提高蒸汽锅炉寿命的探讨李静.docx

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提高蒸汽锅炉寿命的探讨李静

提高蒸汽锅炉使用寿命的几点探讨

滨州技术学院李静256600

摘要：

本文主要探讨如何从采用热力除氧以及控制蒸汽湿度两方面，来提高蒸汽锅炉蒸汽品质、减少蒸汽锅炉腐蚀，确保锅炉安全经济运行，延长锅炉使用寿命的问题。

通过笔者实践经验，结合具体数据分析以及表格列举，浅谈一下对上述问题的几点看法。

关键词：

蒸汽湿度热力除氧腐蚀安全

一、前言：

目前发达国家的锅炉使用寿命平均30～50年，我国的锅炉使用寿命平均仅15年（劳动部文件）。

影响锅炉使用寿命的因素很多，对蒸汽锅炉而言，主要有：

氧腐蚀、锅炉负荷不稳定、蒸汽湿度过高造成汽水共腾、炉水PH植超出规定范围、锅炉水固溶物过度被浓缩、凝结水的腐蚀等等，本文仅就氧腐蚀及控制蒸汽湿度两方面问题做一下分析和讨论。

二、热力除氧对蒸汽锅炉的影响：

在蒸汽锅炉的设计与运行中，通常要求大于等于6t/h的蒸汽锅炉给水应采用热力除氧，其目的在于提高给水温度、降低含氧量，减少腐蚀，提高锅炉效率，延长锅炉使用寿命。

但在锅炉实际安装运行中，由于种种原因存在着一些用户不采用热力除氧过程，直接将未经除氧处理的水作为锅炉给水，这将影响到锅炉出力，而且还将严重影响到锅炉的使用寿命。

下面仅以8t/h燃气蒸汽锅炉为例，就相关情况详述如下：

（一）在锅炉运行中，采用冷水给水时，锅炉热效率不变，出力将下降。

计算如下：

1．锅炉规范：

额定蒸发量：

D=8t/h

蒸汽压力：

P=1.25Mpa

给水温度：

t=105℃

饱和蒸汽温度：

tbq=194℃

2．锅炉结构型式：

锅炉采用卧式内燃湿背火管四回程结构，受热面积高达245m2，汽空间为2.66m3，蒸发面积为9.85m2，锅炉正常水位时的水容积为15.54m3。

3．锅炉有效利用热：

Q=D×（Ibq-Igs-rw/100）+Dp×（Ibh-Igs）

D——锅炉蒸发量

Ibq——饱和蒸汽焓（1.25Mpa时，Ibq=2786.6kJ/kg）

Igs——给水焓（105℃时，Igs=441.1kJ/kg；15℃时，Igs=62.97kJ/kg）

r——汽化潜热（1.25Mpa时，r=1964.2kJ/kg）

Dp——锅炉排污量（按5%计）

W——汽带水率（取4%）

Ibh——饱和水焓（1.25Mpa时，Ibh=822.5kJ/kg）

当采用105℃给水、锅炉蒸发量为8t/h时，锅炉有效利用热为：

Q=Da×（Ibq-Igs-rw/100）+Dp×（Ibh-Igs）

=8000×（2786.6-441.1-1964.2×4/100）+5%×8000×（822.5-441.1）

=1.83×107kJ

当采用15℃给水时，锅炉有效利用热仍为Q=1.83×107KJ，则锅炉蒸发量Db由下式可得：

Q=1.83×107=Db×（2786.6-62.97-1964.2×4/100）+5%×Db×（822.5-62.97）

Db=6.8t/h

所以使用冷水时锅炉出力下降1.2t/h。

试验证明：

该锅炉在满负荷运行时，经热工测试其出力不足7t/h。

（二）蒸汽锅炉水质要求中“含氧量”系指氧在水中的溶解度。

它取决于水温和水面上气体中氧的含量。

气体在水中的溶解度与水的温度有关，在一定压力下，提高水温可使溶于水中的气体溶解度降低。

当水加热到沸点时，溶于水中的气体溶解度就等于零。

热力除氧就是这个道理。

由于锅水中存在大量的溶解氧，便形成强烈的腐蚀剂，对锅炉金属元件造成强烈的化学腐蚀：

1、在电化学腐蚀中，氧是阴极“去极化”剂：

O2+4e—+2H2O→4OH—。

氧具有夺取电子的能力，当锅水中氧浓度不均匀时，高氧浓度和低氧浓度部位的金属产生电位差，从而发生电化学腐蚀。

2、当存在足够多的氧气时，氧和水会破坏金属表面的紧密保护膜（保护膜为Fe（OH）2），生成三价铁沉淀：

4Fe（OH）2+O2+2H2O→4Fe（OH）3↓。

水温与含氧量的关系如图一所示，当水温在15℃时，含氧量约为7毫克/公斤。

而锅炉腐蚀的速度与侵入氧气量有关。

如图二所示，当含氧量为7毫克/公斤时，腐蚀速度为1.05克/米2小时。

金属表面被腐蚀后，金属要减薄，锅炉的有效厚度降低，影响到锅炉的安全运行，或使设备的使用寿命大大缩短。

（三）锅炉使用冷水运行时，金属材料忽冷忽热，而且由于温差很大，使金属材料的内应力峰值增大（振幅增大），耐疲劳寿命降低，从而影响了金属材料的使用寿命。

通过上述分析可见，采用热力除氧非常必要。

在锅炉日常安装运行当中，热力除氧这一环节不容忽视。

三、蒸汽湿度对蒸汽锅炉的影响

绝大部分工业锅炉无过热装置的饱和蒸汽锅炉，蒸汽湿度普遍较高，品质恶化，严重时,导致汽水共腾，长期困惑锅炉安全经济运行，控制蒸汽湿度势在必行。

下面就水质碱度、蒸汽流速两方面因素对蒸汽湿度的影响，做了重点分析，结合科学的运行管理，有效控制蒸汽湿度，减少腐蚀，提高锅炉寿命。

（一）降低水质碱度

锅水的碱度，影响蒸汽湿度，对改善受压元部件的工况也有着重要意义。

1、含盐量、水质硬度、碱度对蒸汽品质的影响，见表一：

由此看来：

凡源水品质差，锅水碱度、氯化物分析数值高，蒸汽湿度明显增高，以至汽水共腾。

2.改善水质状况的途径：

1）优选投资合算，给水水质状况相适宜的水处理工艺设计

电渗析水处理技术

H-OH一级除盐水处理工艺。

H-Na离子交换水处理工艺。

上述水处理工艺虽能除碱、除硬等，但投资大，工艺复杂，操作技术要求高，能处理高含盐量源水，在6T/H以上容量工业锅炉使用较广泛。

2）小型工业锅炉除碱工艺的探讨

a、6T/H以下容量工业锅炉常选用Na离子软化工艺，锅水高碱度运行是常见通病，选择Na离子软化加酸法处理，工艺简单，运行成本低兼，确能降低给水碱度，存在给水含盐量增加，易腐蚀部分给水管道缺点，操作时应注意。

给水含盐量明显增加时，用“套水”操作法，调整锅水含盐量。

给水保持一定的残余碱度1.5—2.0mmo1/L间。

加酸系统极易腐蚀，且选用塑料管阀。

应有简易除CO2气体装置，见图一。

工字管Dg25,开孔8-10，开孔参数100-240个。

b、续排污装置。

可明显降低锅内的碱度，2T/H以上锅炉宜选用，建议:

设计连续排污膨胀器分离蒸汽引入软水池加热工艺，见图一，除CO2及部份溶解氧气体，改善给水腐蚀条件。

c、2T/H以下工业锅炉运行管理条件较差，可选用“套水”操作方法，无需投资，亦可收到降低锅水含盐量及碱度良好效果。

上述三种锅水降碱技术措施，可提高蒸汽品质，延长锅炉使用寿命，操作方便简单，比较适应面大量广小型工业锅炉降低锅水碱度技术操作，但需要严格的管理制度及经济约束措施作保证。

（二）蒸汽流速

实践中：

有的工业锅炉给水碱度在2.5mmo1/L以下，锅水碱度在16.0mmo1/L以下，而蒸汽湿度大于3%，有的甚至超过5%，此时，应考虑蒸汽流速，即汽水分离器设计工作效果，主汽管、分汽缸的功能匹配。

1、汽水分离器设计与流速

工业锅炉汽水分离器的设计，属二次分离装置，设置于汽室顶部，输汽管入口处。

常选用的结构型式如下：

a、三角槽式汽水分离器，是波形板分离器技术改造后的工艺设计。

见图二，开孔参数见表二。

b、集汽管式汽水分离器。

又分汽孔型和隙逢型，常选用的汽孔型集汽管分离器，见图三、图四。

汽孔开孔与蒸汽流速建议参数表，见表二

上述的汽水分离器开孔参数，蒸汽流速数值的设计计算，可控制改善饱和蒸汽的湿度，汽孔布设应遵循远密近疏原则。

锅壳式汽水分离器，是集汽管分离器技改的，采纳离心分离原理，分离效果较佳，值得推广，见图五。

2、主汽管及分汽缸的选择

由于市场经济效益的驱动，主汽管规格与资料设计要求“瘦一圈”的现象也出现了，分汽缸与锅炉配备的“减肥”现象时有出现，甚至用氧气瓶集箱管

改制，此“节约方式”与有关安全技术法规不符，应于禁止，易导至本体外汽水分离效果明显减弱。

笔者对主汽管分汽缸选用提出建议参数，见表三：

a、分汽缸筒体长L、壁厚S、封头R、H等参数，参阅有关资料。

b、先用“A”型分汽缸，蒸汽主管设置于分汽缸中间为好。

c、主汽管、分汽缸需作保温措施。

d、分汽缸应有疏水装置。

上述分汽缸筒体D、主汽管DN参数，与有关资料中的参数相比之是略大些，但实践中，稳定蒸汽流速、工作压力，汽水分离工作效果明显，可靠。

（三）运行管理机制

1、运行操作中的锅水水位控制

锅水高水位，导至汽室间间隙狭小，蒸汽带水现象明显加剧，极易形成汽水共腾，故水位保持中水位最佳，采用多次少量进水操作技巧。

2、运行操作中的排污率（量）的调整

a、排污率的计算:

选用下例确定排污率。

　此式易掌握，只需作水质的碱度测定即可，适用范围锅水碱度〈=30mmo1/L,锅水碱度数值〉30mmo1/L时，应佐以“套水”措施，此法比其他公式计算简便、实用。

b、排污量的操作，见图六。

结论

我国的工业锅炉（含热水锅炉）中只有50～60%有除氧措施，可见，很大一部分锅炉，特别是中小型低压锅炉没有除氧设备，能正常运行的除氧设备更是少数，使锅炉设备和热力系统的氧腐蚀严重，影响了锅炉的使用寿命和安全运行。

因此，除氧势在必行，应引起高度的重视。

对于另一大影响锅炉的使用寿命和安全运行的因素：

蒸汽湿度，通过本文所述：

锅水碱度调控于国标范围，蒸汽流速稳定，科学的运行管理制度,无需资金投入,均能使蒸汽湿度明显降低及正常，对锅炉安全经济运行也有着积极意义。

参考文献

1、《工业锅炉手册》天津科技出版社李之光范柏樟主编1988、3

2、《工业锅炉房常用设备手册》机械工业出版社王宗林主编1995.10

3、《工业锅炉水质》GB1576-2001

4、《锅炉水处理监督管理规则》