鍋爐中水垢的危害分析及其預(yù)防措施研究

朱國苗

摘 要：鍋爐是廣泛使用的特種設(shè)備，鍋爐用水水質(zhì)的好壞，對其安全運行及能源消耗有很大的影響。文章結(jié)合筆者多年工作的實踐經(jīng)驗，對目前鍋爐使用中水垢的危害進行了探析，并就其預(yù)防措施進行了探討。

關(guān)鍵詞：鍋爐；水垢；危害；防治

作為特殊的設(shè)備，鍋爐的安全運行受水質(zhì)較大的影響，且關(guān)乎能源消耗問題。若用水與規(guī)定要求不符，則水垢將在鍋爐受熱處生成，是燃料的大大浪費與運行安全的嚴重隱患。當(dāng)前，紹興有6000余臺鍋爐，由于結(jié)生水垢，燃料浪費驚人。不僅如此，根據(jù)資料我國鍋爐因水質(zhì)不良，水垢嚴重引起的事故超過事故總數(shù)的20%，并造成幾億元的經(jīng)濟損失。

1 水垢的產(chǎn)生與性質(zhì)

形成水垢的物理化學(xué)過程非常的復(fù)雜，分為內(nèi)因與外因。首先，因為水中存在鎂離子、鈣離子與另外的重金屬離子，這些離子是水垢產(chǎn)生的內(nèi)在動力或稱根本原因。其次，爐水因為過度飽和而將固態(tài)物質(zhì)析出沉淀，同時在受熱金屬面將其粘貼，這為水垢產(chǎn)生的外在原因。詳見以下具體介紹：

1.1 濃縮蒸發(fā)：因為爐內(nèi)存在受熱面不均衡原因，各面蒸發(fā)強度也就存在不同，這使得爐內(nèi)局部的爐水具有較高的濃縮程度。為此，鎂離子、鈣離子與其他陰離子結(jié)合，這樣，其溶度積大于相應(yīng)沉淀物，沉淀物被析出。

1.2 高溫沉淀：通常情況，溫度的升高會提高物質(zhì)的溶解度，此類物質(zhì)的溫度系數(shù)為正。但也存在升高溫度，物質(zhì)溶解度卻降低的情況，此類物質(zhì)溫度系數(shù)為負。

1.3 高溫分解：比如，加熱鎂與鈣的碳酸鹽，則會出現(xiàn)熱分解反應(yīng)，出現(xiàn)沉淀物析出，因水中溶解碳酸鎂，水解過后，生成的氫氧化鎂沉淀的溶解度將更小。

1.4 表面結(jié)晶：爐水中某些難容物質(zhì)的離子濃度非常大，常常大于其溶度積，為過飽和的溶液狀態(tài)，并未出現(xiàn)沉淀。但是，若鍋爐內(nèi)壁金屬表面或爐水存在一些誘因，比如，金屬表面條件的不同、物理化學(xué)作用的發(fā)生、形成結(jié)晶核心等，沉淀物則會大量的析出。

爐水在加熱過程中逐漸蒸發(fā)，沉淀物則不斷濃縮，在濃度一定時，那么析出物則演變?yōu)楣潭ǔ恋砦龀?，在水冷管、爐筒的內(nèi)壁等加熱面附著，時間一長，逐漸出現(xiàn)“膜”狀，不利于熱量傳輸，水垢也就是該層“膜”。構(gòu)成水垢的化學(xué)成分相當(dāng)?shù)膹?fù)雜，并非單一化合物，而多種化學(xué)成分的組合。比如，以水垢化學(xué)成分劃分，有含油水垢、碳酸鹽水垢、混合水垢、硫酸鹽水垢、泥垢、氧化鐵水垢等。

2 鍋爐運行受水垢的影響

水垢具有非常差的導(dǎo)熱性，結(jié)生在鍋爐內(nèi)部鋼材上，阻礙了熱量的傳導(dǎo)，浪費著能源。在常見水垢類型中，硅酸鹽型水垢是最為堅硬水垢，其導(dǎo)熱性非常的差，在鍋爐上最強受熱面的蒸發(fā)部位是其附著的常見處，其危害性較大。通常，水垢對鍋爐的危害有幾點：

2.1 鍋爐熱效率的降低與燃料的大量浪費。熱效率與鍋爐里水垢的厚度有關(guān)，結(jié)生水垢厚，則熱效率差，也就造成更多燃料浪費。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)顯示，若存在1.5mm的結(jié)生水垢，則會造成6%的能源增加消耗；若達5mm，則造成15%的能源增加消耗；若達8mm，則造成34%的能源增加消耗。當(dāng)前，我國鍋爐數(shù)量超過40萬臺，即使少數(shù)鍋爐或多或少結(jié)生水垢，那么燃料的浪費難以估算。

2.2 導(dǎo)致金屬積熱，降低強度，存在安全隱患。碳素鋼是鍋爐底的鋼材料，通常燃燒使用中，金屬壁溫應(yīng)不超過450℃。當(dāng)鍋爐運行正常時，其金屬壁溫通常不超過280℃。若鍋爐底無結(jié)生垢，那么水將會快速接收到金屬的熱傳遞，二者溫差大概在30℃。但是，若受熱面存在水垢結(jié)生，則情況大有不同。比如，若鍋爐受熱面存在1.25Mpa的工作壓力，且混合水垢為1mm，那么爐水溫度與金屬壁溫度差可達200℃，但此溫度尚在允許的金屬壁溫內(nèi)。但若為3mm水垢時，金屬壁溫度快速達到580℃，金屬壁溫允許值早已被超越。所以，鋼材抗拉強度會快速降低，由3.92Mpa降低為0.98Mpa，同時因內(nèi)壓作用，鍋爐元件出現(xiàn)變形、鼓皰、泄露，嚴重的會發(fā)生爆炸。

2.3 擾亂水循環(huán)。強迫與自然水循環(huán)為鍋爐水循環(huán)的兩種方式。但不管何種水循環(huán)形式的存在，都在嚴格設(shè)計計算后生產(chǎn)的，流通截面積有足夠的保證。但是，水垢結(jié)生于爐管內(nèi)壁，那么水垢則占據(jù)了水的應(yīng)用容量，流通截面積被縮減，流動阻力被增加，對正常水循環(huán)造成一定程度破壞，無形中增加了向火面金屬壁的溫度。若管路被水垢堵死，水循環(huán)則終止，爐內(nèi)因無冷交換，金屬壁出現(xiàn)溫度聚集，時間一長，管路因過燒發(fā)生爆炸。管壁內(nèi)均勻布置著水冷壁管，對輻射熱進行吸收。水果如果結(jié)生在離聯(lián)箱400mm上下的高溫火面區(qū)，那么泄露、彎曲、鼓皰、爆炸事故將發(fā)生。

2.4 檢修量增加，資金大量浪費。當(dāng)鍋爐結(jié)垢，是必須馬上清除的，否則將會危害到鍋爐的運行安全。通常以化學(xué)劑清理水垢，比如堿、酸等。結(jié)生水垢厚度越大，藥劑用量則越多，資金也就相應(yīng)的增加。所以，不管是購買材料維修或是化學(xué)除垢，財力、物力、人力都是不少的花費。

2.5 縮短鍋爐的使用期限。在正常條件下使用鍋爐，可以連續(xù)使用20左右。但為何使用單位并沒有創(chuàng)造鍋爐使用奇跡呢？其中影響因素自然非常的多。但最重要的要數(shù)水垢的影響了。當(dāng)鍋爐因水垢出現(xiàn)了鼓皰，在挖補修復(fù)之后，要在降壓條件下使用，保證運行安全。但是，某些單位對蒸汽壓力有非常高的要求，修補使用不現(xiàn)實，必須購買新的鍋爐。酸洗過于頻繁或者酸洗方法錯誤也會縮短鍋爐的使用期限。此外，因鹵素因子的存在，鍋爐加熱后，會腐蝕鐵，降低金屬內(nèi)壁剛度，同時抑制延伸到金屬壁深處，出現(xiàn)完全的金屬壁腐蝕。

3 預(yù)防、處理水垢

3.1 處理結(jié)生后的水垢并不是保障鍋爐安全運行的有效方式，而應(yīng)該做好預(yù)防措施，防患于未然。處理鍋外水，各種鍋爐皆可使用這種辦法。當(dāng)前，石灰加純堿軟化法在處理鍋外水時效果非常可靠，也就是適量的將純堿與生石灰加入到已經(jīng)澄清的水里實現(xiàn)軟化目的。另外，也有離子交換軟化法，原理是鈉離子交換器中交換樹脂有軟化作用。交換樹脂有很強的吸附能力，可將鎂離子、鈣離子都游離離子吸附，實現(xiàn)鍋爐水有合格的硬度標(biāo)準(zhǔn)。離子交換水處理法可因預(yù)處理水的特性做選擇，由此實現(xiàn)各種水質(zhì)均可在爐中無垢加熱要求。

3.2 處理鍋內(nèi)水。該法即將化學(xué)藥品加入鍋爐中，鎂鹽、鈣鹽與鍋爐中結(jié)生垢發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，得到疏松沉渣，隨后以排污法排走爐內(nèi)沉渣，實現(xiàn)爐內(nèi)結(jié)垢的減少或防止。小型低壓火管鍋爐更加適用于爐內(nèi)加藥法。在加藥時，要將藥品配置為溶液后再倒入鍋內(nèi)。蒸汽鍋爐適用連續(xù)加藥法，因為這可確保藥液在爐內(nèi)的均勻。凡是在國內(nèi)進行加藥處理的，要做好爐內(nèi)污水排放，保證泥垢、泥渣等快速排出，確保處理效果性。

3.3 其他新型的水處理方法。反滲透技術(shù)： 因為水中的雜質(zhì)一般都比水分子大，因此選擇一張正確的半透膜與適當(dāng)?shù)膲毫Γò胪改ど嫌斜姸嗟目?，這些孔的大小與水分子的大小相當(dāng)）便能將雜質(zhì)和水相分離。

超聲波防垢法：任何物質(zhì)都有自己固有的頻率，水垢反無機鹽類，各類換熱器設(shè)備都是金屬材料，水垢和鋼材振動頻率不同，超聲波振蕩器釋放的振蕩信號對于附著在鋼材壁上的水垢產(chǎn)生共振，即擊碎剝離，由表及里，循環(huán)進行，從而達到除垢效果。同時根據(jù)水分子運動特，控制正負離子與酸根結(jié)合，防止水垢產(chǎn)生。

綜上所述，在實際使用過程中，為保證鍋爐安全正常運行，排出結(jié)垢現(xiàn)象，則要做好水垢的預(yù)防處理，以減少能源的浪費，資金的過大投入與延長鍋爐使用期限。