淺析低壓鍋爐除垢技術(shù)

王 穎, 王成龍, 張博宇, 孔令東, 王士強(qiáng), 張洪濤

（內(nèi)蒙古金陶股份有限公司,赤峰 內(nèi)蒙古 024327）

金陶公司共有鍋爐6臺,均為低壓鍋爐,主要負(fù)責(zé)礦區(qū)及家屬區(qū)供暖工作,目前正常運(yùn)行3臺,其他3臺處于停爐保養(yǎng)階段。鍋爐給水主要采用離子交換法,將硬度水軟化后進(jìn)入鍋爐。在處理水的過程中由于操作水平不一,容易造成鍋爐在給水方面導(dǎo)致水質(zhì)不純的問題,進(jìn)而導(dǎo)致鍋爐出現(xiàn)銹蝕、結(jié)垢等。鍋爐水垢的成因復(fù)雜多樣,水垢的存在不僅損壞受熱面、浪費(fèi)燃料且降低鍋爐出力、增加運(yùn)行成本,甚至還會導(dǎo)致鍋爐爐管過熱,破壞正常鍋爐水循環(huán),使?fàn)t管鼓包,甚至爆管,影響生產(chǎn)和安全［1］。除垢是解決此問題的最好方式。

1 水垢成因

水垢的生成原因主要是：含有一定硬度的給水進(jìn)入鍋爐以后,結(jié)合鍋爐水中的雜質(zhì),在爐內(nèi)經(jīng)過不間斷蒸發(fā)與濃縮,當(dāng)達(dá)到過飽和狀態(tài)時,以固態(tài)形式在鍋爐水側(cè)的金屬表面析出沉淀物［2］。

1.1 初生水垢的結(jié)生

初生水垢又稱為原生水垢,是指生成水垢的鹽類,直接在鍋爐蒸發(fā)面上析出的物質(zhì)。其成因主要分為以下幾種類型：

1.1.1 受熱分解

含有暫時硬度的水進(jìn)入鍋爐后,在受熱以后,水中的鈣、鎂鹽類受熱分解,導(dǎo)致其從溶于水轉(zhuǎn)變?yōu)殡y溶于水的狀態(tài),并附著于鍋爐金屬表面,結(jié)為水垢［3］。如,碳酸鹽受熱分解,見式（1）～式（3）。

1.1.2 溶解度降低

結(jié)垢物質(zhì)如硫酸鈣、硅酸鈣等,屬于具有負(fù)溶解度系數(shù)的物質(zhì),伴隨溫度的提高,其溶解度下降,容易在蒸發(fā)面上溫度最高的部位堆積為水垢。而具有正常溶解度系數(shù)的物質(zhì),會隨溫度的提高,溶解度增大,如,CaCO3等,容易在溫度較低的部位結(jié)生為疏松的碳酸鹽水垢［3］。

1.1.3 相互反應(yīng)

其他鹽、堿類物質(zhì)和給水中原來溶解度較大的鹽類反應(yīng)后,生成了難溶于水的化合物,產(chǎn)生水垢,見式（4）～式（9）。

1.1.4 水的蒸發(fā)、濃縮

由于鍋爐加熱,使得鍋爐內(nèi)的水不斷濃縮與蒸發(fā),致使鍋爐內(nèi)水的溶解鹽含量不斷增加,當(dāng)溶解鹽濃度達(dá)到過飽和程度時,其在蒸發(fā)面上析出,產(chǎn)生水垢。如式（10）。

另外,鍋爐內(nèi)的水在受熱持續(xù)蒸發(fā)時,在蒸發(fā)面上產(chǎn)生持續(xù)不斷的蒸汽泡,所以,在蒸發(fā)面附近濃縮和過飽和程度最大,導(dǎo)致水垢沉積也最多。當(dāng)鍋爐蒸發(fā)面形成蒸汽泡時,在蒸發(fā)面氣泡下部形成局部蒸干的鹽類就析出在蒸發(fā)面上,當(dāng)氣泡增大脫離蒸發(fā)面時,鍋爐蒸發(fā)面上重新潤濕未飽和的鹽類在爐內(nèi)蒸汽的作用下又溶解于水中,而飽和的鹽類就生成了水垢［4］。

1.1.5 金屬表面的離子化

由于金屬離子化的原因,在潔凈的鍋爐蒸發(fā)面上鍋爐金屬表面帶負(fù)電荷,而大多數(shù)結(jié)垢的物質(zhì)常帶正電荷,根據(jù)靜電吸引作用,金屬表面結(jié)合結(jié)垢物質(zhì)形成水垢［5］。

1.2 再生水垢的結(jié)生過程

再生水垢又稱派生水垢,是指鍋爐內(nèi)生成水垢的鹽類,在變成泥垢以后,又重新粘在蒸發(fā)面上的產(chǎn)物［5］。

1.2.1 泥垢轉(zhuǎn)化

當(dāng) 鍋 爐 內(nèi) 水 渣 過 多 時,如,Mg（OH）2、Mg3（PO4）2等泥垢物質(zhì)性質(zhì)很黏,如不及時排污,在蒸發(fā)面上粘附后很容易轉(zhuǎn)化成水垢。

1.2.2 相互反應(yīng)

在高溫等條件下,鍋爐蒸發(fā)面上已形成的泥垢和水垢之間,或泥垢與金屬腐蝕物之間進(jìn)行局部反應(yīng),導(dǎo)致泥垢轉(zhuǎn)化為水垢,如式（11）。

1.2.3 鍋爐運(yùn)行狀況

在鍋爐蒸發(fā)量較大、循環(huán)性能好的情況下,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)量小且循環(huán)性能較差,泥垢沉積在蒸發(fā)面上,就容易變成水垢［6］。

2 現(xiàn)行主要除垢技術(shù)

物理除垢和化學(xué)除垢作為現(xiàn)行主要除垢技術(shù),其中應(yīng)用比較廣泛的是化學(xué)除垢,而化學(xué)除垢又主要分為：堿洗除垢、酸洗除垢和運(yùn)行除垢。

2.1 物理除垢

傳統(tǒng)的物理除垢,大多是用專業(yè)的清洗工具,例如,帶電機(jī)、鋼絲軟帶的電動洗管器、手錘、高壓水槍等人工機(jī)械除垢,雖然方法簡單,但易損壞金屬表面,一般應(yīng)用于結(jié)垢較輕的鍋爐。近年,一種新興的物理除垢方法為強(qiáng)磁磁化除垢法。主要原理是,鍋爐水流經(jīng)磁化水處理器時被其產(chǎn)生的磁場磁化,進(jìn)而達(dá)到防垢、防腐的目的。強(qiáng)磁磁化除垢的設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單,運(yùn)行費(fèi)用較低,綠色環(huán)保,但也存在一定弊端,對取暖系統(tǒng)的回水速度及產(chǎn)生水垢的鈣、鎂離子比例要求比較高。

2.2 化學(xué)除垢

2.2.1 堿洗除垢

堿洗除垢的原理,是在特定的堿性環(huán)境中（pH＝10～12）,在一定溫度下使堿液循環(huán)進(jìn)行。通常都是用氫氧化鈉和碳酸鈉或磷酸三鈉配制成的高強(qiáng)度堿液來軟化、松動、乳化及分散沉積物。與此同時,還會添加表面活性劑增加清洗效果。堿洗主要清洗的是硫酸鹽為主的水垢、鐵銹、油污等,是比較安全的除垢方法之一。

2.2.2 酸洗除垢

酸洗除垢主要是利用酸溶解水垢,進(jìn)而清除水垢的方式,但必須在鍋爐停爐后進(jìn)行。酸洗分為浸泡清洗和循環(huán)清洗。其主要原理是：首先,利用酸溶解水垢中的鈣、鎂碳酸鹽,使其生成易溶于水的鹽類及二氧化碳等氣體,氣體的產(chǎn)生起攪拌作用,加速水垢松動脫落；其次,酸能溶解金屬表面的氧化物,阻斷了金屬與水垢的結(jié)合路徑,使其脫落；一般酸洗時鹽酸的酸洗液溫度不超過60℃,體積分?jǐn)?shù)以4%～10%為宜,氫氟酸或氟化物體積分?jǐn)?shù)一般控制在1%～2%。硫酸除垢特別注意的是必須加入合適的緩蝕劑,防止強(qiáng)酸把鍋爐本體腐蝕,所選用的緩蝕劑的緩蝕效率一般要大于96%［7］。酸洗后的鍋爐金屬表面活性變大,極易與氧氣發(fā)生反應(yīng),生成各種金屬氧化物,產(chǎn)生浮銹。針對此現(xiàn)象,應(yīng)加漂洗劑清洗浮銹,常見的漂洗劑有磷酸和檸檬酸。漂洗時,一般采用0.1%～0.3%檸檬酸,添加0.1%的緩蝕劑,加氨水調(diào)整pH值為3.5～4.0,溫度維持在75℃～90℃,循環(huán)2h左右,完成漂洗［8］。漂洗后還要加入鈍化劑,形成鈍化保護(hù)膜,提高鍋爐表面的抗腐蝕能力,延長使用壽命。酸洗除垢工藝簡單,操作方便,應(yīng)用范圍廣,效果好,成本低,但對鍋爐本體腐蝕性較強(qiáng),安全性略差,且對環(huán)境有一定的污染。

2.2.3 運(yùn)行除垢

運(yùn)行除垢是在鍋爐運(yùn)行狀態(tài)下,向鍋爐水中加入專用化學(xué)藥劑使水垢脫落的除垢技術(shù)［8］。運(yùn)行除垢對除垢藥劑有如下要求：1）熱穩(wěn)定性好,加熱后不易分解；2）對爐管金屬無腐蝕或腐蝕性極??；3）不影響鍋爐安全運(yùn)行。運(yùn)行除垢主要采用專用有機(jī)藥劑,常用的藥劑有有機(jī)膦酸鹽、聚羧酸類陰離子型聚合物、螯合劑和一些共聚物等。一般情況下,不單一使用某一種藥劑,而是多種藥劑混合作用,從而達(dá)到更好的效果。藥劑的用量和使用周期是根據(jù)鍋爐的大小、水垢的成分等諸多因素決定。運(yùn)行除垢的優(yōu)點(diǎn)是不需要停爐,只需定期、連續(xù)排污,操作簡單,節(jié)約時間,缺點(diǎn)為價(jià)格略高。

3 結(jié)語

隨著科技的迅猛發(fā)展,各種新型除垢方法應(yīng)運(yùn)而生。運(yùn)行除垢技術(shù)作為新興除垢技術(shù),不但操作簡單,而且無腐蝕,無污染,在除垢領(lǐng)域已經(jīng)取得一定成績。但是,由于其較高的成本,限制了其使用的范圍。目前,就公司的低壓蒸汽鍋爐而言比較常用的還是酸洗除垢技術(shù)。

參考文獻(xiàn)：

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［8］ 李長海,張瑞祥,張希軻.新建機(jī)組余熱鍋爐的化學(xué)清洗［J］.清洗世界,2011,27（10）：14－17.