淺談國內(nèi)工業(yè)鍋爐的垢樣分析

李兵++趙彩麗++張雪萍

摘 要：工業(yè)鍋爐水垢的存在嚴(yán)重的危害著鍋爐的運(yùn)行，垢樣分析對于鍋爐的清洗極為重要，垢樣分析經(jīng)過幾十年的發(fā)展，技術(shù)越來越成熟，本文較為系統(tǒng)地闡述了目前國內(nèi)關(guān)于鍋爐垢樣分析所進(jìn)行的研究，對比分析了存在的問題并展望了未來可能的研究方向。

關(guān)鍵詞：工業(yè)鍋爐；垢樣分析；研究方法

中圖分類號：TK228 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

鍋爐水垢是鍋爐受損的百害之源，其存在既增加燃料的消耗，浪費(fèi)資源；又易引起金屬受熱面鼓包、爆管等事故隱患；并且易發(fā)生沉積物下腐蝕；同時(shí)也增加了檢修和清洗費(fèi)用。因此鍋爐水垢的處理一直都是國內(nèi)外鍋爐行業(yè)從業(yè)者的研究對象。垢樣的分析對于水垢的處理有著無可比擬的作用，其可使工作者有針對性的清洗水垢，保護(hù)鍋爐的同時(shí)也節(jié)約了材料。本文結(jié)合筆者較為豐富的工作經(jīng)驗(yàn)對國內(nèi)鍋爐垢樣分析的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了一次較為全面的闡述，主要從水垢的生成、垢樣的分類、垢樣分析方法進(jìn)行表述，以供實(shí)際作業(yè)參考。同時(shí)也展望了未來可能的發(fā)展方向。

1.水垢的形成及分類

1.1水垢的形成

目前，盡管工業(yè)鍋爐鍋外水處理技術(shù)已將水中結(jié)垢性雜質(zhì)降至很低，但進(jìn)入鍋內(nèi)的給水（凝結(jié)水、補(bǔ)給水、疏水、生產(chǎn)返回水）都不同程度地含有一些雜質(zhì)，加上鍋外水處理設(shè)備吸附交換率達(dá)不到100%，沒及時(shí)更換水處理材料等等原因還是無法徹底避免有害物質(zhì)進(jìn)入鍋內(nèi)，其中一部分牢固進(jìn)粘接在鍋水金屬受熱面上，負(fù)著在上面的堅(jiān)硬物被稱作水垢；另一部分以松散的顆粒存在于鍋水中，可在汽包、聯(lián)箱等水流較慢的部位沉積，這些呈懸浮疏松的叫作水渣。

水垢生成的原因有以下幾種：一些易溶鹽在鍋內(nèi)加熱過程中，分解為固相依附在受熱處結(jié)為水垢；一些結(jié)垢物質(zhì)溶解度隨溫度上升而降低，易結(jié)為水垢；一些溶解度較大的鹽和其他鹽類反應(yīng)轉(zhuǎn)化為不溶鹽；溶解鹽類經(jīng)蒸發(fā)濃縮，析出晶核，結(jié)為晶體轉(zhuǎn)為水垢；鍋爐遭受腐蝕，易使轉(zhuǎn)化為金屬氧化物垢；水渣轉(zhuǎn)化為水垢。

1.2垢樣的分類

水垢往往不是單一的化合物，但經(jīng)常以某種組分為主出現(xiàn)，其物理特性及化學(xué)特性因水質(zhì)的不同、生成部位的不同有很大的區(qū)別。以二級鈉離子交換軟化水作為鍋爐補(bǔ)給水的中、高壓鍋爐，其鍋垢組分以硅酸鹽為主；以除鹽水作為鍋爐補(bǔ)給水的高壓或超高壓以上的鍋爐，其水垢組分主要為鐵，銅的氧化物；以一級鈉離子交換軟化水作為鍋爐補(bǔ)給水的中低壓鍋爐，其水垢成分主要為碳酸鈣、硫酸鈣、硅酸鈣等。

按水垢的化學(xué)組成可將其大致分為以下幾類：（1）鈣鎂垢，以鈣鎂鹽類為主，常在給水管路、省煤器、鍋筒、水冷壁管和下聯(lián)箱等部位生成，鈣鎂垢的生成速度主要與鍋爐的熱負(fù)荷和結(jié)垢物質(zhì)的離子濃度有關(guān)。（2）硅酸鹽垢，該水垢的成分比較復(fù)雜，大部分是鐵、鋁的硅酸化合物，化學(xué)組分及結(jié)構(gòu)與一些天然的礦物基本相同。（3）氧化鐵垢，主要生成在一些高參數(shù)大容量鍋爐熱負(fù)荷比較高的管壁上，主要與爐水中鐵的氧化物含量和鍋爐的熱負(fù)荷有關(guān)。（4）銅垢，熱力設(shè)備的含銅部件遭受腐蝕時(shí)，腐蝕產(chǎn)物進(jìn)入鍋爐內(nèi)部，形成銅垢。防止銅垢最重要的就是嚴(yán)禁超負(fù)荷運(yùn)行。（5）磷酸鹽鐵垢，通常發(fā)生在分段蒸發(fā)鍋爐的鹽段水冷壁上，該水垢一旦生成，發(fā)展速度快，短時(shí)間內(nèi)就可發(fā)生爆管事故，因此，在運(yùn)行時(shí)應(yīng)盡量減少鍋水含鐵量。

2.垢樣分析方法

2.1垢樣經(jīng)典分析方法

在國內(nèi)謝團(tuán)霞等人利用化學(xué)滴定，物理灼燒，比色等方法對工業(yè)鍋爐水垢進(jìn)行了仔細(xì)的分析，得出了鍋垢中懸浮物、總硬度、總堿度、氯離子、硫酸根、總鐵離子的含量。梁遂芳等人利用高溫灼燒和化學(xué)處理方法對某一垢樣進(jìn)行了分析，分析結(jié)果見表1。

李洪文等人也利用類似的分析方法對西北地區(qū)某中壓鍋爐垢樣進(jìn)行分析，通過高溫灼燒測定出垢樣中有機(jī)物、碳酸鹽的含量，通過酸洗和滴定測定出硅酸鹽和重金屬離子的含量，從而間接得出該垢樣的各組分含量，見表2。

對比以上分析方法可以發(fā)現(xiàn)：（1）早期垢樣分析方法得出的結(jié)果不夠明確，以離子形式來表示各組分說服力度不強(qiáng)，表1和表2相對來說有了很大進(jìn)步；（2）表1中缺乏有機(jī)物的含量參數(shù)，而垢樣在550℃灼燒時(shí)失重量為有機(jī)物含量，表2含有有機(jī)物參數(shù)；（3）表1的參數(shù)燒減量是在850℃～950℃進(jìn)行灼燒測得，但文章中并沒有明確表示出該燒減量成分；（4）垢樣一般在550℃～950℃灼燒失重量為碳酸鹽含量，表2中有此參數(shù)，但表1中并無此參數(shù)項(xiàng)，對應(yīng)文獻(xiàn)中也沒有該實(shí)驗(yàn)過程；（5）表1方法對未測定的其他成分沒有注明其具體組分及含量，只是籠統(tǒng)表示其含量為8.4%，表2中已無該項(xiàng)。

以上對比顯示，時(shí)代的前行和技術(shù)的進(jìn)步使垢樣的分析更為真實(shí)，更為具體，有著測定費(fèi)用低，對儀器設(shè)備要求低、易操作等優(yōu)點(diǎn)，但是經(jīng)典分析方法都有一些共同缺點(diǎn)，例如方法步驟繁多，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確但不精確（測不到100%全組分）。

2.2垢樣新型分析方法

采用化學(xué)分析方法進(jìn)行垢樣成分分析時(shí)，由于各組分的共同存在可能會影響測定結(jié)果，并且化學(xué)分析方法得出的結(jié)果并不能完整地表示出垢樣所含組分（上述表1和表2總含量都不到100%），所以目前一些公司多采用大型精密儀器分析方法進(jìn)行測定。

朱旻等人用X射線衍射分析法測定空氣壓縮機(jī)中垢樣主要成分，通過設(shè)定垢樣中可能含有的元素參數(shù)，測定粉末化學(xué)結(jié)構(gòu)成分。遼河油田熱注爐垢樣用掃描電鏡能譜進(jìn)行定性定量分析，精確測得各組成元素及其含量。吉林同一公司的鍋爐垢樣采用X射線熒光分析得到各組成元素及其含量。垢樣的儀器分析解決了因化學(xué)分析不精確而帶來的設(shè)備清洗不徹底或過洗等問題。通過以上對比可以看出：通過X射線熒光和掃描電鏡能譜都可精確測得各元素和其含量，其缺點(diǎn)是測不出為何種晶體；通過X射線衍射可以精確測到垢樣各物相及其含量。現(xiàn)在工業(yè)垢樣分析一般都采用X射線熒光聯(lián)合X射線衍射，對垢樣進(jìn)行元素分析和物相分析，從而準(zhǔn)確得出垢樣成分。垢樣儀器分析方法具有定性定量同時(shí)完成，準(zhǔn)確度高，高效快速等優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)為設(shè)備昂貴，測試價(jià)格費(fèi)用較高等。

3.結(jié)論與展望

3.1結(jié)論

垢樣的分析對于工業(yè)鍋爐的正常運(yùn)行具有無可替代的作用，它直接反映了鍋爐爐內(nèi)水質(zhì)的優(yōu)劣。目前，化學(xué)分析和儀器分析是水垢分析的兩大方法。垢樣化學(xué)分析方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：測定費(fèi)用低，對儀器設(shè)備要求低，易操作。同時(shí)也存在以下缺點(diǎn)：限量高，對微量元素難以檢測出來；只對預(yù)存在的幾種元素進(jìn)行測定，不能滿足群組分的測定；步驟繁多，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。儀器分析方法具有測試結(jié)果精確度和確度高，測試過程快速等優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)為對檢測人員技術(shù)能力要求較高，測試費(fèi)用高，需送樣到測定機(jī)構(gòu)等。

3.2展望

工業(yè)鍋爐垢樣經(jīng)過X射線衍射和X射線熒光分析后，成分已經(jīng)明確，結(jié)果顯示幾乎所有的垢樣中都含有一些貴重金屬元素（例如Mo，Ni等），部分鍋垢主要成分為銅鐵氧化物。鍋垢經(jīng)清洗之后這些貴重金屬元素隨之被扔掉，這樣既浪費(fèi)了資源，又污染了環(huán)境。筆者認(rèn)為可以嘗試根據(jù)金屬元素分配系數(shù)的不同，采取萃取吸附等方法進(jìn)行各金屬元素的富集，從而得到純重金屬。

參考文獻(xiàn)

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