關于對鍋爐“受熱面結垢”的不同理解

劉仁杰

(江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院淮安分院,江蘇 淮安 223001)

自從鍋爐誕生以來,鍋爐結垢就是一個回避不了的話題。很多報紙、雜志、學習教材及網絡文章也一直使用“受熱面結垢”的表述。隨著工作經歷的積累,以及觀察到的日常生活現象,發現結垢的位置并不單單是“受熱面”,其“相對受熱面”也非常容易結垢。因此,片面地強調“受熱面結垢”容易產生認識漏洞,從而不利于對鍋爐結垢位置的全面正確理解。

1 對受熱面的不同理解

為了準確理解“受熱面結垢”的問題,首先要了解什么是受熱面。所謂受熱面,很多資料給出的定義是:指接觸火焰或煙氣一側的金屬表面積(另一側接觸水或其他介質),鍋爐的熱交換就是通過這樣的金屬表面積來進行的。也就是說受熱面是接觸煙、火的金屬表面積。對于這個定義,筆者是認可的;但如果說“受熱面結垢”,從微觀上來說筆者不贊同這樣的定義。

如圖1所示,鍋爐鋼板的A面接觸到煙或火,根據受熱面定義,A面為受熱面。但是A面沒有水,B面有水,因此A面不結垢,B面結垢,所以從微觀角度看“受熱面結垢”這個說法不夠嚴謹。但如果從宏觀角度出發,把鍋爐鋼板看成為一個整體面(即不考慮鍋爐鋼板的厚度,A面=B面)來解釋,這樣理解才符合“受熱面結垢”定義。目前的資料都是從宏觀角度理解的(見圖2)。

圖1 鍋爐鋼板受熱面

圖2 資料顯示“受熱面結垢”定義

2 對結垢位置的探討

對于結垢位置,長久以來一直都在強調受熱面結垢。因為鍋水中鈣鎂鹽類屬于負溶解度溫度系數物質,它會隨著鍋水溫度的升高,在鍋水中的溶解度降低,從而結晶析出并附著在受熱面上。鍋爐上水冷壁、過熱器、再熱器、省煤器、空氣預熱器五大受熱面極易結生水垢。但是從日常生活和工作中的現象發現,結垢位置不僅僅是受熱面,其“相對受熱面”(如出水口)也很容易結垢。圖3為某公共茶水間開水器出水口。圖4為家用電水壺倒水口。

圖3 某公共茶水間開水器出水口

圖4 家用電水壺倒水口

2018年,某煙草薄片公司設備經理反映,公司用于給煙葉噴水的噴淋設備多個出水口結垢,導致噴灑水量不均勻,嚴重影響產品質量。經現場查看,并對其水處理設備核查發現,該公司配備的兩臺全自動鈉離子交換器(一用一備),由于管理不善,使得水處理設備在制水的時候一部分硬水混入其中,造成給水硬度超標。設備在使用過程中,不僅出現了鍋爐受熱面結垢的現象,而且還出現了噴淋出水口結垢的現象。

2.1 “相對受熱面”和“相對受熱面結垢”的定義

相對受熱面是指在鍋爐水汽系統中,兩種不同材質(物質)的物體存在溫度差,溫度高的一方相對于溫度低的一方稱之為相對受熱面。相對受熱面結垢就是指在相對受熱面表面結垢的現象。

2.2 原因分析

鍋爐結垢原因很多,但通常有以下幾種:

(1)受熱分化。在高溫高壓下,本來溶于水的某些鈣、鎂鹽類(如碳酸氫鹽)受熱分解,變成難溶物質而分出沉積。

(2)溶解度下降。在高溫高壓下,有些鹽類(如硫酸鈣、硅酸鹽等)物質的溶解度隨溫度升高而大大下降,到達一定程度后,便會析出沉積。

(3)鍋水蒸騰、濃縮。在高溫高壓下,鍋水中鹽類物質的濃度將隨蒸騰濃縮而不斷增大,當到達過飽和時,就會在受熱面上析出沉積。

(4)彼此反響及轉化。給水中本來溶解度較大的鹽類,在運轉中與其他鹽類彼此反響,生成了難溶的沉積物質。如果反響在受熱面上發作,就直接構成了水垢。除此之外,在一定條件下,有較大的溫度差也是鍋爐結垢的原因之一。

(5)溫度差。這是受熱面結垢的最主要原因。鍋爐爐膛鋼板(受熱面)通過燃料燃燒受熱,那么鋼板的溫度一定高于鍋水的溫度,兩者之間有很大的溫度差,因此會在水側表面結垢;同理,鍋爐排污口排出的鍋水溫度高于外部環境溫度,兩者之間也有很大的溫度差,這個時候鍋爐排污口管道(這里默認排污口管道溫度等于排出的鍋水溫度)相對于外部空間就是受熱面,就會在排污口管道表面結垢。同樣的原因,公共茶水間的開水器、家用電水壺以及工廠噴淋的出水口結垢都是屬于相對受熱面結垢。

3 結 論

鍋爐結垢的原因多種多樣,兩種不同材質(物質)的物體存在溫度差也是其中的一種。因此在鍋爐檢驗的時候要重點關注鍋爐水汽系統中有較大溫差的部位,檢查其結垢情況。只有這樣,才能全面準確了解鍋爐系統的運行狀況,才能保證鍋爐安全經濟穩定地運行。