汪艳华，张柄雷，邵春文

　　主要从事特种设备安全检验与节能研究工作。

　　锅炉水质与安全经济运行汪艳华，张柄雷，邵春文（广东省特种设备检测院顺德分院，广东顺德528300）状，简述了工业锅炉水处理原理；利用传热学原理计算了结垢对锅炉运行经济性、安全性的影响。建议杜绝直接以江水作锅炉水源的做法，作好水处理工作，同时加强排污水和凝结水的回收利用。

　　0前言蒸养灰砂砖是替代实心粘土砖的一种新型墙体材料，是以石灰和砂为主要原料（砂90、石灰10左右），经坯料制备、压制成型、蒸压养护而成的实心或空心灰砂砖。珠三角地区河砂资源丰富、城市建设步伐快，灰砂砖生产企业取得了较快的发展。

　　顺德现有灰砂砖建材生产企业15家，普遍存在锅炉出力不足、能效低、频繁爆管现象。本文在对上述灰砂砖企业锅炉运行情况进行调查的基础上，从传热学角度分析了水质对锅炉运行经济性的影响，并给出了运行整改措施，以期为相关企业锅炉运行提供。

　　1锅炉运行分析被调查锅炉全部为链条炉排锅炉，额定蒸发量为4~16t/h不等，司炉工实行12小时班制，一般司炉工仅于每班上岗时排污一次。水处理采取锅内水处理，通常添加除垢剂和硫酸铝混凝剂等，但由于缺乏加药操作知识，操作带有盲目性。锅炉排污不科学，高硬度给水未经有效处理导致锅炉水侧结垢严重。1.1锅炉定期检验分析对这些灰砂砖企业锅炉定期检验发现不少锅炉有堵管现象，锅筒、集箱、水冷壁管、对流管等水侧普基金项目：广东省科技厅科技计划项目（2008B010800032），广东省省部产学研项目（2008B090500211）。

　　遍存在严重结垢现象，积垢一般在2. 5mm以上，部分锅炉水冷壁管、对流管甚至积垢7~11mm.部分锅炉运行不满五年即被迫更换所有承压管路。水垢呈灰白色，垢质坚硬，多数呈层状结构且纹理清晰，如所示。

　　水冷壁管结垢状况图对水垢进行分析发现，水垢难溶于水，微溶于0.1mmol/L的稀硫酸，易溶于2.或18的盐酸，仅余约12的粉末状残渣不溶。水垢在酸溶液中的溶解过程伴随大量连续气泡产生，对锅水水样做酚酞试验未显红色，初步判断水垢成分以碳酸盐水垢为主，带有少量硅酸盐水垢。

　　1.2锅炉水质与结垢分析灰砂砖企业主要生产原料为河砂，90以上的灰砂砖厂建在江边堤围附近，用户为图方便且节省自来水费用，锅炉给水以江水为水源。生水经水泵抽至澄清池简单沉淀，经离子交换处理后供锅炉使用。由于江水水质复杂，泥沙携带量大且无必要的过滤等前处理程序，导致离子交换装置频繁失效，部分企业后放弃离子交换装置，将沉淀后的江水直接供锅炉使用，完全依靠锅内水处理。由于水源水度、溶解固形物、锅水pH值等超标，这势必引起锅质差且未经有效水处理程序，水质监测表明这些企炉严重结垢、排污率升高和汽水品质恶化，进而导致业锅炉水质常年不达标，主要是给水硬度、锅水总碱锅炉热效率下降。表1为部分锅炉水质监测数据。

　　表1锅炉水质监测数据表序号给水硬度矣给水pH值（25C）锅水总碱度矣24溶解固形物3注：为超标数据。

　　给水硬度主要由水中Ca2+、Mg2+形成，天然水中溶解有重碳酸盐、硫酸盐、硅酸盐等盐类，其中以Ca（HCO3）2、Mg（HCO3）2多也不稳定，受热易分解生成微溶性碳酸盐，例：Ca（HCO；）2=CaC3i+民0+CO2丨。在锅炉水中，能形成水垢或水渣的离子见表2.0°C时CaCO3溶解度只有20mg/L，且与一般盐类不同，其溶解度随温度升高而降低，因此极易在锅炉水侧换热表面结晶析出形成水垢。这些企业水质硬度严重超标，锅炉结垢情况也就可想而知了。

　　表2形成的水垢或水渣2水质对锅炉运行的影响由于水垢导热性能很差，必将影响锅炉安全、经济运行。对某灰砂砖厂SZL15―1.6―An链条炉排锅炉进行了能效测试2，该锅炉热效率低的主要原因就是水侧污垢热阻过大导致传热性能下降，大量热量随高温烟气排掉；另外，结垢导致钢管过热而强度下降，运行偏离设计工况，易出现过烧、爆管等问题。

　　水质不合格还可能使锅炉汽水品质恶化、金属腐蚀、排污率增大等，这些都对锅炉安全、经济运行有重要影响。

　　2.1水质对锅炉运行热效率的影响如表3所示，水垢导热系数仅为钢铁的七分之―到千分之一0，不同水垢因其化学成分和存在状态不同导热性能亦不同。考虑到所调查锅炉水垢以碳酸盐为主，混有少量硅酸盐水垢，计算中导热系数取混合水垢大值0.81WmK）。仅以锅炉对流管单位面积上热量传递为例，有水垢与无水垢的热量传递关系可由下列传热学公式估算。

　　总传热量总传热系数传热面积传热温差―――分别为对流管烟气侧、水汽侧传热系数―分别为管壁厚和水垢厚度――分别为钢管和水垢导热系数由公式（1）、（2）可知，当除水垢厚度和水垢导热系数外，其他参数不变的情况下，水垢厚度82越大或水垢导热系数A2越小则总传热系数K越小，有效换热量Q越小。当存在1mm厚水垢时，设相关参数为：4T=垢导热系数A2 =5800Wm2K），则Q有/Q无0.942，当水垢厚度为3mm、5mm、mm时，该值分别为由此可见，同样温差及设备条件下，水垢的出现使锅炉传热效率迅速降低。实际换热效率将因水垢导致的水汽管有效流通面积减少而更低。因此，锅炉结有水垢时，锅炉受热面的传热性能恶化，燃料燃烧所放出的热量不能有效传递到锅炉介质中，大量的热量被烟气带走，造成排烟热损失增加，通常使锅炉出力和蒸汽品质同时降低，锅炉的热效率降低。

　　运行与管理锅炉水质与安全经济运行经测定，锅炉受热面结1mm水垢，燃料消耗要增加8~10，与计算结果基本相符H.表3水垢与锅炉钢导热系数对比成分导热系数“Wm4K4）对比钢铁钢铁碳酸盐水垢硫酸盐水垢硅酸盐水垢混合水垢此外，5的计算表明排污率和汽水共腾对锅炉热效率的影响很大。对4中数据计算，排污率为10和15时该锅炉热损失为1. 61和2.42，超过其自身散热热损失；蒸汽湿度为1和3时该锅炉运行热效率分别为66. 99和65.67；两项参数导致锅炉热损失增加0.81个百分点和1.32个百分点，锅炉浪费燃料2.56~3.20. 2.2结垢对锅炉安全性的影响由于水垢导致锅炉运行热效率、出力降低，为了维持锅炉出力，司炉工通常会增加锅炉鼓引风风量和燃料量，来提高炉膛温度增强换热。以48mmX7mm管结垢1mm和3mm为例，因换热面积减少为原换热面积的95.12和85.36，欲使其换热能力与无水垢工况相同，按式（1）、式（2）计算可知管子壁温分别上升58.4°C和195.1°C.6表明，运行压力1MPa的锅炉水冷壁结垢3mm时壁温将由280C升至580°C，导致钢材抗拉强度相应由400MPa降至100MPa，而一般锅炉管使用温度为350C以下，因一般低碳钢350C以上就达到屈服点，50C以上发生蠕变，这说明锅炉频繁爆管的内因正是锅炉水垢超标。

　　3建议工业锅炉属高耗能特种设备，仅仅是做好水处理工作这一块，每年的节能量亦相当可观，企业应严格按1576―2008〈工业锅炉水质管理水质7.基于顺德地区灰砂砖行业锅炉现状，提出以下建议：杜绝将江水简单处理即作锅炉给水的做法。

　　应以自来水或经有效处理的工业水为水源，经水处理合格后方可作为锅炉给水使用。对于低压锅炉水处理，可选用三塔流动床水处理设备，对生水进行阳离子交换处理，运行期间辅以锅内水处理，以保证硬度、锅水总碱度、溶解固形物、锅水pH值等各项指标达到GB/T 1576―2008〈（工业锅炉水质要求。

　　合理排污。排污是水处理的一个重要环节，对于12小时一班的班次，每班应至少底部排污两次，以排除底部沉积物；期间根据锅水取样化验结果，如总碱度、溶解固形物等有超标时再增加表面排污，以确保锅水合格。

　　回收利用蒸汽凝结水或排污水。灰砂砖行业凝结水为蒸汽与灰砂砖直接接触式换热凝结而成，凝结水浊度、溶解固形物、碱度等参数都很高，其回收可采用换热器回收的方式，这种方法简单易行；或采用闪蒸技术初步回收二次蒸汽热，并对闪蒸后的凝结水进行化学水处理后作为锅炉给水，这种方法热能回收比高，但工艺复杂，初投资高。实施凝结水、排污水回收，可实现燃料和给水双重节约，同时减少了烟气排放量，因此，凝结水回收利用既有经济效益又有环保效益。

　　建议有条件的用户采用反渗透水处理技术8，。反渗透水处理技术去除Ca2+、Mg2+的同时能有效除盐，对原水中各类离子脱除率一般可达95 ~98，经二级反渗透处理的水质能实现总硬度约为0pmol/L，电导率不超过5ps/cm，二氧化娃含量不超过100pg/L，使锅炉实现无垢运行，降低排污率减少能耗。

　　4结论水处理工作对锅炉运行有重要意义。为实现工业锅炉经济、安全运行，应杜绝直接以江水作锅炉补给水的作法。锅炉应配备有效的锅外水处理装置，同时做好锅内水处理、合理排污工作。有条件的用户建议采用反渗透水处理技术。使用单位应提高司炉工节能意识和作业水平，同时加强凝结水和排污水的回收利用，进一步降低能耗。H