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              浅析热水锅炉结垢的危害与措施

              2021-07-26  来自: 江苏润利锅炉有限公司 浏览次数:119

                  锅炉是工农业生产和人民生活中广泛使用的特种设备,是生产蒸汽或热水的设备之一,其传能介质是水。锅炉用水水质的好坏,对其安全运行及能源消耗有很大的影响,当锅炉用水不合要求时,锅炉受热面就会产生水垢,因而不仅浪费大量的燃料,还会危及锅炉的安全运行。

              一、热水锅炉结垢的机理

              什么叫锅炉结垢?水在锅内受热沸腾蒸发后,为水中杂质提供了化学反应和不断浓缩的条件。当这些杂质在锅水中达到饱和时,就有固体物质产生。产生的固体物质,如果悬浮在锅水中就称为水渣;如果附着在受热面上,则称为水垢。水垢的形成是一个复杂的物理化学过程,其原因有内因和外因两个方面,一是水中有钙、镁离子及其它重金属离子存在,是水垢形成的根本原因也叫内因;二是固态物质从过饱和的炉水中沉淀析出并粘附在金属受热面上,是水垢形成的外因。当含有钙、镁等盐类杂质的水进入锅炉后,吸收高温烟气传给的热量,钙、镁盐类杂质便会发生化学反应,生成难溶物质。随着炉水的不断蒸发逐渐浓缩,当达到需要的浓度时,析出物就会成为固体沉淀析出,附着在锅炉受热面上,形成一层“膜”,阻碍热量传递,这层“膜”被称之为水垢。

              二、锅炉结垢的危害

              1)锅炉结垢对传热过程的影响


              在锅炉受热面不结水垢的情况下,其传热较好,此时单壁导热的热量可按下式计算。

              c

              式中:H —— 受热面积  m2

                     t —— 壁厚  m

                       tb—— 相应壁温 

                       Q —— 传热量  kj/h

              例如:δ=0.008m, tb1=350℃, tb2=315℃,传过的热量为:


              若受热面结水垢,其传热情况如果1a),此时传热量Q按下式计算:


              ——分别为钢材和水垢的厚度m;

              ——分别为钢材和水垢的导热系数

              如果水垢0.001m,则其传热量将下降为


              由上面的实例可见,我们对比结垢前后的传热量的数值(积灰情况相同),传热量显著下降,如需保持同样的传热量,则增加燃料量,就要浪费能源,倡导的节能政策相违背,而且此时热阻增加,壁温将升高为:

              通过锅炉结垢前后壁温的比较,温度相差95℃。锅炉受热面使用的钢材,一般为碳素钢,在使用过程中,允许金属壁温在450℃以下,锅炉在正常运行时,金属壁温一般在280℃以下。当锅炉受热面无垢时,金属受热后能很快将热量传递给水,此时两者的温差约为95℃。但是,结了水垢的锅炉,由于传热性能变差,燃料燃烧的热量不能迅速地传递给锅水,致使炉膛和烟气的温度升高。因此,受热面两侧的温差增大,金属壁温升高,强度降低,如果金属受热面温度超过钢材的允许温度,这时钢材的抗拉强度就会下降,锅炉在内、外在条件下,发生过热鼓包、变形、泄漏、爆管等严重事故。

              锅炉水垢的种类很多,其导热系数相差很大,如硅酸盐水垢的较小,为0.3~0.84,其温升更大,危险性更大,碳酸盐水垢较大,为3.1~21,锅炉结垢后,使受热面的传热性能变差,燃料燃烧所放的热量不能及时传递到锅水中,大量的热量被烟气带走,造成排烟温度过高,排烟若损失增加,锅炉热效率降低,为保持锅炉额定参数,就多投加燃料,浪费燃料(水垢1.5mm时,燃料量增加6% 5mm时,燃料增加15% 8mm时,则增加34%。),使金属过热还会引起水循环破坏,腐蚀,化学情况浪费人力、物力缩短锅炉寿命等一系列恶果,应尽量做到无垢或薄垢运行才能实现节省能源。

              2)锅炉结垢对锅炉腐蚀的影响—垢下腐蚀

              锅炉水中结垢悬浮物、胶体、无机盐等杂质在锅炉受热面上饱和析出沉淀,形成泥渣、水垢,如果泥渣、水垢中含有高价铁,随便受热面温度升高,使渗透在沉淀物下面的锅水急剧蒸发浓缩,导致各种杂质浓度升高所造成的腐蚀称为垢下腐蚀。产生垢下腐蚀有以下几种情况。

              1、垢下腐蚀的电化学腐蚀。

              当在锅炉受热面产生的水垢、水渣等沉淀物中含有氧化铁和氧化铜等杂质时,这些氧化铁、氧化铜电位高,成为阴极;而金属壁面电位低,成为阳极。阳极的铁离子不断溶于炉水中,与氧化铁和氧化铜反应生成新的高价氧化铁。

                 同时,当炉水浓缩时,可造成炉水的浓度差,这时管壁之间,管壁与管内沉积物之间,可形成浓差电池作用加速垢下腐蚀。

                    2、垢下腐蚀的碱性腐蚀

              当锅炉受热面表面有附着有水垢或水渣等沉淀物时,因其传热性能远远差于金属受热面,所以沉淀物下的金属受热面壁温升高,使沉积物与金属壁面之间的锅水浓缩,且不易与沉积物之外的锅水均匀混合,当锅水中含有游离的(NaOH)时,当锅水的PH值大于13时,金属壁面的氧化保护膜被NaOH溶解,电化学腐蚀加剧,形成碱腐蚀。

              反应产物能够溶解于高PH值溶液中。

                    当金属壁面的保护膜被溶解后,金属就被裸露在水垢下的高PH值锅水中,会发生反应:反应生成的与炉水中的生成如下反应:

                    由于不稳定,容易进一步和水中的作用生成腐蚀产物

                当锅水中含有氯化镁和氯化钙,在沉淀物下的氯化镁、氯化钙与锅水发生反应形成氢氧化镁、氢氧化钙以及盐酸,使PH值降低,可直接与受热面钢板发生反应


                     如果锅炉受热面有坚硬、致密水垢存在,通过上式反应产生的氢不能扩散出去,则会渗入钢材与碳钢中的碳化铁发生反应,造成钢材脱碳,使金相组织发生变化,会形成微小晶间裂纹。

              4、防止发生垢下腐蚀的措施

                    通过上述对垢下腐蚀掌握了解总结出以下两点就能防止发生垢下腐蚀。

              1)  新炉煮洗能使锅炉受热面形成保护膜

              新炉的煮洗不仅可以清除锅内的氧化铁等杂质,还可以在金属表面形成一层具有耐蚀性的保护膜,反应机理如下:

              在金属表面形成的保护膜,其厚度只有几微米。

              2)  在日常运行中的管理

              要防止氧化铁垢下腐蚀,关键是不使金属表面形成氧化铁垢,锅炉停炉、检修期间,应及时煮炉和清除锅炉内各种水垢及腐蚀产物,并做好锅炉设备保养。

              三、水垢的预防(在这项中可提到某些优化系统)

              为了防止锅炉水垢的产生,一般采取锅炉内水处理和锅炉外水处理的方法。

              1)锅炉内水处理是向锅炉内投加一些化学药剂,使其也锅炉内的(主要是钙、镁盐类物质)发生化学或物理变化,而生成松软的水渣,并通过排污的方法达到预防锅炉结垢的目的。

              2)锅炉外水处理是利用离子交换软化设备将含有杂质的水软化后,达到锅炉用水的水质要求后再进入锅炉,达到预防锅炉结垢的目的。

              四、水垢的清除

              1)  机械除垢法

              2)  酸洗除垢法

              3)  碱煮除垢法 

              关键词: 锅炉   热水锅炉   措施     

              本公司专业设计、制造电站锅炉、工业锅炉、导热油炉锅炉和压力容器等。

              销售部:0519-86151623 

               


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