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》