1、 化学工程与装备 2023 年 第 5 期 192 Chemical Engineering&Equipment 2023 年 5 月 锅炉结垢风险分析 锅炉结垢风险分析 周 兵（广东省特种设备检测研究院顺德检测院，广东 顺德 528313）摘 要：摘 要：锅炉水质是承压蒸汽锅炉的血液，合格的水质是确保锅炉安全运行的必要条件。水质长期不合格，易导致锅炉受热面水侧积垢，浪费燃料，破坏受热面金属壁温两侧温差超出材料许可温度范围，破坏锅炉水循环；锅炉长期在严重积垢下运行，会导致水冷壁管、锅筒金属材料失效失稳，过热鼓包、变形、泄漏、甚至爆炸。文中从传热学角度分析了一起蒸汽锅炉积垢案例的缘由和解决方案，
2、对蒸汽锅炉积垢处理有很强借鉴作用。关键词：关键词：锅炉结垢；水质合格；材料失效失稳；爆炸 锅炉是工业生产的主要动力来源之一，锅炉水质是蒸汽锅炉的血液，水质质量会直接影响锅炉安全运行，血液一旦出现问题会直接缩短锅炉安全运行寿命1-7。对某大型纺织企业一台在用额定蒸发量为 35t/h 蒸汽锅炉内部检验时，在进行水冷壁割管分析检验中发现水冷壁管内壁结垢严重，对其进行垢含量测量分析，所割水冷壁管向火侧含垢量为893.5g/m2，背火侧含垢量为 887.3g/m2（见图 1），均超过了 DL/T 794-2012火力发电厂锅炉化学清洗导则中所规定的 600g/m2的标准参考值，结垢程度已达到需进行化学清
3、洗的处理要求。该炉型号为 UG35/3.82-M19，运行参数为：额定蒸汽压力为 3.82MPa，额定温度为 450的热电联产锅炉，于 2001 年 9 月投入使用。同时该企业另有 3 台同型号锅炉在运行中，也有类似情形。图 1 水冷壁管结垢情况 图 1 水冷壁管结垢情况 1 问题原因及风险分析1 问题原因及风险分析 1.1 问题原因 对水冷壁管内垢样进行 X 射线荧光能谱分析，结果如下：表 1 X 射线荧光光谱垢样分析 表 1 X 射线荧光光谱垢样分析 试验方法 X-荧光能谱法 序号 垢样成分 所占垢样百分比（%）序号 垢样成分 所占垢样百分比（%）1 Fe 5.43 8 Cl 0.06 2
4、 Na 6.66 9 Ca（以 CaO 计）21.42 3 Si（以 SiO32-计）18.19 10 K 0.15 4 Al 0.81 11 Ni 0.00 5 Mg（以 MgO 计）5.43 12 Cu 1.81 6 S（以 SO42-计）2.88 13 P（以 PO43-计）33.11 7 Mn 0.19 14 其他 8.60 结合上表检测数据和该炉每月进行的水汽监督检验数据以及该炉实际运行情况综合分析得出锅炉结垢主要原因为：1.1.1 给水直接采用江水 企业从节省成本角度考虑，直接采用锅炉房外的江水作为原水，因江水中含泥砂较重，且附近江水已受到上游印染行业的污染，故江水中 Ca2+、M
5、g2+、SiO32-、PO43-含量较高。水源水质并不稳定，尽管水处理设备系统中也包含了预处理设备，但由于投用时间过长且时有故障，导致进入后续软化设备的原水水质很难长期保持稳定，易导致锅炉水质硬度升高，使金属壁受热面水侧结垢。1.1.2 锅炉运行时间长 通过走访调查及查阅锅炉档案资料，发现该锅炉自2001 年投入使用至今已接近 20 年，运行时间已达 15 万小时；除日常维护、日常水汽质量监督及例行停炉维护外，并未进行化学清洗等处理措施。1.1.3 水处理系统运行管理不力 该炉补给水系统一直采用流动床软化工艺，查询记录水处理系统在过去几年中曾出现过多次故障，导致锅炉给水多次较长时间内硬度连续超
6、标，易导致结垢且垢样中钙、镁化DOI:10.19566/35-1285/tq.2023.05.024 周 兵：锅炉结垢风险分析 193 合物成分比例较高。1.1.4 水处理工艺效果不佳 由于流动床软化的水处理工艺仅能对锅炉给水进行软化处理，对于其它离子的去除（如钠离子、硅酸根等）效果不佳。查询锅炉水汽质量报告显示，该企业四台在用锅炉的蒸汽质量长期处于不合格状态，其中钠离子、二氧化硅等均超标，故也导致垢样中硅酸盐含量偏高。1.2 风险分析 锅炉受热面水侧结垢会产生下列风险：（1）锅炉水冷壁管、锅筒在未结垢时，由于钢的导热系数大，金属外壁受热后能很快传导给内壁流体介质，炉管内外壁温相差约为30，而
7、炉管内壁壁温又与管内介质温度接近，故炉管壁温（内外壁温平均值）不会很高。如热传导公式：Q=KAT/d 式中：Q:吸收热量 K：介质导热系数 W/mK，水垢K值约为金属材料的几十分之一至数百分之一；A：传热面积；T：两介质间温度差；d：两介质间热量传递距离。当炉管内壁结垢严重时会降低锅炉和热交换设备的传热效率，增加热损失，影响正常生产，引起水冷壁管、锅筒金属壁过热，强度降低，危及安全运行。因锅炉受热面一般使用碳素钢，金属壁温允许在420以下，而锅炉正常运行过程中，金属壁温一般在280以下。若1.25MPa锅炉受热面结垢达1mm，内外壁温差达到200；当垢厚达到3mm，内外壁温差会达到580，远超
8、受热面管金属壁的允许使用温度，此时钢材的抗拉强度就会从3.92MPa下降到0.98MPa，易导致锅炉受压元件在内压作用下发生过热鼓包、变形、泄漏、甚至爆炸。（2）破坏锅炉水循环系统。循环系统有强迫循环和自然循环，前者主要是靠压力泵的机械动力作用而迫使其循环，后者主要是靠上升和下降管汽水比重差异产生的压力差而进行的水循环。当锅炉受热面水侧结垢，会使管内有效流通截面积减少，增大介质流动阻力，破坏正常水循环系统，使得金属壁向火面壁温升高，如管路完全被堵死，水循环则完全被阻止，金属壁温会远超金属材料极限允许运行温度，会发生失稳爆管事故，而水冷壁管均匀分布在炉膛内，吸收辐射热，在向火面高温区易发生鼓包、
9、弯曲、泄漏、甚至爆管。（3）浪费燃料，降低锅炉热效率。锅炉受热面水侧结垢后，受热面的传热性能变差，燃料燃烧时所放出的热量不能迅速传递给炉内介质，大量热量被烟气带走，造成排烟温度升高，增大排烟热损失，使得锅炉热效率降低。相关实验数据表明，当垢厚达1.5mm，要多消耗8%的燃料，当垢厚达5mm，要多消耗15%的燃料，当垢厚增至8mm，燃料浪费量将超过34%。（4）由于水垢导热性差，严重结垢还会导致垢下腐蚀，垢下高度浓缩的锅水环境也会促进其他形式的腐蚀发生，加上高热的环境可能导致金属壁发生鼓包，穿孔，泄漏甚至爆管事故。（5）该炉为热电联产锅炉，锅炉受热面水侧积垢严重会影响到蒸汽质量，蒸汽品质不良会影
10、响汽轮机的安全运行，导致汽轮机积盐，影响汽轮机叶片安全使用寿命长短，降低发电效率并腐蚀汽轮机部件，严重时会发生汽轮机飞车事故，对人身安全和经济财产会造成重大威胁。2 防范处理措施 2 防范处理措施 2.1 化学清洗 采用化学清洗方法进行除垢，可选用酸洗也可选用碱煮，若采用酸洗除垢需邀请有化学清洗资质的公司进行清洗。由于锅炉使用时间较长且结垢严重，垢样中又含有大量硅酸盐水垢，所以清洗方案一定须谨慎，避免洗伤甚至洗穿锅炉本体，且整个清洗过程接受监督检验。若选用碱煮进行除垢，由于垢厚、硬且结垢时间长，需选用一套切实可行的清洗方案，多次碱煮方式进行除垢。2.2 加强水处理系统监督运行 确保锅炉水汽质量
11、符合GB/T12145-2016 火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量 的相关要求，并施加合适种类的除垢剂，在线进行除垢。2.3 升级改造水处理工艺。需更新预处理设备，确保预处理系统正常稳定运行，使原水水质保持稳定，选用具有全面除盐功效的水处理工艺，如阴-阳床一级除盐、反渗透、EDI、混床等水处理工艺。锅炉水质是锅炉安全运行的血液，一旦水质不合格，必然会影响锅炉安全运行。水质不合格易使锅炉受热面水侧积垢，积垢越重易引起锅炉安全运行事故发生，需选取合适有效方法进行处理。参考文献 参考文献 1 候祥松,史翊翔,杨景标.煤粉锅炉水冷壁结垢腐蚀情况及其原因分析J.电站系统工程,2007(2):26-28,70.2 林国康,陈定熊.工业锅炉防垢实例J.工业水处理,1990(10):39-40.3 杜跃义.热水锅炉结垢结渣的原因及对策J.煤炭技术,2009(4):28-29.4 冯丽峰,宋欣,王旭,等.热水锅炉受热面腐蚀原因分析与预防J.石油化工设备,2010(6).5 腾金水.深析工业热水锅炉结垢的原因及防治对策J.现代制造技术与装备,2010(3):57-58.6 张丽娟.热水锅炉结垢的危害与防治J.中国新技术新产品,2009(12):107 7 谢君雄.浅谈锅炉结垢的原因及处理措施J.科技创新与应用,2015(15):135.
