魏天路　依紅杰　于泳　王陽(yáng)

摘要：通過(guò)分析熱水鍋爐結(jié)垢機(jī)理，提出強(qiáng)制提高受熱面內(nèi)水流的流速和降低循環(huán)水補(bǔ)水量?jī)纱蠓拦复胧接戦_(kāi)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(jī)理；流速；補(bǔ)水量

中圖分類號(hào)：TK228 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1161（2016）03-0084-02

現(xiàn)有的熱水鍋爐防垢措施主要是對(duì)采暖補(bǔ)水進(jìn)行軟化處理或者對(duì)循環(huán)水進(jìn)行加藥處理。前者采暖補(bǔ)水量高低變化太大，水處理設(shè)備經(jīng)常不能正常運(yùn)行或者補(bǔ)水量太大，導(dǎo)致絕大多數(shù)熱水鍋爐用水不能達(dá)到《熱水鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》規(guī)定的硬度指標(biāo)。后者對(duì)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(wèn)題。因此有必要尋求更有效、更經(jīng)濟(jì)、更實(shí)用的熱水鍋爐防垢措施，在使用自來(lái)水作為補(bǔ)水的條件下，延緩熱水鍋爐結(jié)垢導(dǎo)致爆管、爐筒鼓包和管板裂紋的時(shí)間。

分析熱水鍋爐結(jié)垢機(jī)理，認(rèn)為熱水鍋爐有效防垢措施包括：強(qiáng)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(guò)冷沸騰，避免永久硬度的結(jié)垢；在爐筒的無(wú)管區(qū)增加下行管子，避免泥垢沉積導(dǎo)致?tīng)t筒鼓包；最大限度降低循環(huán)水補(bǔ)水量，避免暫時(shí)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(xué)和傳熱學(xué)原理，管子內(nèi)流體流動(dòng)的雷諾數(shù)計(jì)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(jì)算水溫時(shí)水的運(yùn)動(dòng)粘度，m2/s。

當(dāng)Re>100 000時(shí)，屬于湍流光滑區(qū)上限。水在80 ℃時(shí)的運(yùn)動(dòng)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(dāng)，在整個(gè)截面上水溫幾乎一致。強(qiáng)制爐水流動(dòng)，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(duì)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(dòng)，另外50%輻射受熱面管子的水自下而上流動(dòng)。即使其他條件不變，經(jīng)過(guò)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(rèn)為熱水鍋爐受熱面管子的水流方向只能自下而上流動(dòng)，然而在引射噴嘴強(qiáng)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(dòng)壓頭只有幾帕，而引射水形成的動(dòng)壓頭高達(dá)數(shù)百帕，相比之下由溫差引起的動(dòng)壓頭可以忽略不計(jì)。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(dòng)，成功解決了水火管熱水鍋爐爆管問(wèn)題。

2） 改進(jìn)引射嘴的性能，提高引射倍率?，F(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(jiǎn)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(guò)受熱面管子的水流量，從而達(dá)到提高流速防垢的目的。如果引射倍率提高3倍，則通過(guò)強(qiáng)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(guò)防過(guò)冷沸騰的流速，達(dá)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(guò)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(jìn)水通過(guò)給水分配管直接送到受熱面管子進(jìn)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(dá)上行管出口的水溫升高不會(huì)超過(guò)2.5 ℃（因?yàn)闋t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(huì)超過(guò)2.5 ℃），管子出口的水溫在77.5 ℃左右?？傊?，靠熱動(dòng)力自然循環(huán)的熱水鍋爐是在強(qiáng)受熱面管子內(nèi)的水達(dá)到較高溫度后產(chǎn)生熱動(dòng)力，使熱水流動(dòng)與未受熱的水混合降低到出水溫度，強(qiáng)受熱面管子必然會(huì)結(jié)垢；而強(qiáng)制循環(huán)熱水鍋爐是使受熱面管子內(nèi)的水強(qiáng)制流動(dòng)，鍋水在較低的溫度下混合達(dá)到出水溫度。由于水溫變化小，水中的暫時(shí)硬度在水流混合過(guò)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(huì)析出，可以使強(qiáng)受熱面管減緩結(jié)垢。

解決強(qiáng)受熱面防垢問(wèn)題后，火管鍋爐的煙管和水管鍋爐的弱受熱面對(duì)流管仍會(huì)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(qiáng)制鍋水提高流速。然而，煙管結(jié)垢不會(huì)影響鍋爐安全運(yùn)行，因?yàn)橐环矫鏌煿軐儆谕獠拷Y(jié)垢，水垢只影響傳熱效果不會(huì)阻塞管子；對(duì)于水管鍋爐而言，進(jìn)入對(duì)流管束的煙氣溫度已經(jīng)降低，管子受熱強(qiáng)度遠(yuǎn)低于強(qiáng)受熱面受熱強(qiáng)度，結(jié)垢速度減緩。實(shí)踐證明，根據(jù)水質(zhì)的不同，2～4 a洗一次煙管和對(duì)流管的水垢，就可以保持鍋爐安全運(yùn)行。

經(jīng)驗(yàn)證明，管子內(nèi)水的流速超過(guò)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(shí)解決了管子氧腐蝕問(wèn)題。

1.2 降低補(bǔ)水量

熱水鍋爐防垢、節(jié)能運(yùn)行的最有效措施是降低循環(huán)水補(bǔ)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(zhǎng)時(shí)期運(yùn)行，初期采暖帶入的暫時(shí)硬度和溶解氧一旦消耗干凈，就不會(huì)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(bǔ)水量不超過(guò)循環(huán)水量的1.0%，管理?xiàng)l件較好的系統(tǒng)補(bǔ)水量可以控制在0.5%以下，而管理差的系統(tǒng)補(bǔ)水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)1.0%。失水帶走熱量，浪費(fèi)能源，補(bǔ)水帶入硬度和溶解氧。對(duì)于熱水采暖來(lái)說(shuō)，失水多少就得補(bǔ)充多少，因此說(shuō)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(bǔ)水量的措施是：1） 及時(shí)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(duì)熱水熱水鍋爐來(lái)說(shuō)害大于利，無(wú)論是鍋爐水循環(huán)狀態(tài)還是靜止?fàn)顟B(tài)，都無(wú)法將沉積在鍋爐底部的污物排出，排污只會(huì)增加系統(tǒng)的補(bǔ)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(jì)新型防垢常壓熱水鍋爐，直接使用自來(lái)水做熱水采暖系統(tǒng)的補(bǔ)水而延緩結(jié)垢，與補(bǔ)水軟化法防垢相比，有如下優(yōu)點(diǎn)：

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(bǔ)水軟化法防垢受人因素影響大，在許多中小鍋爐房無(wú)法正常實(shí)施。原因在于：熱水鍋爐補(bǔ)水量變化大，水處理設(shè)備不能適應(yīng)或者滿足系統(tǒng)補(bǔ)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(dāng)，不能達(dá)到補(bǔ)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(yùn)行費(fèi)用，可降低運(yùn)行費(fèi)用。

3） 熱水鍋爐防垢技術(shù)僅是對(duì)鍋爐的鍋內(nèi)進(jìn)行改裝，省去水處理設(shè)備，總投資比補(bǔ)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(dǎo)致爆管、鍋筒鼓包和管板裂紋等事故屢見(jiàn)不鮮，不得不以換管、挖補(bǔ)鍋筒、挖補(bǔ)板管，既影響熱水鍋爐壽命，又增加了維修費(fèi)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(jī)無(wú)故障，就可以長(zhǎng)期安全運(yùn)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。