热水锅炉防垢措施研究

魏天路　依红杰　于泳　王阳

摘要：通过分析热水锅炉结垢机理，提出强制提高受热面内水流的流速和降低循环水补水量两大防垢措施，探讨开展热水锅炉防垢研究的重要意义，为提高热水锅炉安全性提供理论借鉴。

关键词：热水锅炉；结垢机理；流速；补水量

中图分类号：TK228 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2016）03-0084-02

现有的热水锅炉防垢措施主要是对采暖补水进行软化处理或者对循环水进行加药处理。前者采暖补水量高低变化太大，水处理设备经常不能正常运行或者补水量太大，导致绝大多数热水锅炉用水不能达到《热水锅炉安全技术监察规程》规定的硬度指标。后者对热水锅炉防垢效果不佳，不能解决热水锅炉水冷壁管、八字管、前后拱管、后棚管和管板辐射受热面结垢问题。因此有必要寻求更有效、更经济、更实用的热水锅炉防垢措施，在使用自来水作为补水的条件下，延缓热水锅炉结垢导致爆管、炉筒鼓包和管板裂纹的时间。

分析热水锅炉结垢机理，认为热水锅炉有效防垢措施包括：强制提高受热面内水流的流速，控制辐射受热面不发生过冷沸腾，避免永久硬度的结垢；在炉筒的无管区增加下行管子，避免泥垢沉积导致炉筒鼓包；最大限度降低循环水补水量，避免暂时硬度引起的结垢。

1 热水锅炉防垢主要措施

1.1 提高受热面水流流速

根据流体力学和传热学原理，管子内流体流动的雷诺数计算公式为：Re=vd/u。式中：v为水流速度，m/s；

d为管子内径，m；u为在计算水温时水的运动粘度，m2/s。

当Re>100 000时，属于湍流光滑区上限。水在80 ℃时的运动粘度为0.365×10-6 m2/s，层流底层的厚度<12 mm，与钢管内表面的表面粗糙度相当，在整个截面上水温几乎一致。强制炉水流动，降低受热面金属表面的温度，可防止辐射受热面结垢。

1.1.1 方法与措施

1） 取消热水锅炉的集中下降管。取消热水锅炉的集中下降管，对50%的受热面管子安装引射喷嘴，这部分管子内水流自上而下流动，另外50%辐射受热面管子的水自下而上流动。即使其他条件不变，经过这样的处理后，辐射受热面管子内的水流量将比安装集中下降管的流量提高一倍。

通常认为热水锅炉受热面管子的水流方向只能自下而上流动，然而在引射喷嘴强制循环的条件下，受热面管子的水温才升高几摄氏度，由温差形成的动压头只有几帕，而引射水形成的动压头高达数百帕，相比之下由温差引起的动压头可以忽略不计。有的厂家采取引射法使部分水冷壁管的水流自上而下流动，成功解决了水火管热水锅炉爆管问题。

2） 改进引射嘴的性能，提高引射倍率。现有的热水锅炉在集中下降管安装引射装置，但结构极为简单，制造粗糙，引射倍率不高。提高喷嘴的制造和安装精度，增加引射倍率，可以在采暖循环水量不变的条件下增加通过受热面管子的水流量，从而达到提高流速防垢的目的。如果引射倍率提高3倍，则通过强制循环受热面的水量就是系统循环水量的4倍，保证流经辐射受热面管子水的流速超过防过冷沸腾的流速，达到防垢的目的。

1.1.2 防垢效果 上述措施可有效降低受热面内锅水的温度，使之不超过锅炉出水温度。用引射法提高受热面的水流速度，可以将管子内的水温控制在<80 ℃。锅炉进水通过给水分配管直接送到受热面管子进口，60 ℃的水与80 ℃左右的炉水靠引射喷嘴按1∶3混合后水温为75 ℃左右，锅水在下行管和上行管中被加热，到达上行管出口的水温升高不会超过2.5 ℃（因为炉膛受热面的吸热量<锅炉总吸热量的40%，而流经受热面的水量是系统循环水量的4倍，所以在管子内水温升高不会超过2.5 ℃），管子出口的水温在77.5 ℃左右。总之，靠热动力自然循环的热水锅炉是在强受热面管子内的水达到较高温度后产生热动力，使热水流动与未受热的水混合降低到出水温度，强受热面管子必然会结垢；而强制循环热水锅炉是使受热面管子内的水强制流动，锅水在较低的温度下混合达到出水温度。由于水温变化小，水中的暂时硬度在水流混合过程中析出，水垢悬浮物随水流到下集水箱，部分沉淀在下集水箱并不危害锅炉。而水中永久的硬度不会析出，可以使强受热面管减缓结垢。

解决强受热面防垢问题后，火管锅炉的烟管和水管锅炉的弱受热面对流管仍会有结垢现象，两者完全靠锅水的温差自然循环，难以采取措施强制锅水提高流速。然而，烟管结垢不会影响锅炉安全运行，因为一方面烟管属于外部结垢，水垢只影响传热效果不会阻塞管子；对于水管锅炉而言，进入对流管束的烟气温度已经降低，管子受热强度远低于强受热面受热强度，结垢速度减缓。实践证明，根据水质的不同，2～4 a洗一次烟管和对流管的水垢，就可以保持锅炉安全运行。

经验证明，管子内水的流速超过0.3 m/s，管子氧腐蚀现象显著下降。原因在于管子内水流流速高，游离氧不容易附着在管壁上。该防垢措施提高了管内流速，同时解决了管子氧腐蚀问题。

1.2 降低补水量

热水锅炉防垢、节能运行的最有效措施是降低循环水补水量。假设热水采暖系统完全不失水，那么在采暖初期灌注的循环水可以维持长时期运行，初期采暖带入的暂时硬度和溶解氧一旦消耗干净，就不会继续结垢和腐蚀。然而，热水采暖系统失水是不可避免的，通常供热管理部门规定补水量不超过循环水量的1.0%，管理条件较好的系统补水量可以控制在0.5%以下，而管理差的系统补水量远远超过1.0%。失水带走热量，浪费能源，补水带入硬度和溶解氧。对于热水采暖来说，失水多少就得补充多少，因此说失水是造成热水采暖系统结垢和腐蚀的根源。降低循环水补水量的措施是：1） 及时处理管道泄露；2） 不将循环水用做它用。3） 尽量减少热水锅炉排污。排污对热水热水锅炉来说害大于利，无论是锅炉水循环状态还是静止状态，都无法将沉积在锅炉底部的污物排出，排污只会增加系统的补水量。

2 热水锅炉防垢的意义

根据热水锅炉防垢措施设计新型防垢常压热水锅炉，直接使用自来水做热水采暖系统的补水而延缓结垢，与补水软化法防垢相比，有如下优点：

1） 热水锅炉防垢技术根据锅炉结构和采暖流程，采用纯物理措施防垢，效果可靠，不受人为因素影响；而热水锅炉补水软化法防垢受人因素影响大，在许多中小锅炉房无法正常实施。原因在于：热水锅炉补水量变化大，水处理设备不能适应或者满足系统补水量需求；管理者不重视热水锅炉的防垢，不配备操作人员，不供给食盐，使水处理设备处于停用状态；操作者操作不当，不能达到补水软化处理的目的。

2） 热水锅炉防垢技术不需要操作人员和运行费用，可降低运行费用。

3） 热水锅炉防垢技术仅是对锅炉的锅内进行改装，省去水处理设备，总投资比补水软化法少。

4） 很多常压热水锅炉房根本不采取任何防垢措施，放任热水锅炉结垢，导致爆管、锅筒鼓包和管板裂纹等事故屡见不鲜，不得不以换管、挖补锅筒、挖补板管，既影响热水锅炉寿命，又增加了维修费用。而热水锅炉防垢技术可避免此类事故。

5） 热水锅炉防垢技术从根本上解决了常压热水锅炉的爆管、锅筒鼓包、板管裂纹等弊端，比普通热水锅炉更加安全可靠，只要锅炉的炉排和辅机无故障，就可以长期安全运行。

6） 热水锅炉防垢技术使锅炉辐射受热面不结垢，降低了辐射受热面金属的表面温度，提高了传热性能和热效率。