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一、結生水垢
水在鍋內受熱后沸騰蒸發,其結果為水中的雜質提供了化學反應和不斷濃縮的條件。如碳酸氫鈣受熱分解產生沉淀,其反應式為Ca(HCO3)2=Caco3↑+CO2↓+H2O;而CaSO4就隨溫度升高其溶解度下降。隨著鍋水不斷蒸發濃縮,水中的雜質就達到飽和,便有固體物質析出,所析出的固體物質,如果縣浮在鍋水中,就稱水渣;如附在受熱面上,則稱水垢。
鍋爐是一種熱交換設備,它是起到將燃料燃燒時放出的熱量傳遞給水,從而產生蒸汽。如果水質不良,受熱面上就形成水垢,水垢的生成會極大地影響鍋爐導熱能力。物體的導熱能力通常用導熱系數來表示的,導熱系數越大,說明導熱能力強。從下表可以看出:
鋼鐵與各類水垢的導熱系數比較
鋼鐵及水垢成份導熱系數(瓦/米開)與鋼鐵比較
鋼鐵47-52
硫酸鹽0.58-2.33約1/80-1/100
碳酸鹽0.47-0.70約1/80-1/100
硅酸鹽0.27-0.47約1/100-1/200
油垢0.12約1/400
煤灰0.06-0.12約1/400-1/800
水垢的導熱系數比鋼鐵的導熱系數小數十倍到數百倍。因此,鍋爐結垢產生以下幾種不良后果:
1、浪費燃料:鍋爐結垢時,使受熱面傳熱性能變差,燃料燃燒放出的熱量不能迅速地傳遞到鍋水中,大量的熱量被煙氣帶走,造成排煙溫度升高,熱量損失增加,鍋爐的熱效率降低。這種情況下,為保持鍋爐的額定參數就必須投放更多的燃料,以提高爐膛和煙氣溫度,因此造成燃料的浪費。燃料消耗增加與受熱面上的水垢厚度關系如右圖所示。從圖中可看出如果結
有1毫的水垢,則浪費10%的燃料,假設一臺鍋爐一年內燒300噸煤,如僅結生1mm的水垢,就浪費30噸煤。
水垢厚度與燃料消耗增加曲線
2、受熱面損壞:
結有水垢的鍋爐,因為傳熱性能變差,燃料燒放出的熱量不能迅速傳給水,導致爐膛和煙氣的溫度進一步升高。因此,受熱面兩側的溫差增大,爐管的溫度升高。當受熱面金屬的溫度超過正常工作條件的溫度時,稱為金屬過熱。水垢的種類和厚度不同,受熱面金屬升溫也不同,見右圖:
壁溫與水垢厚度的關系
1硅酸鹽水垢2碳酸鹽水垢
例如,蒸汽壓力為0.1Ma的鍋爐,
在無垢進行時,管壁溫度為280℃,
當結有1毫硅酸鹽水垢時,壁溫可
高達680℃。此時鋼板強度自4.0
MPa降至1.0MPa,在鍋爐壓力下,爐管發生鼓包,甚至爆破。另外,金屬溫度升高會使金屬伸長。1米長的爐管每升高100℃伸長1.2毫米,這對于沒有伸縮余量的受熱面變會引起爐管的龜裂。此外,爐管結垢后,增加管內水循環阻力,破壞了正常的鍋爐水循環,也容易造成爐管過熱。
從鍋爐事故分析中得出,鍋爐的事故由于結垢而引起的占有相當大的比例。如我市流源化工廠一臺KZG2-1.25MPa的鍋爐投用一年多就發生了鍋筒底部嚴重鼓包,水冷壁管爆管事故。由此可見鍋爐結垢而造成危害的嚴重性。
3、鍋爐出力降低:
鍋爐結垢后,由于傳熱性變差,要達到鍋爐的額定工作參數,就需要多消耗燃料。但隨著垢的厚度增加,而爐膛容積和爐排面積是一定的,燃料消耗也受到限制。因此,鍋爐的出力就會降低。
4、造成人力、物力、財力的浪費:
鍋爐結生了水垢,就需清除才能保證鍋爐的安全經濟運行。除垢就要消耗人力、物力、財力,如酸洗不當或酸洗頻繁,會影響鍋爐使用壽命。
二、腐蝕
水質不良對鍋爐另一危害是引起金屬腐蝕,其后果如下:
1、金屬構件破損:
水中的溶解雜質如O2、CO2等,會使鍋爐產生腐蝕、酸腐蝕,使金屬構件變薄、凹陷、甚至穿孔,影響鍋爐安全運行,縮短鍋爐使用年限。
2、增加鍋水中的結垢成份:
金屬腐蝕的產物主要是鐵的化合物,容易與其它雜質結成水垢。鐵垢的傳熱性能更差。
3、產生垢下腐蝕:
含有高價鐵的水垢,易與之接觸的金屬發生反應,從而使金屬腐蝕,其反應式為:2Fe3++Fe=3Fe2+。而鐵的腐蝕產物又易重新結垢,重新腐蝕,這惡性循環,它加速鍋爐構件的損壞。
三、汽水共騰
蒸汽鍋爐鍋筒內的水滴被蒸汽大量帶走的現象稱為汽水共騰。引起汽水共騰的原因:一方面是由于操作不當。如蒸汽閥門開啟過快,鍋爐水位過高;用汽量突然增加,鍋爐超負荷運行等。另一方面是由于鍋爐水中的雜質造成。當鍋水中含有較高的氯化鈉、磷酸鈉、油脂或鍋水的有機物與堿作用發生皂化時,在鍋水沸騰蒸發過程中,液面就會產生泡沫,泡沫破裂后分離出很多的水滴,這些含鹽量很多的水滴不斷被蒸汽帶走,而發生汽水共騰,其危害如下:
1、蒸汽受到嚴重污染;
2、過熱器管和蒸汽管道積鹽,嚴重時堵管;
3、使水位計內充有汽泡,造成液面分辨不清;
4、產生水錘作用,易造成管路蒸汽系統連接處損壞;
5、易引起蒸汽閥、回水彎頭等部位的腐蝕。
由上述可見,水質不良會造成鍋爐結垢、腐蝕、汽水共騰,危及鍋爐的安全經濟運行。因此,我們一定要認真鑄好鍋爐的水處理工作,使其水質達到國家GB1576的標準要求,確保鍋爐安全經濟運行。