給水管道內(nèi)置鍋爐水取樣冷卻器的安裝與使用

      給水管道內(nèi)置鍋爐水取樣冷卻器的安裝與使用，工業(yè)鍋爐傳統(tǒng)鍋水取樣冷卻器由于受型式限制，常用自來水(生水)作為冷卻介質(zhì)，導(dǎo)致冷卻器結(jié)垢失效；由于用后的冷卻水回收困難，致使用過的冷卻水及含熱量大量損失。研制的新型鍋爐水取樣冷卻器是在蒸汽鍋爐給水管道內(nèi)置冷卻芯管，采用鍋爐給水(軟化水)冷卻鍋水水樣。因此具有給水(冷卻水)量大、不結(jié)垢、冷卻水直接為鍋爐給水使用的特點(diǎn)。
1傳統(tǒng)鍋爐水取樣冷卻器的使用現(xiàn)狀及隱憂
      鍋爐水取樣冷卻器出水質(zhì)量事關(guān)鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。因此，國家在鍋爐相關(guān)安全技術(shù)規(guī)范《鍋爐水處理監(jiān)督管理規(guī)則》、《蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》和《熱水鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》中都規(guī)定：額定蒸發(fā)量大于等于1t/h的蒸汽鍋爐和額定熱功率大于等于0.7MW的熱水鍋爐應(yīng)配置鍋水取樣冷卻器。根據(jù)對山東省棗莊市現(xiàn)有工業(yè)鍋爐鍋水取樣冷卻器的配置狀況與效果檢測統(tǒng)計(jì)，當(dāng)前工業(yè)鍋爐配置鍋水取樣冷卻器只為應(yīng)配鍋爐臺(tái)數(shù)的61%,而取樣達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的僅占安裝數(shù)量的21%。鍋爐檢驗(yàn)檢測機(jī)構(gòu)每年投入大量的人力和物力檢測，但由于傳統(tǒng)鍋水取樣器的形式與性能，取出的鍋水水樣代表性差造成檢測的鍋水?dāng)?shù)據(jù)失去了真實(shí)性，從而不能準(zhǔn)確測定鍋水防垢、防蝕和鍋爐排污指標(biāo)。
      無論是實(shí)行手動(dòng)調(diào)溫的鍋水取樣冷卻器還是實(shí)行自動(dòng)調(diào)溫的傳統(tǒng)鍋水取樣冷卻器，由于在鍋爐房內(nèi)要作為一個(gè)獨(dú)立的裝置安裝，勢必造成冷卻水采用軟化水困難及回收用過的冷卻水和熱量困難，迫使鍋爐用戶常采用自來水作為冷卻介質(zhì)。全國自來水總硬度大小不一，如山東省棗莊市自來水總硬度已在10mmol/L以上，因此用自來水作冷卻水雖然成本低卻會(huì)導(dǎo)致冷卻器快速結(jié)垢失去冷卻效果。
2新型鍋爐水取樣冷卻器的研制與應(yīng)用
      長期從事鍋爐水處理檢驗(yàn)檢測工作發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前在用工業(yè)鍋爐給水現(xiàn)狀為：一是在額定蒸發(fā)量大于等于1t/h的蒸汽鍋爐和額定熱功率大于等于0.7MW的熱水鍋爐已普遍采用軟化水作為鍋爐給水，而軟化水的特點(diǎn)是受熱后不結(jié)垢或少結(jié)垢；二是額定蒸發(fā)量小于10t/h的蒸汽鍋爐和和額定熱功率小于7MW的熱水鍋爐由于未進(jìn)行鍋爐給水熱力除氧，其給水溫度一般不大于25℃,因此為在這些蒸汽鍋爐給水管道內(nèi)置冷卻芯管，使給水(軟化水)流經(jīng)芯管外壁冷卻芯管內(nèi)流動(dòng)的鍋水水樣提供了可能和基礎(chǔ)。芯管選用無縫不銹鋼管制造，內(nèi)置雙(多)芯使雙(多)介質(zhì)通過，芯管有U型芯管和螺旋型芯管，U型芯管內(nèi)側(cè)可聯(lián)接2~3個(gè)紊流環(huán)，使水流產(chǎn)生沖擊并穩(wěn)固多介質(zhì)芯管如圖1所示。芯管分接鍋水來樣管和出水取樣管，鍋水進(jìn)入芯管前接有調(diào)節(jié)閥，以便啟閉和調(diào)節(jié)鍋水流量。
      1-聯(lián)接法蘭，2-冷卻器管殼：3-芯管1,4-芯管2;5-內(nèi)置意流環(huán)；6-給水取樣管閥；7-芯管2進(jìn)水閥：8-芯管2出水管；9-芯管1出水管；10-芯管1進(jìn)水管。
      此外，考慮到用戶鍋爐給水池一般設(shè)置在地下，帶來給水取樣不便。為此，新型取樣器門在另一端設(shè)置了給水快捷取樣管。研制出的給水管道內(nèi)置多全介質(zhì)鍋水取樣冷卻器與傳統(tǒng)取樣器相比具有以下6個(gè)優(yōu)勢：
      1)節(jié)能降耗，無冷卻水和熱能損失；
      2)給水(冷卻水)量大，冷卻效果好；
      3)軟化水沖刷芯管，無結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)，冷卻效果持久；
      4)一器多用，實(shí)現(xiàn)鍋爐房內(nèi)多臺(tái)鍋爐取樣共享；
      5)鍋爐取樣冷卻器隸屬于給水管道部件，兩端用法蘭聯(lián)結(jié)使拆裝方便且不占用鍋爐房內(nèi)面積；
      6)鍋爐制造公司可以將此產(chǎn)品作為鍋爐部件出廠，徹底改變了鍋爐取樣冷卻器現(xiàn)狀。
3熱力計(jì)算(含節(jié)水節(jié)熱能)
3.1換熱量(節(jié)約熱能)的計(jì)算
      工業(yè)蒸汽鍋爐高使用壓力一般不大于1.6MPa,此時(shí)鍋水對應(yīng)的溫度為204℃。按照GB/T6907—2005《鍋爐用水和冷卻水分析方法水樣取樣方法》規(guī)定，水樣水溫應(yīng)不大于40℃,水樣流量在700mL/min左右。設(shè)取樣水溫為40℃,進(jìn)行多介質(zhì)取樣時(shí)均實(shí)行分時(shí)取樣，水流量選1000mL/min,則每小時(shí)流出的水量為60×1=60kg,查資料得1.6MPa對應(yīng)的飽和鍋水焓i=865kJ/kg,冷卻到40℃時(shí)水焓i?=167kJ/kg,則每小時(shí)放熱量：Q=60×(i?-i?)=60×167=48884kJ/kg。
3.2冷卻給水量的校核
      設(shè)年度給水平均溫度為t?=25℃,給水(冷卻水)吸熱后的高升溫t?=40℃,則需用冷卻(給水)量M?為：M?=Q/c×(t?-t?)=10020/(40-25)=668kg。由于新型鍋水取樣冷卻器安裝在額定蒸發(fā)量大于等于1t/h的蒸汽鍋爐給水管道內(nèi)，其給水量皆大于等于1000kg/h,所以冷卻水量滿足要求。
3.3單根芯管長度的計(jì)算：
      由于所選芯管為φ6×1mm(內(nèi)徑d=4mm)無縫不銹鋼管，鍋水流量為A=60kg/h,芯管進(jìn)口水溫ty=204℃,出口水溫t,=40℃;給水管道內(nèi)給水(冷卻水)水溫t=25℃。假設(shè)：換熱過程無能量損失，芯管內(nèi)壁溫度tw=30℃芯管內(nèi)平均水溫為t=(ty+tr)/2=(204+40)/2=122℃取t?=120℃為定性溫度，查表可得：λr=0.686W/(m·℃),γ;=0.252×10?m2/s,Pr?=1.47p=943.1kg/m3,c?=4.25KJ/(kg·c)μ;=237.4×10-6kg/(m·s)tw-30℃時(shí)查表得μ=801.5×10~kg/(m·s)設(shè)芯管內(nèi)鍋水流速度為u(m/s),則：A=3600×πd?/4×u×pu=A/(3600×πd2/4×p)-60/(3600×3.14×16×10?/4×943.1)=1.4m/sRe;=ud/yr=1.4×4×102/0.252×10)=2.22×10?>10^因此，處于旺盛紊流區(qū)。Nur=0.027Re?0.8Pr1/3(μr/μw)0.14=0.027×(2.22×10)0.8×1.471/3×[(237.4×10?)/(801.5×10)0.14=77.7換熱系數(shù)α=Af/d×Nu;=0.686×77.7/(4×103)=13326W/(m2·℃)芯管內(nèi)水每小時(shí)的總換熱量為：Q=Acp(t,-tr)=60×4.25×(204-40)=41820kJ/h同時(shí)Q=α×π×d×L×(t?-tw),則：L=Q/[a×π×d×(t?-tw)]=11617/[13326×3.14×4×103×(120-30)]=0.771m=771mm
4制造工藝及應(yīng)用情況
      根據(jù)上述計(jì)算，單根芯管選用長度不應(yīng)小于771mm,芯管制作時(shí)考慮工藝余量等，選取單根芯管長880mm。芯管可制作成兩種形式，一是U型芯管形，二是螺旋芯管形，U型芯管制作容易，螺旋芯管制作較難，可根據(jù)管殼選擇。芯管制作時(shí)，兩端應(yīng)留有合適長度以便伸出殼外和鍋水來樣管、取樣管聯(lián)接。為提高取樣器的安全可靠性，取樣器外殼選用20*無縫鋼管，兩端聯(lián)接的法蘭應(yīng)由持證承壓焊工焊接，焊口采用全焊透結(jié)構(gòu)。為便于芯管裝配，其管殼外直徑不宜低于57mm。芯管間配置的紊流環(huán)，選用不銹鋼管制作。
      鍋爐取樣冷卻器管殼長度應(yīng)根據(jù)芯管的數(shù)量與布置形式選取，長度可選600mm,兩端配置標(biāo)準(zhǔn)法蘭，法蘭端面距內(nèi)置芯管端面宜保持30~50mm距離，以便芯管裝配。U型芯管采用十字或米字布置形式為宜，芯管間加2~3個(gè)紊流環(huán)，作用是強(qiáng)化水流沖擊并穩(wěn)固芯管；螺旋形芯管以分段布置為好。經(jīng)10余臺(tái)大于等于1t/h的蒸汽鍋爐上應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)，經(jīng)實(shí)用效果監(jiān)測符合GB/T6907—2005《鍋爐用水和冷卻水分析方法水樣取樣方法》規(guī)定的水樣水溫不大于40℃,水樣流量不小于700ml/min要求。
      綜上所述，蒸汽鍋爐給水管道內(nèi)置鍋爐取樣冷卻器，具備冷卻效果好、體積小、節(jié)水、節(jié)熱(能)等特點(diǎn)，為鍋爐安全提供了一種經(jīng)濟(jì)、可靠的取樣裝置和方法。此外，新型取樣冷卻器給水快捷取樣管的設(shè)置，也方便了用戶對給水質(zhì)量的檢測控制。