鍋爐形成水垢原因及其處理措施

劉焱

（北安熱電有限公司，黑龍江 北安 164039）

1 水垢的形成及性質(zhì)

水垢的形成是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程，其原因有內(nèi)因和外因兩個(gè)方面。一是水中有鈣、鎂離子及其它重金屬離子存在，是水垢形成的根本原因也叫內(nèi)因；二是固態(tài)物質(zhì)從過(guò)飽和的爐水中沉淀析出并粘附在金屬受熱面上，是水垢形成的外因。當(dāng)含有鈣、鎂等鹽類雜質(zhì)的水進(jìn)入鍋爐后，吸收高溫?zé)煔鈧鹘o的熱量，鈣、鎂鹽類雜質(zhì)便會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成難溶物質(zhì)析出。隨著爐水的不斷蒸發(fā)逐漸濃縮，當(dāng)達(dá)到一定濃度時(shí)，析出物就會(huì)成為固體沉淀析出，附著在鍋筒、水冷壁管等受熱面的內(nèi)壁上，形成一層“膜”，阻礙熱量傳遞，這層“膜”稱之為水垢。

水垢的組成或成分是比較復(fù)雜的，通常都不是一種單一化合物，而是以一種化學(xué)成分為主，并同時(shí)含有其它化學(xué)成分。按其水垢的化學(xué)成分，一般可分為碳酸鹽水垢、硫酸鹽水垢、硅酸鹽水垢、氧化鐵水垢、含油水垢、混合水垢及泥垢等幾種。

水垢是一種導(dǎo)熱性能極差的物質(zhì)，僅為鍋爐鋼材的十分之一到數(shù)百分之一（鋼材的導(dǎo)熱系數(shù)為 46.5～58.2w/m.k），是“百害之源”。在各種水垢中，硅酸鹽水垢最為堅(jiān)硬，導(dǎo)熱性能非常小，容易附著在鍋爐受熱面最強(qiáng)的蒸發(fā)面上，是危害最大的一種水垢。

2 水垢的預(yù)防

要保證鍋爐不結(jié)垢或薄垢運(yùn)行，就要加強(qiáng)鍋爐給水處理，這是保證鍋爐安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。預(yù)防水垢生成，通常采用下列方法來(lái)預(yù)防：

鍋內(nèi)水處理。此法主要是向爐水中加入化學(xué)藥品，與爐水中形成水垢的鈣、鎂鹽形成疏松的沉渣，然后用排污的方法將沉渣排出爐外，起到防止（或減少）鍋爐結(jié)垢的作用。爐內(nèi)加藥水處理一般用于小型低壓火管鍋爐。鍋內(nèi)水處理常用的藥品有：磷酸三鈉、碳酸鈉（純堿）、氫氧化鈉（火堿、也稱燒堿）及有機(jī)膠體（栲膠）等。加藥時(shí)，應(yīng)首先將各種藥品配制成溶液，然后再加入鍋爐內(nèi)。通常磷酸三鈉的溶液濃度為5～8%，碳酸鈉的溶液濃度不大于5%，氫氧化鈉的濃度不大于1～2%。加藥方法有定期和連續(xù)加藥兩種。定期加藥主要靠加藥罐進(jìn)行加藥；連續(xù)加藥則在給水設(shè)備前，將藥連續(xù)加入給水中。對(duì)于蒸汽鍋爐，最好采用連續(xù)加藥法，這樣可使?fàn)t內(nèi)保持藥液的均勻。凡采用鍋內(nèi)水處理的，應(yīng)加強(qiáng)鍋爐排污，使已形成的泥渣、泥垢等排出爐外，收到較好效果。

鍋外水處理。這種方法適用于各種的鍋爐。目前鍋外水處理效果可靠的有石灰+純堿軟化法，是向已經(jīng)澄清的水中加入適量的生石灰和純堿達(dá)到軟化目的。石灰──純堿軟化法有冷法和熱法兩種。冷法是在室溫下進(jìn)行，使水中殘余硬度降至1.5～2毫克當(dāng)量/升。熱法是將水溫加熱到20～80℃，使水中殘余硬度降至 0.3～0.4 毫克當(dāng)量/升。因此，應(yīng)盡量采用熱法，以提高軟化效果。離子交換軟化法主要是依靠鈉離子交換器中的交換樹(shù)脂進(jìn)行軟化處理。由于交換樹(shù)脂吸附能力強(qiáng)，能將游離在水中的鈣、鎂離子吸附，從而使鍋爐給水硬度達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)。離子交換劑有無(wú)機(jī)和有機(jī)兩大類。無(wú)機(jī)交換樹(shù)脂只能進(jìn)行表面交換，軟化效果差，使用較少。而有機(jī)交換樹(shù)脂的特點(diǎn)是顆粒核心結(jié)構(gòu)疏松，交換反應(yīng)在顆粒表面和內(nèi)部同時(shí)可進(jìn)行，軟化效果好，故使用較多。

3 鍋爐的除垢處理-酸洗

3.1 酸洗鍋爐應(yīng)具備的條件：做模擬實(shí)驗(yàn)，確保鹽酸對(duì)該爐的水垢能有效的清除；鍋爐結(jié)生水垢的平均厚度在0.5mm以上，且水垢對(duì)受熱面的覆蓋率在80%以上；鍋爐的鉚接，脹接，焊接等部位經(jīng)檢查無(wú)泄露，切受壓元件無(wú)嚴(yán)重腐蝕。

3.2 酸洗的前期工作：

根據(jù)檢查的情況，確定酸洗范圍：上下鍋筒，各集箱，水冷壁管，和對(duì)流管束。清洗的材質(zhì)：上下鍋筒為20g,對(duì)流管束，各集箱和水冷壁管為 20（GB3087-86）。清洗介質(zhì)：4-5%的鹽酸溶液和0.3%的“02-緩蝕劑”。

3.3 SHL20-13/A鍋爐酸洗除垢的有關(guān)計(jì)算：

鹽酸采用31%的工業(yè)鹽酸，欲配置5%的稀鹽酸溶液。純鹽酸量：12500*5%=625kg

“02-緩蝕劑”需求量：12500*0.3=37.5kg將此折算為31的工業(yè)鹽酸9.375/31=30.24kg因該鹽酸用量應(yīng)從總鹽酸用量2016kg中提取。故該鍋爐酸洗時(shí)配制的總酸量需用31的工業(yè)鹽酸為2016-30.24=1985.76kg

“02--緩蝕劑”溶液為：

375+30.24+18.75+18.75=442.74kg

配制總酸液冷水的用量為：12500-1985.76-442.74=10071.5kg

酸洗水沖洗結(jié)束后需用0.2~0.3的堿液進(jìn)行中和殘留的酸液，每噸水加2~3kgNAOH.ZE則加入NAOH的質(zhì)量為3*12.5=37.5kg

3.4 工藝過(guò)程：

配制溶液前。需對(duì)購(gòu)進(jìn)的工業(yè)鹽酸的濃度進(jìn)行復(fù)測(cè)，以確定工業(yè)鹽酸的準(zhǔn)確濃度，并與標(biāo)簽上的濃度進(jìn)行比較。

配制5%的稀鹽酸溶液：根據(jù)耐腐蝕容器容積的大小可分批次制取.所需31%的工業(yè)鹽酸1985.76kg，加入的冷水總量為10071.5kg，并攪拌均勻。

配制“02-緩蝕劑”溶液：苯胺：18.75kg，甲醛18.75kg；31%的工業(yè)鹽酸30.24kg；70熱水375kg。配制順序：

熱水-31%的工業(yè)鹽酸-苯胺-甲醛。每一種藥劑傾入熱水中都要用木棍劇烈攪勻。將配好的緩蝕劑按批次倒入配制好的稀鹽酸中，同時(shí)用木棍劇烈攪拌均勻。必須保證各批次鹽酸和緩蝕劑的比例關(guān)系。

將配好的溶液用耐酸泵從排污閥（或安全閥座或排空閥處）注入鍋爐，注滿后，再?gòu)牡筒慷ㄆ谂盼坶y處回流到耐腐蝕容器中，進(jìn)行循環(huán)。每隔0.5~1小時(shí)循環(huán)一次，每次循環(huán)1小時(shí)。

循環(huán)酸洗約5~7小時(shí)，（一般不超過(guò)6小時(shí)）在酸洗過(guò)程中，每隔15分鐘對(duì)酸液濃度進(jìn)行化驗(yàn)，以判斷酸洗終了的時(shí)間。

酸液濃度不斷降低，表示除垢過(guò)程在進(jìn)行。若酸洗濃度很快降低到0.5%以下時(shí)，應(yīng)補(bǔ)充酸液，使其濃度保持2~3%。若酸洗濃度降低的變慢，然后在一段時(shí)間內(nèi)濃度不變表示水垢已基本除凈，即停止酸洗。（當(dāng)兩次側(cè)定酸液濃度差小于0.2%，則表明應(yīng)基本結(jié)束。酸洗結(jié)束后，應(yīng)立即放出鍋內(nèi)的酸液，通過(guò)輸水膠管防入沖渣溝內(nèi)，以中和沖渣池內(nèi)的堿性。用清水沖洗鍋內(nèi)殘留的酸液，沖洗15~20分鐘。上水至最高水位，加熱至60，再加入0.2~0.3%的堿液（即每噸水加入2~3kg－NAOH）不加壓進(jìn)行循環(huán)1~2小時(shí)。自然冷卻后，將堿液排至除塵溝內(nèi)，以中和除塵水中的酸性。用清水沖洗1~2遍。

3.5 注意事項(xiàng)：要確認(rèn)水垢的性質(zhì)，厚度及覆蓋范圍。酸洗除垢必須在有經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員領(lǐng)導(dǎo)下進(jìn)行，并對(duì)酸洗的方案經(jīng)小組反復(fù)評(píng)審，制定切實(shí)可行的酸洗方案。無(wú)論采用何種緩蝕劑都不可避免對(duì)鍋爐有輕微腐蝕作用。（20號(hào)鋼的腐蝕速度為0.85g/m2.h）故酸洗除垢不宜多次采用。（不超過(guò)10次）。對(duì)鉚縫.脹口等部位有裂縫或滲漏缺陷的鍋爐，必須清除這些缺陷，否則不允許酸洗除垢。酸洗時(shí)，操作人員應(yīng)配戴好防護(hù)用品，（防酸手套、塑料圍裙、口罩、眼鏡），打開(kāi)門窗，以防傷害身體：嚴(yán)禁在工作場(chǎng)所進(jìn)行焊接，吸煙或取用明火，以防氫氣爆炸造成人身傷亡和其它損失。酸洗前應(yīng)將鍋爐的供水年，蒸汽出口及排污管道用盲板可靠隔絕，打開(kāi)排空閥，使酸洗時(shí)產(chǎn)生的氣體順利排出。酸洗溫度應(yīng)控制在5為宜。酸洗過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題和化驗(yàn)數(shù)據(jù)一定要認(rèn)真記錄。對(duì)無(wú)酸洗技術(shù)經(jīng)驗(yàn)的單位應(yīng)委托酸洗專業(yè)隊(duì)伍承擔(dān)酸洗工作。

[1]徐立峰,徐立新.鍋爐除垢的節(jié)能效果分析[J].應(yīng)用能源技術(shù),2002，5.

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[3]姚繼賢,張輝主編.工業(yè)鍋爐防垢除垢技術(shù)[M].2006,8.