nèi)水的流速超過0.3 m/s，管子氧腐蝕現(xiàn)象顯著下降。原因在于管子內(nèi)水流流速高，游離氧不容易附著在管壁上。該防垢措施提高了管內(nèi)流速，同時解決了管子氧腐蝕問題。

1.2 降低補水量

熱水鍋爐防垢、節(jié)能運行的最有效措施是降低循環(huán)水補水量。假設(shè)熱水采暖系統(tǒng)完全不失水，那么在采暖初期灌注的循環(huán)水可以維持長時期運行，初期采暖帶入的暫時硬度和溶解氧一旦消耗干凈，就不會繼續(xù)結(jié)垢和腐蝕。然而，熱水采暖系統(tǒng)失水是不可避免的，通常供熱管理部門規(guī)定補水量不超過循環(huán)水量的1.0%，管理條件較好的系統(tǒng)補水量可以控制在0.5%以下，而管理差的系統(tǒng)補水量遠遠超過1.0%。失水帶走熱量，浪費能源，補水帶入硬度和溶解氧。對于熱水采暖來說，失水多少就得補充多少，因此說失水是造成熱水采暖系統(tǒng)結(jié)垢和腐蝕的根源。降低循環(huán)水補水量的措施是：1） 及時處理管道泄露；2） 不將循環(huán)水用做它用。3） 盡量減少熱水鍋爐排污。排污對熱水熱水鍋爐來說害大于利，無論是鍋爐水循環(huán)狀態(tài)還是靜止狀態(tài)，都無法將沉積在鍋爐底部的污物排出，排污只會增加系統(tǒng)的補水量。

2 熱水鍋爐防垢的意義

根據(jù)熱水鍋爐防垢措施設(shè)計新型防垢常壓熱水鍋爐，直接使用自來水做熱水采暖系統(tǒng)的補水而延緩結(jié)垢，與補水軟化法防垢相比，有如下優(yōu)點：

1） 熱水鍋爐防垢技術(shù)根據(jù)鍋爐結(jié)構(gòu)和采暖流程，采用純物理措施防垢，效果可靠，不受人為因素影響；而熱水鍋爐補水軟化法防垢受人因素影響大，在許多中小鍋爐房無法正常實施。原因在于：熱水鍋爐補水量變化大，水處理設(shè)備不能適應或者滿足系統(tǒng)補水量需求；管理者不重視熱水鍋爐的防垢，不配備操作人員，不供給食鹽，使水處理設(shè)備處于停用狀態(tài)；操作者操作不當，不能達到補水軟化處理的目的。

2） 熱水鍋爐防垢技術(shù)不需要操作人員和運行費用，可降低運行費用。

3） 熱水鍋爐防垢技術(shù)僅是對鍋爐的鍋內(nèi)進行改裝，省去水處理設(shè)備，總投資比補水軟化法少。

4） 很多常壓熱水鍋爐房根本不采取任何防垢措施，放任熱水鍋爐結(jié)垢，導致爆管、鍋筒鼓包和管板裂紋等事故屢見不鮮，不得不以換管、挖補鍋筒、挖補板管，既影響熱水鍋爐壽命，又增加了維修費用。而熱水鍋爐防垢技術(shù)可避免此類事故。

5） 熱水鍋爐防垢技術(shù)從根本上解決了常壓熱水鍋爐的爆管、鍋筒鼓包、板管裂紋等弊端，比普通熱水鍋爐更加安全可靠，只要鍋爐的爐排和輔機無故障，就可以長期安全運行。

6） 熱水鍋爐防垢技術(shù)使鍋爐輻射受熱面不結(jié)垢，降低了輻射受熱面金屬的表面溫度，提高了傳熱性能和熱效率。