鍋爐結(jié)垢的原因及處理措施探討

車 剛，宿愛香，薛會(huì)榮，陳 健，李 嫄

（泰安市質(zhì)量技術(shù)檢驗(yàn)檢測(cè)研究院，山東 泰安 271000）

0 引言

就當(dāng)前鍋爐的運(yùn)行情況來(lái)看，給水的水質(zhì)往往是無(wú)法有效確保過(guò)濾效果的，當(dāng)給水質(zhì)量無(wú)法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，鍋爐運(yùn)行一段時(shí)間后便會(huì)在內(nèi)側(cè)受熱面與管壁部位產(chǎn)生較多的黃色沉淀物質(zhì)。這些黃色沉淀物質(zhì)的成分有一定的不同，比如密度較為堅(jiān)硬的稱之為水垢，而呈懸浮狀態(tài)存在于爐水中的則稱之為泥渣或水渣。當(dāng)鍋爐出現(xiàn)結(jié)垢問(wèn)題后，會(huì)引發(fā)較多的問(wèn)題，當(dāng)鍋爐結(jié)垢至一定程度時(shí)，很容易便導(dǎo)致鍋爐垢下腐蝕，直接影響到鍋爐的使用壽命，且存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。張海峰[1]在研究中指出，工業(yè)鍋爐水垢有著十分大的危害性，最直接的危害便是影響傳熱和浪費(fèi)燃料，若是未能得到有效的解決，很容易引發(fā)鍋爐爆炸事件。為此，必須認(rèn)真去做好鍋爐結(jié)垢的處理工作。從當(dāng)前鍋爐結(jié)垢的處理來(lái)說(shuō)，主要是秉承著“積極除垢、防腐為本”的原則，一旦鍋爐結(jié)垢達(dá)到一定程度后，便要及時(shí)清洗，避免對(duì)鍋爐的正常運(yùn)行造成安全隱患。當(dāng)前的鍋爐結(jié)垢處理方法主要有兩種，一種是機(jī)械除垢，另一種是化學(xué)清洗，化學(xué)清洗中主要有酸洗除垢和堿法除垢，均有著較好的應(yīng)用效果。為確保這些鍋爐結(jié)垢處理技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)，必須開展積極的研究工作。本文結(jié)合前人的理論與經(jīng)驗(yàn)，重點(diǎn)討論了鍋爐結(jié)垢的處理要點(diǎn)與技術(shù)措施。

1 鍋爐常見的水垢種類

鍋爐水垢清洗之前的宏觀樣貌如圖1 所示。把鍋爐水垢搗碎研磨成粉狀物后，使用電子掃描顯微鏡（SEM）對(duì)垢樣進(jìn)行掃描，其微觀樣貌如圖2所示。

通過(guò)對(duì)鍋爐水垢進(jìn)行取樣后，對(duì)樣品在110 ℃條件下烘干2 h 除去水份，然后進(jìn)行研磨粉碎，取實(shí)驗(yàn)樣品0.100 0 g，加入混合助溶劑，在600 ℃灼燒1 h，在干燥器中冷卻，稱量再反復(fù)灼燒至恒重，再在950 ℃再灼燒1 h 至恒重[2]。通過(guò)化驗(yàn)灼燒后的樣品，樣品成分及含量如表1 所示。結(jié)果顯示，鍋爐垢樣成分為鈣鎂鐵垢為主的混合垢。

表1 鍋爐水垢灼燒后的成分

按照成分與成因的不同，可以將鍋爐所出現(xiàn)的水垢分為以下5種。

（1）硫酸鈣水垢。硫酸鈣水垢的顯著特點(diǎn)是硬度較高，會(huì)沉積于鍋爐受熱溫度最高的部位，往往面積較大，有著很強(qiáng)的附著能力，實(shí)際清除時(shí)會(huì)有較大的難度。鍋爐之所以在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生硫酸鈣水垢，主要的原因便是水中溶解硫酸鈣的含量在50%以上。

（2）硅酸鹽水垢。硅酸鹽水垢的顯著特點(diǎn)是堅(jiān)硬，且不具有導(dǎo)熱性能，多沉積在鍋爐熱應(yīng)力較大的蒸發(fā)面之上。鍋爐中產(chǎn)生硅酸鹽水垢的原因主要有一點(diǎn)，即SiO2的含量在水中可以達(dá)到20%以上。可以說(shuō)，硅酸鹽水垢嚴(yán)重影響著鍋爐的供熱效果，同時(shí)也是一種頑固性水垢，實(shí)際清除的難度是很大的。

（3）含油水垢。含油水垢的油質(zhì)含量通?？梢赃_(dá)到5%以上，多沉積在鍋爐溫度最高的部位。含油水垢有著附著力強(qiáng)的特點(diǎn)，所以實(shí)際清除時(shí)會(huì)有較大的難度。

（4）混合水垢?；旌纤甘清仩t運(yùn)行過(guò)程中一種較為常見的水垢類型，多會(huì)在熱力作用下形成。混合水垢的 成 分 主 要 有CaSiO3、CaCO3、CaSO4、Mg(OH)2，因 此可以說(shuō)，混合水垢的成分是較為復(fù)雜的，且無(wú)法準(zhǔn)確判斷出哪一種最先形成。

（5）碳酸鹽水垢。碳酸鹽水垢多沉積在鍋爐溫度不高的部位，主要有兩種存在形態(tài)，一是軟質(zhì)水垢，有著疏松海綿狀的特性；二是硬質(zhì)水垢，顯著特點(diǎn)是硬度較高。之所以會(huì)形成碳酸鹽水垢，原因多是因?yàn)樗械奶妓徕}含量可以占比達(dá)到50%以上。

2 鍋爐結(jié)垢的原因與危害性

2.1 鍋爐結(jié)垢的原因

鍋爐結(jié)垢的原因主要有以下3點(diǎn)。

（1）當(dāng)分解水在高溫狀態(tài)下加熱時(shí)，會(huì)在蒸發(fā)的過(guò)程中導(dǎo)致鹽類、鈣類、鎂類相互之間發(fā)生化學(xué)分解反應(yīng)，并形成一些難溶于水的物質(zhì)，在長(zhǎng)時(shí)間的沉積過(guò)程中導(dǎo)致鍋爐結(jié)垢[3]。

（2）在一定的溫度標(biāo)準(zhǔn)下，鍋爐運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生蒸發(fā)濃縮，鹽類在不斷蒸發(fā)的過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致爐水大量濃縮與揮發(fā)，此時(shí)會(huì)導(dǎo)致水中鎂鹽類與可溶性鈣的濃度增大。而一旦當(dāng)水中鎂鹽類與可溶性鈣的濃度達(dá)到一定值后，會(huì)形成過(guò)飽和溶液，物質(zhì)便會(huì)從水中析出，繼而導(dǎo)致鍋爐結(jié)垢。

（3）在鍋爐的運(yùn)行過(guò)程中，爐水會(huì)處于不斷加熱的狀態(tài)，在熱蒸發(fā)的影響作用下，水量勢(shì)必會(huì)發(fā)生濃縮變化，這是一種無(wú)法避免的現(xiàn)象。因此可以說(shuō)，只要水中有可以構(gòu)成硬度的物質(zhì)，則鍋爐必然會(huì)結(jié)垢，溫度越高的部位越容易形成堅(jiān)硬的水垢。

2.2 鍋爐結(jié)垢的危害性

鍋爐結(jié)垢會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重性的后果，輕則影響傳熱，浪費(fèi)燃料，重則會(huì)引發(fā)鍋爐爆炸，威脅人身與設(shè)備安全?？偟膩?lái)說(shuō)，鍋爐結(jié)垢的危害性集中體現(xiàn)在以下方面。

（1）當(dāng)鍋爐結(jié)生水垢，首先所造成的影響便是傳熱能力下降，燃料在燃燒過(guò)程中所產(chǎn)生的熱量無(wú)法很好地傳到水側(cè)，此時(shí)鍋爐的排煙溫度升高，會(huì)浪費(fèi)較多的燃料，整個(gè)運(yùn)行成本也會(huì)增加[4]。

（2）在鍋爐結(jié)垢后，因?yàn)闊崃繜o(wú)法及時(shí)有效地傳遞到水側(cè)，所以會(huì)導(dǎo)致受熱面的溫度升高，長(zhǎng)期處于高溫狀態(tài)時(shí)，鍋爐的金屬材料會(huì)發(fā)生較多的不良變化，比如強(qiáng)度會(huì)下降，更易出現(xiàn)鼓包和蠕變。除此之外，當(dāng)鍋爐的水管因?yàn)榻Y(jié)垢而堵塞時(shí)，在很短的時(shí)間內(nèi)便會(huì)發(fā)生爆管，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

（3）鍋爐結(jié)垢會(huì)誘發(fā)鍋爐垢下腐蝕，鍋爐的使用壽命隨之縮短，日常運(yùn)行安全受到影響。

（4）在長(zhǎng)時(shí)間的研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鍋爐出現(xiàn)結(jié)垢和腐蝕時(shí)，很容易導(dǎo)致鍋管穿孔，甚至?xí)l(fā)生鍋爐爆炸事件，嚴(yán)重威脅到設(shè)備安全與人身安全。

3 鍋爐結(jié)垢的處理措施

3.1 機(jī)械除垢

在使用機(jī)械除垢方法時(shí)，所使用到的工具主要有鋼絲刷、手錘、電動(dòng)洗管器、扁鏟，在機(jī)械除垢的過(guò)程中不會(huì)花費(fèi)太多的成本，且操作方法是較為簡(jiǎn)單的。但機(jī)械除垢這一方法也存在較多的局限性，比如勞動(dòng)強(qiáng)度較大，除垢的效果無(wú)法得到有效的保障，往往在清洗過(guò)程中很容易損壞金屬表面。因此，只能將機(jī)械除垢方式應(yīng)用在結(jié)垢面積小、構(gòu)造簡(jiǎn)單的小型鍋爐中。隨著近年來(lái)鍋爐結(jié)垢清洗技術(shù)的發(fā)展，專用于清洗的高壓水槍得到了較為廣泛地應(yīng)用，有效地提升了機(jī)械除垢的效果，使用起來(lái)較為方便，但依然只能應(yīng)用在結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單的小型鍋爐與工業(yè)鍋爐中。

3.2 酸洗除垢

在當(dāng)前所使用的鍋爐除垢方法中，酸洗除垢的效果是非常值得肯定的，但這一種方法若是使用不當(dāng)則很容易影響到除垢效果，甚至腐蝕到金屬。為發(fā)揮出酸洗除垢的最佳效能，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的除垢效果，必須嚴(yán)格遵循《鍋爐化學(xué)清洗規(guī)則》，按照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行除垢作業(yè)。在正式進(jìn)行酸洗除垢前，工作人員需要先采集鍋爐內(nèi)具有代表性的垢樣進(jìn)行化驗(yàn)，以此來(lái)制定出清洗方案。在進(jìn)酸開始時(shí)要在鍋爐內(nèi)部與酸箱內(nèi)部掛入腐蝕指標(biāo)片，待退酸后方可以取出[5]。在酸洗過(guò)程中，要嚴(yán)格按照清洗方案來(lái)控制好酸洗工藝流程、酸洗液的溫度與濃度、酸洗時(shí)間，并且在酸洗過(guò)程中需要不斷取樣化驗(yàn)，詳細(xì)記錄化驗(yàn)數(shù)據(jù)，待整個(gè)清洗工作完成后必須進(jìn)行酸洗質(zhì)量測(cè)定。對(duì)于工業(yè)鍋爐來(lái)說(shuō)，酸洗作業(yè)完成后必須達(dá)到以下的標(biāo)準(zhǔn)。

（1）除垢率

若是水垢的主要成分是碳酸鹽，則在清洗后要確保除垢面積達(dá)到原水垢覆蓋面積的80%以上。在清洗硫酸鹽水垢和硅酸鹽水垢時(shí)，要確保除垢面積可以達(dá)到原水垢覆蓋面積的60%以上。若是在測(cè)定過(guò)程中發(fā)現(xiàn)除垢率未達(dá)到要求，則應(yīng)該將鍋爐的鍋水堿度控制在水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，讓鍋爐運(yùn)行一個(gè)月的時(shí)間后再去停爐，此時(shí)再去使用人工方法或高壓水槍來(lái)清洗已經(jīng)脫落的垢渣和殘垢[6]。

（2）鈍化膜

酸洗除垢完成后要確保鍋爐的表面有良好的鈍化保護(hù)膜，金屬表面不存在二次浮銹，且不存在點(diǎn)蝕。

（3）腐蝕速度

可以使用腐蝕指示片來(lái)測(cè)定鍋爐的腐蝕速度，確保腐蝕速度的平均值低于6 g/(m2·h)，腐蝕總量始終控制在72 g/m2以下。

（4）爐管暢通

待完成清洗工作后要確保鍋爐內(nèi)的所有對(duì)流管與水冷壁管暢通無(wú)阻，若是在清洗之后發(fā)現(xiàn)堵塞的管子未有效疏通，則要及時(shí)安排檢修單位去更換。

3.3 堿法除垢

堿法除垢在鍋爐除垢中的效果同樣是值得肯定的，但整體效果不及酸洗除垢。具體來(lái)說(shuō)，堿法除垢這一方法可以讓水垢發(fā)生轉(zhuǎn)型，并可以促使水垢自動(dòng)脫落，不過(guò)單純使用堿法除垢無(wú)法起到最佳的效果，所以可以考慮去機(jī)械除垢結(jié)合起來(lái)使用。從當(dāng)前堿法除垢的實(shí)際使用效果來(lái)看，堿法除垢在硅酸鹽、硫酸鹽為主的水垢清除中有較好的效果，但在碳酸鹽水垢的清除中效果不佳[7]。目前主要將堿法除垢這一方法應(yīng)用在兩種場(chǎng)景中，一是新安裝的鍋爐，主要進(jìn)行除銹和除油污，二是酸洗前的除油清洗和垢型轉(zhuǎn)化。

在使用堿法除垢來(lái)開展鍋爐結(jié)垢的清除時(shí)，要結(jié)合鍋爐的實(shí)際結(jié)垢量和臟污的程度來(lái)確定堿洗藥劑用量，通常在除垢時(shí)的用量（每噸水的用量）要控制為：碳酸鈉3～6 kg，氫氧化鈉2～4 kg，工業(yè)磷酸三鈉5～10 kg。需要特別注意一點(diǎn)，在正式將堿洗藥劑加入到鍋爐時(shí)，要先在溶液箱中配制成一定的濃度，而后再使用泵送的方式進(jìn)入到鍋爐內(nèi)，并確保循環(huán)均勻[8]。在堿法除垢作業(yè)完成后，專業(yè)人員要及時(shí)去測(cè)定除垢效果，尤其是要及時(shí)檢查鍋爐的各個(gè)檢查孔，并及時(shí)使用高壓水力來(lái)進(jìn)行輔助性的清垢，避免松軟的水垢再一次變硬[9]?？偟膩?lái)說(shuō)，在使用堿法除垢的過(guò)程中，要嚴(yán)格去按照相關(guān)的除垢標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)注意鍋爐金屬的保護(hù)，有效完成除垢作業(yè)任務(wù)。

3.4 清洗后鍋爐水垢的SEM評(píng)價(jià)

清洗后水垢的微觀樣貌如圖3 所示。在20 kV 高壓、1 000倍電子電鏡掃描條件下觀察，經(jīng)堿煮轉(zhuǎn)化和酸洗后的混合垢樣，垢樣微觀形貌發(fā)生了根本的改變，呈現(xiàn)出雜亂交錯(cuò)的晶體的疏散樣貌，或?yàn)榧?xì)微的顆粒垢渣。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，細(xì)微的晶體或垢渣顆粒很容易從爐壁上脫落，懸浮或分散溶解于清洗液中，并隨污水排出設(shè)備。

圖3 清洗后水垢的微觀樣貌

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)本文的論述，可以知曉當(dāng)前所使用的機(jī)械除垢、酸洗除垢、堿法除垢均在鍋爐結(jié)垢清除中有著較好的效果，值得推廣應(yīng)用。但這些技術(shù)在使用過(guò)程中會(huì)有較多的注意要點(diǎn)，所以在使用具體的除垢方法時(shí)，要始終遵循相關(guān)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格按照既定流程開展除垢作業(yè)，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的鍋爐除垢目標(biāo)。后續(xù)要進(jìn)一步加大研究力度，以此來(lái)掌握鍋爐結(jié)垢處理的更多專業(yè)技術(shù)，以此來(lái)充分確保鍋爐運(yùn)行的安全與穩(wěn)定。