注汽锅炉结垢对锅炉经济性的研究

2015-08-26钟娟仝阳金岩曹丹中国海洋大学工程学院机电工程系山东青岛266100

中国科技纵横 2015年8期

钟娟　仝阳　金岩　曹丹（中国海洋大学工程学院机电工程系，山东青岛 266100）

注汽锅炉结垢对锅炉经济性的研究

钟娟仝阳金岩曹丹
（中国海洋大学工程学院机电工程系，山东青岛 266100）

注汽锅炉在运行一段时间后，由于水质等原因，在热力设备中受热面水侧金属表面上会生成水垢。锅炉结垢会使管内水的流动阻力增大，受热面的换热热阻增加，从而降低换热系数，导致水冷壁管的过热、管子鼓包和爆管事故的发生，极大影响了锅炉运行的安全性。本文通过对锅炉在正常运行时和有水垢时分别进行热平衡计算，比较两种情况下锅炉效率，燃料消耗量和管壁温度的差别，可以发现锅炉在有水垢的情况下运行时，锅炉热效率下降，燃料消耗量增加，管壁温度升高。

注汽锅炉结垢传热系数安全性

1　前言

1.1目前注汽锅炉运行现状

目前运行的注汽锅炉在设计时，忽略了水垢热阻，得到的是不结垢的理想状况下的参数，然而在我国实际生产中，由于锅炉水质不完全合格，有些注汽锅炉在野外生产条件差、流动性大、水处理设备相对简单，将不可避免的引起结垢。

1.2锅炉结垢的种类

锅炉结垢主要有三种情况：反应污垢、腐蚀污垢和析晶污垢。

由化学反应（壁面材料本身是反应参与物）引起的传热表面上的沉积物为化学反应污垢。碳氢化合物的聚合、热解等反应都是化学反应结垢的主要例子。工艺流体的成分（包括杂质）污染，尤其是氧气的注入，会影响反应污垢。

腐蚀污垢是有传热表面的腐蚀产物沉淀而引起的污垢。在结垢过程分类中，传热面本身参与反应而产生腐蚀性物质，该物质在传热表面结垢，主要形式有壁面变薄导致的材料损失，碳钢钢管表面的氧化铁腐蚀等。

析晶污垢是当悬浮在水中的溶水性盐（主要是碳酸钙）向管壁沉积时形成的水垢。由于水中许多盐类，其溶解度随着温度的升高而降低，因此在锅炉给水的预热段和浓缩段，容易结晶形成水垢。总的来说，控制晶体的化学物质有变形剂，分散剂，螯合剂等类型，在锅炉给水的添加剂中都有应用。

2　锅炉选择

图3-1　炉膛出口烟温随炉膛热有效系数变化曲线

图3-2　炉膛换热量随炉膛热有效系数变化曲线

图3-3　锅炉排烟温度随过效系数变化曲线

2.1锅炉型号

本次计算的锅炉型号为SHS20-2.5/400-Y。

2.2锅炉参数

（1）额定蒸发量D=20t/h （2）过热器出口蒸汽压力Pgr=2.5MPa

（3）汽包压力Pb=2.85MPa （4）过热蒸汽温度tgr=400℃

图3-4　锅炉热效率随过热器热有效系数变化曲线

图3-5　燃料消耗量随过热器热有系数变化曲线

表3-1　不同过热器热有效系数是的锅炉参数

（5）给水温度tgs=105℃ （6）给水压力Pgs=2.95MPa

（7）排污率ρpw=2% （8）冷空气温度tlk=30℃

（9）燃料加热温度tr=110℃

2.3适用燃料

锅炉的适用燃料为100#重油。

3　计算结果及数据分析

锅炉结垢后会增大锅炉受热面的传热热阻，降低受热面的传热系数，从而使锅炉的传热效率降低。本文在对锅炉结垢对换热影响的研究中，通过改变受热面的热有效系数来考虑锅炉结构程度对换热的影响。在锅炉中，炉膛和过热器中的水垢对传热影响最大，需要重点考虑。

3.1炉膛水垢的影响

在没有水垢的情况下，锅炉炉膛的热有效系数为0.468，为了考虑炉膛热有效系数对炉膛换热量的影响，分别把热有效系数降低为0.45、0.4、0.35、0.3、0.25、0.2来计算炉膛出口烟温和炉膛换热量，可以得到水垢对炉膛换热的影响。

炉膛出口烟温随炉膛热有效系数的变化趋势如图3-1所示。炉膛换热量随炉膛热有效系数的变化趋势如图3-2所示。

通过图3-1可以看出，随着炉膛内水垢的增长，炉膛的热有效系数逐渐降低，当炉膛的热有效系数从水垢尚未产生时的0.468逐渐降低到0.2时，炉膛出口烟温从1053℃逐渐增加到1311℃，炉膛出口烟温随热有效系数的降低（即水垢的增长）而增大，在水垢刚产生时影响最为明显。

通过图3-1和图3-2可以看出，随着炉膛内水垢的增长，炉膛的热有效系数从0.468降低到0.2时，炉膛换热量从22164.7kJ/kg降低到16636.5kJ/kg，炉膛换热量随炉膛热有效系数的降低而减小，在水垢刚产生时影响最为明显。

3.2过热器中水垢的影响

在没有水垢的情况下，高温过热器和低温过热器的热有效系数都为0.65，在考虑过热器中水垢对传热的影响，把高温过热器和低温过热器的热有效系数同时从0.65降低到0.3，可以得到水垢对锅炉运行的影响。

当过热器的热有效系数从0.65降到0.3时，锅炉排烟温度、锅炉热效率和燃料消耗量的变化如表3-1所示。

锅炉排烟温度、锅炉热效率和燃料消耗量随过热器热有效系数的变化趋势分别如图3-3、图3-4和图3-5所示。

通过表3-2和图3-3、图3-4、图3-5可以看出，随着水垢的增长，过热器的热有效系数逐渐降低，锅炉的排烟温度从178℃升高到265℃，锅炉热效率从90.6%降低到86%，锅炉的燃料消耗量从1330.3kg/h增加到了2144.3kg/h。水垢会使排烟温度升高，降低锅炉热效率，从而在额定负荷时需要的燃料消耗量也会增加。