注汽鍋爐結垢對鍋爐經濟性的研究

鐘娟　仝陽　金巖　曹丹（中國海洋大學工程學院機電工程系，山東青島 266100）

注汽鍋爐結垢對鍋爐經濟性的研究

鐘娟仝陽金巖曹丹
（中國海洋大學工程學院機電工程系，山東青島 266100）

注汽鍋爐在運行一段時間后，由于水質等原因，在熱力設備中受熱面水側金屬表面上會生成水垢。鍋爐結垢會使管內水的流動阻力增大，受熱面的換熱熱阻增加，從而降低換熱系數，導致水冷壁管的過熱、管子鼓包和爆管事故的發生，極大影響了鍋爐運行的安全性。本文通過對鍋爐在正常運行時和有水垢時分別進行熱平衡計算，比較兩種情況下鍋爐效率，燃料消耗量和管壁溫度的差別，可以發現鍋爐在有水垢的情況下運行時，鍋爐熱效率下降，燃料消耗量增加，管壁溫度升高。

注汽鍋爐 結垢 傳熱系數 安全性

1　前言

1.1目前注汽鍋爐運行現狀

目前運行的注汽鍋爐在設計時，忽略了水垢熱阻，得到的是不結垢的理想狀況下的參數，然而在我國實際生產中，由于鍋爐水質不完全合格，有些注汽鍋爐在野外生產條件差、流動性大、水處理設備相對簡單，將不可避免的引起結垢。

1.2鍋爐結垢的種類

鍋爐結垢主要有三種情況：反應污垢、腐蝕污垢和析晶污垢。

由化學反應（壁面材料本身是反應參與物）引起的傳熱表面上的沉積物為化學反應污垢。碳氫化合物的聚合、熱解等反應都是化學反應結垢的主要例子。工藝流體的成分（包括雜質）污染，尤其是氧氣的注入，會影響反應污垢。

腐蝕污垢是有傳熱表面的腐蝕產物沉淀而引起的污垢。在結垢過程分類中，傳熱面本身參與反應而產生腐蝕性物質，該物質在傳熱表面結垢，主要形式有壁面變薄導致的材料損失，碳鋼鋼管表面的氧化鐵腐蝕等。

析晶污垢是當懸浮在水中的溶水性鹽（主要是碳酸鈣）向管壁沉積時形成的水垢。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熱段和濃縮段，容易結晶形成水垢。總的來說，控制晶體的化學物質有變形劑，分散劑，螯合劑等類型，在鍋爐給水的添加劑中都有應用。

2　鍋爐選擇

圖3-1　爐膛出口煙溫隨爐膛熱有效系數變化曲線

圖3-2　爐膛換熱量隨爐膛熱有效系數變化曲線

圖3-3　鍋爐排煙溫度隨過效系數變化曲線

2.1鍋爐型號

本次計算的鍋爐型號為SHS20-2.5/400-Y。

2.2鍋爐參數

（1）額定蒸發量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變化曲線

圖3-5　燃料消耗量隨過熱器熱有系數變化曲線

表3-1　不同過熱器熱有效系數是的鍋爐參數

（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　計算結果及數據分析

鍋爐結垢后會增大鍋爐受熱面的傳熱熱阻，降低受熱面的傳熱系數，從而使鍋爐的傳熱效率降低。本文在對鍋爐結垢對換熱影響的研究中，通過改變受熱面的熱有效系數來考慮鍋爐結構程度對換熱的影響。在鍋爐中，爐膛和過熱器中的水垢對傳熱影響最大，需要重點考慮。

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為0.468，為了考慮爐膛熱有效系數對爐膛換熱量的影響，分別把熱有效系數降低為0.45、0.4、0.35、0.3、0.25、0.2來計算爐膛出口煙溫和爐膛換熱量，可以得到水垢對爐膛換熱的影響。

爐膛出口煙溫隨爐膛熱有效系數的變化趨勢如圖3-1所示。爐膛換熱量隨爐膛熱有效系數的變化趨勢如圖3-2所示。

通過圖3-1可以看出，隨著爐膛內水垢的增長，爐膛的熱有效系數逐漸降低，當爐膛的熱有效系數從水垢尚未產生時的0.468逐漸降低到0.2時，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的降低（即水垢的增長）而增大，在水垢剛產生時影響最為明顯。

通過圖3-1和圖3-2可以看出，隨著爐膛內水垢的增長，爐膛的熱有效系數從0.468降低到0.2時，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的降低而減小，在水垢剛產生時影響最為明顯。

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都為0.65，在考慮過熱器中水垢對傳熱的影響，把高溫過熱器和低溫過熱器的熱有效系數同時從0.65降低到0.3，可以得到水垢對鍋爐運行的影響。

當過熱器的熱有效系數從0.65降到0.3時，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的變化趨勢分別如圖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，過熱器的熱有效系數逐漸降低，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。水垢會使排煙溫度升高，降低鍋爐熱效率，從而在額定負荷時需要的燃料消耗量也會增加。

4　結語

根據比較當存在水垢和沒有水垢時鍋爐排煙溫度、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）水垢的產生會降低鍋爐運行的經濟性，在鍋爐的實際運行中，需要盡量減慢水垢 的產生速度，并及時清理鍋爐內的水垢，以保證鍋爐鍋爐運行的經濟性。

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