摘   要：从一种典型锅炉入手，分析水循环故降原因，提出解决办法和改进措施。通过对SZW4.2一0.7
- 95/70 – AⅡ型热水锅炉的进水方式的改变，使得水冷壁内水的流速尽量达到或接近安全流速，使目前频繁爆管的现象有所改观或彻底解决这个问题。
    关键词：热水锅炉,水循环故障,分析,改造
    1   前言
    在邯郸市的区域集中供热锅炉房内，分布着许多自然循环式热水锅炉，结构型式有单锅筒纵置式、双锅筒纵置式和横置式等，燃烧设备主要是链条炉排，设计煤种大多为各类烟煤，出力一般在1.4一7.OMW之间。冬季运行中，锅炉受热面管变形、爆管等水循环故障时有发生，严重影响了安全运行和正常采暖，同时造成经济损失。本文从一种典型锅炉入手，分析水循环故障原因，提出了解决办法和改进措施。
    2  问题的提出
    某厂目前有邯郸市锅炉厂生产的SZW4.2 -0.7-95/70-AII型热水锅炉一台，经过水动力的校核，该锅炉水冷壁的上升管内的水速不超过0.12m/s，在正常情况下，这样的水速是可以的，水冷壁的安全是有保证的。由于水中的悬浮物和总硬度指标严重超标，在较低的水速下，管内的强受热区域和液气相变处很快形成水垢层，这是导致爆管的主要原因。
    3  分析
    在热水锅炉受热面管的横截面上，水温分布是不一样的，管壁处水温较管中心水温高，因此可能在某管的截面上，当主体水温尚未达到饱和温度tbh时，管内壁温度tb却已超过了饱和温度。两者之差达到一定值时，在管内壁开始生成汽泡，发生汽化，汽泡与欠热水再接触时，即冷凝消失，称为过冷沸腾。
    3.1 过冷沸腾的危害
    过冷沸腾发生时，管内壁汽化处水的盐类蒸浓后易结生水垢。水垢越厚，管内流通截面越小，管内壁越粗糙，流阻越大，进入管内的水流量越少，汽化、结垢现象愈加严重。垢层的持续增厚会使热阻不断增大，最终造成管壁超温，出现过热变形，甚至过热爆管。
    通过对典型锅炉管的受热分析可导出避免发生过冷沸腾的条件。锅炉运行时，受热面管内壁温度tb是高于流体温度的，可按式（1)计算：
       tb＝t＋q/a
       式中 t一流体（欠热水）温度，℃；
       q一管内壁上的传热热流密度，kW/m2 ;
       a一管内壁向欠热水的对流换热系数，kW/( m2•℃）。
       在热水锅炉工作温度范围内，a 按式(2)计算：
       a=(8.29＋0.0522t）（wp)0.8/dn0.2×10-3(2)
       式中（wp）一受热面管的质量流速，kg/( m2•s);
       dn一管内径，m。
    当管内壁温度tb达到水的饱和温度tbh时，并不立即发生过冷沸腾。只有当两者之差增大到一定值时，才可发生。能发生过冷沸腾的最小（tb一tbh)值，称为管壁过热度，用△tgr表示，其值为
       △tgr=1.875q0.3p0.15 (3)
       或 △tgr＝Cpq0.3 (4)
       式中 p一水的绝对压力，MPa;
       Cp一压力系数，可查表求得。
       为避免发生过冷沸腾，要求tb留有5℃的裕度，即
       tb＜tbh＋△tgr -5 (5)
        综合式(1)~(5)，可得：
       a>q（tbh-t）+(Cpq0.3-5) (6)
       或（WP）＞｛gdnn0.2× 103/(8.29＋0.0522t）［（tbh-t）＋（Cpq0.3-5) ]｝1.25 (7)
       令（WP) min＝{gdn0.2 ×103/(8.29＋0.0522t）[(tbh-t) + (Cpq0.3-5)])}1.25 (8)
    则要求（WP)> （WP) min (9)
    在热水锅炉正常工况下，有△tgr = Cpq0.3=5.6--8.8℃，因而式（7)中的(Cpq0.3-5)可以忽略不计而且偏于安全。
    于是可以认为：（WP) min ∝[q/( tbh-t)1.25]
    式中的q, t, （WP)均为同一地点的数值。由式(9)可知，热水锅炉运行时，要使某受热面管避免发生过冷沸腾，管内水的质量流速（WP）必须大于其最小质量流速（WP) min 。
    3.2 水质因素的作用
    （工业锅炉水质》标准规定，热水锅炉补给水硬度为0 .6mmol/L，相当于蒸汽锅炉的20倍。热水锅炉发生过冷沸腾时，管内汽化处的工况类似于蒸汽锅炉，尽管水质达标，相对蒸汽锅炉却超标，过冷沸腾处仍要结生水垢。当水质恶化时，水垢大量结生，使变形、爆管加速。若按蒸汽锅炉标准要求水质，水处理费用难以负担。
    综上所述，发生过冷沸腾是产生锅炉受热面管变形、爆管等水循环故障的根本原因。过冷沸腾容易发生在锅炉管热流密度最大处及水温最高处，避免自然循环热水锅炉发生水循环故障的根本办法是设法将发生过冷沸腾部位受热面管的质量流速提高到一定值。
    4  改造的思路和方案
    按常规的思路，解决问题的最终办法就是彻底改变目前的水质不合格，通过增加水处理沉降设备的方法，消除悬浮物。因为从现场的情况看，悬浮物的超标使得大量的泥沙将软化水的树脂包住，使树脂与原水的交换难以进行，同时又导致软水的硬度超标。因此一旦解决了悬浮物超标的问题，其他的问题也就迎刃而解。但从用户的实际情况来讲，解决原来的悬浮物问题是相当困难的，不但有技术问题，又有资金和其它方面的问题，因此，还必须从锅炉的适应能力入手，提高锅炉的循环安全，增加流速，防止因水的停滞和流速过低而造成结垢和悬浮物贴壁的现象。
  按目前的设计，该锅炉的水冷壁内的水速是无法保证的。从热水锅炉的设计角度来讲，只有管内流速达到0.4m/s以上时，锅炉的水循环才能保证安全。本改造就是从这一原则出发，改变锅炉的进水方式，使得水冷壁内水的流速尽量达到或接近这个指标，使目前的爆管频繁的现象有所改观或彻底解决这个问题。[资产管理]
    5  改造实施的技术关键
    (1)如图1所示，根据热水锅炉辐射与对流受热面换热的特点和要求，改变上进水的自然循环方式为下进水的强制循环与上进水的自然循环相结合的联合进水方式。在热水锅炉辐射受热面采用强制循环，即热网回水经进水阀座、分水连接管、左右集箱、水冷壁、一次上升管进入锅筒。同时，维持对流管束的自然循环，利用对流管束前后烟温不同，管内工质密度不同形成自然循环；辐射受热面的强制循环与对流受热面的自然循环组成强制与自然并联循环方式。该强制循环回路遇到突然停电时，强制循环会自动转换成自然循环，原理是位于炉膛两侧的水冷壁管与位于炉后部分对流管束，前后烟温不同，水冷壁管内工质密度不同，停电后自动转换成自然循环。这样能有效地防止热水锅炉由于突然停电而造成的汽化水击。

图1双锅筒纵置式示意图

    (2)合理分配水冷壁和对流管束的水流量，使之能够满足水循环的要求。同时，还要保证水冷壁在停电情况下的安全。这一问题的解决要通过在原下降管内设置合理的节流圈来完成。节流圈的设计既要能满足循环的要求，又能满足加阻力的要求，起到单向阀的作用。
    (3)对炉膛内上升管束进行合理分配和重新布置，在不影响炉膛传热的前提下，减少管子数量，以利于提高水速。
    6 效果
    该锅炉经改造后，杜绝了炉膛内管束的爆管现象，使得对流管束后侧的管子寿命亦大为延长。现已经过三个采暖期的考验，仍能够安全运行。
    参考文献
    [1] 张宝康，等．工业锅炉实用手册[ M] ．江苏：江苏科学技术出版社，1991.
    [2] 张传聚．热水锅炉原理与设计[ M]．山东：山东科学技术出版社，1997.
    [3] 范柏樟．工业锅炉的自然循环〔M]．北京：国防工业出版社，1987
    [4]上海工业锅炉研究所．工业锅炉技术手册[ M] . 1982.
    [5] GB1576-2001．工业锅炉水质[S].
    作者简介：高俊如（1969-），女，讲师，在读硕士，长期从事热能与动力工程专业的教学与研究工作。