淺談鍋爐水垢的形成及危害

蔡　敏

目前漳州市的工業(yè)鍋爐中約有40％無給水處理設(shè)施，尤其是小蒸發(fā)量鍋爐更為普遍。有些即使有水處理設(shè)備，也時有因操作管理不當(dāng)或無管理，而使水處理設(shè)施形同虛設(shè)。爐內(nèi)仍有不同程度的水垢形成。以2007年的漳州市的檢驗情況來看。水垢不合格的約占總檢驗數(shù)的60％以上，且有相當(dāng)一部份鍋爐的垢厚為1～3mm左右，有的竟高達8mm以上；這些爐不但耗能嚴(yán)重，而且嚴(yán)重危害到鍋爐的安全運行。下面從幾個方面來說明鍋爐水垢的產(chǎn)生及危害：

1、水垢的形成

含有雜質(zhì)的給水未進行處理就進入鍋爐，在鍋爐運行一定時間后，經(jīng)過不斷的蒸發(fā)、濃縮。當(dāng)鍋水中的雜質(zhì)(溶解固形物)的濃度達到飽和程度時，就會產(chǎn)生沉淀。粘附在鍋筒及管壁上形成一層白色硬皮，稱為水垢，水垢形成的主要原因是由于鍋爐給水中含有溶解度較小的鈣、鎂鹽類，也就是所謂硬度。

在鍋爐內(nèi)鈣、鎂鹽生成的沉淀物有兩種形式存在：一種是形成堅硬的水垢，牢固地附著于管壁及鍋筒壁上。還有一種是形成沉渣，沉渣可能粘結(jié)于壁上，也可能懸浮在水中，它又分為兩種：①流動性的沉渣；這種沉渣可用排污的方法排掉。②粘性的沉渣。易粘結(jié)于管子斜度小或水流速度低的地方，而形成二次水垢。

1.1初生水垢的結(jié)生過程

1.1.1受熱分解

含有硬度的給水進入鍋爐后，在加熱過程中，一些鈣、鎂鹽類由于受熱分解，使溶于水的物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔嗑Я?，附著于鍋爐鋼板上結(jié)為水垢。

1.1.2溶解度降低

一些如CaSO₄、CaSiO₃等結(jié)垢物質(zhì)。屬于具有負溶解度系數(shù)的物質(zhì)，即隨溫度的升高，溶解度降低，因此非常容易在蒸發(fā)面上溫度最高的部位沉積為水垢。

1.1.3相互反應(yīng)

給水中原來溶解度較低的鹽類，在鍋爐的個體條件下，和其他鹽類相互反應(yīng)，生成了難溶的化合物。

1.1.4水的蒸發(fā)、濃縮

由于鍋爐水的不斷蒸發(fā)、濃縮，水中溶解鹽的濃度不斷增大，當(dāng)達到過飽和程度時，在蒸發(fā)面上析出晶母或以原有的水垢顆粒為結(jié)晶中心。生長為水垢。

1.1.5金屬表面的離子化

潔凈的鍋爐蒸發(fā)面，由于金屬離子化(Fe0→Fe2+)，使鍋爐金屬表面帶負電符。而一些結(jié)垢物質(zhì)，常帶正電荷。這樣由于靜電吸引作用。使結(jié)垢物質(zhì)沉積在金屬表面而結(jié)生水垢。

1.2再生水垢的結(jié)生過程

再生水垢是指生成水垢的鹽類，在形成泥垢以后，重新附著于蒸發(fā)面上的產(chǎn)物。

1.2.1泥垢的轉(zhuǎn)化

鍋爐水中呈懸浮狀態(tài)的泥渣為泥垢：含有泥垢的物質(zhì)，如Mg(OH)₂、Mg₃(PO₄)₂等，性質(zhì)很粘，如排污不及時，很容易粘附在蒸發(fā)面上轉(zhuǎn)化為水垢。

1.2.2相互反應(yīng)

已形成的泥垢和水垢之間，或泥垢與金屬腐蝕物之間。在鍋爐蒸發(fā)面上的高溫條件下，進行了局部反應(yīng)，使泥垢轉(zhuǎn)化成了水垢，如：

CaCO₃+MgSiO₃→CaSiO₃↓+MgCO₃

泥垢水垢水垢

MgCO₃+H₂O→Mg(OH)₂+CO₂↑

水垢

1.2.3鍋爐運行狀況

鍋爐蒸發(fā)強度高、循環(huán)性能好，鍋爐水中的泥垢呈懸浮狀態(tài)。就難以轉(zhuǎn)化為水垢，如果鍋爐蒸發(fā)強度低、循環(huán)性能差。泥垢易沉積在蒸發(fā)面上，就比較容易轉(zhuǎn)化成水垢。

2、水垢的種類

2.1鈣、鎂水垢

在鈣、鎂水垢中，以鈣鎂鹽類為主。有時可達90％以上。按其成份又可分為碳酸鹽水垢、硫酸鹽水垢、硅酸鹽水垢和混合垢四種。

2.2氧化鐵垢

氧化鐵垢的主要成份是鐵的氧化物。其次有少量的金屬銅、銅的氧化物及鈣、鎂、硅和磷酸鹽。氧化鐵垢大都發(fā)生在大型鍋爐熱負荷最高的噴燃器和燃燒帶附近的管壁上。氧化鐵垢的外表面呈咖啡色。內(nèi)層呈灰色，垢下常有少量白色鹽類，銅及銅的氧化物在鐵垢中是均勻分布的。

3、水垢的危害

3.1水垢引起的傳熱損失

水垢的導(dǎo)熱系數(shù)比鋼鐵的導(dǎo)熱系數(shù)小幾十倍甚至幾百倍，使受熱面的傳熱性能變差，燃料燃燒所放出的熱量不能迅速地傳遞到鍋水中，使大量的熱量被煙氣帶走，造成排煙溫度升高。排煙熱能損失增加，使鍋爐的熱效率降低，而為了保持鍋爐的出力必須加大燃料的投入，提高爐膛和煙氣的溫度從而造成燃料的損失。從下表可以看出，當(dāng)垢厚在1mm時，燃料損失大約增加10％，我國目前大約有60萬臺工業(yè)鍋爐，消耗的燃料幾乎占我國煤炭總產(chǎn)量的1／3，若以50％的運行鍋爐結(jié)垢1mm厚的話，那么煤的損失量也是一項驚人的數(shù)據(jù)。

3.2由于結(jié)垢給鍋爐的安全運行帶來嚴(yán)重的隱患。

鍋爐如結(jié)有水垢，又要保持一定的出力，這樣只有增加火側(cè)的溫度才行。由下面“壁溫與水垢的關(guān)系”圖中可以看出，水垢越厚。導(dǎo)熱系數(shù)越差，鍋爐火側(cè)的溫度就得越高。經(jīng)試驗得出數(shù)據(jù)，對于工作壓力為1.37MPa的鍋爐，火側(cè)的溫度在900℃～1200℃之間，水側(cè)的溫度為197℃，在沒有結(jié)生水垢時的鍋爐鋼板溫度只有215℃～250℃。同類型的鍋爐。當(dāng)鍋爐鋼結(jié)有0.8-1.0毫米的混合水垢時，鋼板溫度比無垢時提高了134℃－160℃。20#鋼板當(dāng)達到315℃時，金屬的各項塑性指標(biāo)開始下降，當(dāng)達到450℃時，金屬會因過熱而蠕動變形。因此水處理不好，鍋爐結(jié)生水垢。很容易使鍋爐金屬應(yīng)力超過材料屈服限而產(chǎn)生事故或使鋼板燒壞。

例如：鍋爐水垢常常生成在熱負荷很高的水冷壁管上，因水垢的導(dǎo)熱性差，導(dǎo)致金屬管壁局部溫度大大升高。當(dāng)溫度超過金屬所能承受的允許溫度時，金屬因過熱而蠕變，強度降低。在管內(nèi)工作壓力下，金屬管會發(fā)生鼓包、穿孔和破裂，引起鍋爐管子的過熱和爆管事故。

3.3水垢導(dǎo)致金屬發(fā)生沉積物下腐蝕。

鍋爐內(nèi)有水垢附著的條件下，從水垢的孔、縫隙滲入的鍋水，在沉積的水垢層與金屬之間急劇蒸發(fā)。在水垢層下，鍋水中的溶解物可能被濃縮到很高的濃度。其中，有些物質(zhì)在高溫高濃度的條件下會對金屬發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕，如NaOH等。結(jié)垢、腐蝕過程相互促進，會很快導(dǎo)致鍋爐金屬的損壞，以致鍋爐發(fā)生爆炸事故。

3.4增加鍋爐的檢修量及運行成本。

鍋爐或熱力設(shè)備結(jié)垢后，安全運行的時間縮短，為了保證生產(chǎn)安全，避免生產(chǎn)中發(fā)生事故，不得不把鍋爐或熱力設(shè)備停下來進行檢修檢查。特別是由于水垢引起鍋爐的泄漏、裂紋、鼓包、變形、腐蝕等，迫使鍋爐不得不提前檢修，從而加大檢修費用增加鍋爐的運行成本。

以上分析以及我所往年檢驗報告的資料顯示，漳州市運行鍋爐受壓元件的修理事故顯示有80％以上是由于鍋爐結(jié)垢或鍋爐水質(zhì)等原因造成的，其直接造成的是鍋筒等受壓元件的變形、過燒、裂紋而導(dǎo)致鍋爐停產(chǎn)返修。其所造成的直接和間接經(jīng)濟損失是可想而知的。為了鍋爐的安全運行，為我國有限能源的充分合理利用，讓我們努力搞好鍋爐的水處理工作。防止和減少鍋爐水垢的產(chǎn)生。以保證鍋爐的安全運行。

編輯陳志華