淺析鍋爐結(jié)垢的形式、危害及措施

朱爽

摘 要：鍋爐水質(zhì)情況對鍋爐的安全運行起著至關(guān)重要的作用。本文探討分析鍋爐水的來源及鍋爐運行過程中水垢的形成原因，及水垢對鍋爐安全運行的危害，避免鍋爐結(jié)垢應(yīng)該采取的有效措施，以達(dá)到徹底防垢、除垢的最佳運行效果。

關(guān)鍵詞：鍋爐；水垢；水質(zhì)；危害；對策；措施

鍋爐用水是天然水經(jīng)過各種水處理工藝后除去懸浮物、膠體和無機的陽離子、陰離子等水中雜質(zhì)后所得的除鹽水。由于除鹽水在除鹽過程中不可能去除全部的陰陽離子，這些水體進入鍋爐經(jīng)鍋爐加熱后就容易形成水垢。水垢導(dǎo)熱能力較差，降低鍋爐熱傳遞效果，結(jié)垢嚴(yán)重還會因為鍋爐爆炸。因此，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。

一、鍋爐結(jié)垢的原理

水在鍋爐內(nèi)受熱沸騰蒸發(fā)后，為水中雜質(zhì)提供了化學(xué)反應(yīng)和不斷濃縮的條件。當(dāng)這些雜質(zhì)在鍋爐水中達(dá)到飽和時，就有固體物資產(chǎn)生。產(chǎn)生的固體物資，如果懸浮在鍋爐水中就成為水渣，如果附著在受熱面上，則成為水垢。當(dāng)含有鈣、鎂等鹽類雜質(zhì)的水進入鍋爐后，吸收高溫?zé)煔鈧鹘o的熱量，鈣、鎂鹽類雜質(zhì)便會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成難溶物資。隨著爐水的不斷蒸發(fā)逐漸濃縮，當(dāng)達(dá)到一定濃度時，析出物就會成為固體沉淀析出，附著在鍋爐受熱面上，形成一層“膜”，阻礙熱量傳遞，這層“膜”即為水垢。

二、鍋爐結(jié)垢形式

1.顆粒污垢。懸浮于流體的固體微粒在換熱表面上的積聚。這種污垢也包括較大固態(tài)微粒在水平換熱面上因重力作用形成的沉淀層，即所謂沉淀污垢和其他膠體微粒的沉積。

2.結(jié)晶污垢。溶解于流體中的無機鹽在換熱表面上結(jié)晶而形成的沉積物，通常發(fā)生在過飽和或冷卻時。典型的污垢如冷卻水側(cè)的碳酸鈣、硫酸鈣和二氧化硅結(jié)垢層。

3.化學(xué)反應(yīng)污垢。在傳熱表面上進行化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的污垢，傳熱面材料不參加反應(yīng)，但可作為化學(xué)反應(yīng)的一種催化劑。

4.腐蝕污垢。具有腐蝕性的流體或者流體中含有腐蝕性的雜質(zhì)對換熱表面腐蝕而產(chǎn)生的污垢。通常，腐蝕程度取決于流體中的成分、溫度及被處理流體的 pH 值。

三、鍋爐結(jié)垢的危害

1.能源浪費。當(dāng)鍋爐受熱面結(jié)垢時，為了保持原有的蒸發(fā)量和蒸汽（熱水）參數(shù)，就得多燒燃料以提高火焰和煙氣溫度，這部分多投入的燃料就是因結(jié)垢而造成的燃料損失。據(jù)粗略估算，受熱面結(jié)1mm水垢，熱效率下降5%，鍋爐浪費燃料8%。

鍋爐結(jié)垢后將嚴(yán)重影響受熱面?zhèn)鳠?，降低熱效率，降低蒸汽出力，增加燃料消耗。根?jù)測定，水垢厚度與浪費燃料的關(guān)系見下表。

2.引起安全事故，縮短鍋爐使用壽命。受熱面結(jié)生水垢后，金屬的熱量由于受水垢的阻礙而難于傳熱給鍋水，由于水垢層導(dǎo)熱系數(shù)小，有顯著的隔熱作用，結(jié)垢后大幅度提高金屬壁面的溫度，當(dāng)溫度超過了金屬所能承受的允許溫度時，金屬強度顯著降低，從而導(dǎo)致金屬過熱變形，金屬會出現(xiàn)蠕伸、變型、鼓包，嚴(yán)重時發(fā)生過熱暴管嚴(yán)重時將造成鼓包、裂縫，甚至爆管等事故。

一般鍋爐在正常使用情況下能夠連續(xù)運行20年左右，而水垢中含有鹵素的離子，在高溫下對鐵有腐蝕作用，會使金屬內(nèi)壁變脆，并不斷向金屬壁的深處發(fā)展，造成金屬的腐蝕。鍋爐結(jié)垢后還會引起垢下腐蝕等危害。有些結(jié)構(gòu)緊湊或結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鍋爐，一旦受熱面結(jié)垢，就極難清除，嚴(yán)重時只好采用挖補、割換管子等修理措施，不但費用大，而且還會使受熱面受到嚴(yán)重?fù)p傷。所有上述這些危害都將大大縮短鍋爐的使用壽命。

3.堵塞管道，破壞水循環(huán)。發(fā)受熱面管子結(jié)垢后，由于吸熱量減少，流通截面減少，流動阻力增大，對鍋爐的循環(huán)造成不利的影響。結(jié)垢嚴(yán)重的時甚至堵塞管子，或造成爆管事故，影響介子流動，無法清除時只好將鍋爐報廢。

四、水垢預(yù)防措施

1.添加化學(xué)藥劑。為了防止鍋爐水垢的產(chǎn)生，一般采取鍋爐內(nèi)水處理和鍋爐外水處理的方法。

鍋爐外水處理是利用離子交換軟化設(shè)備將含有雜質(zhì)的水軟化后，達(dá)到鍋爐用水的水質(zhì)要求后再進入鍋爐，達(dá)到預(yù)防鍋爐結(jié)垢的目的。

鍋爐內(nèi)水處理是向鍋爐內(nèi)投加一些化學(xué)藥劑，使其也鍋爐內(nèi)的（主要是鈣、鎂鹽類物質(zhì)）發(fā)生化學(xué)或物理變化，而生成松軟的水渣，并通過排污的方法達(dá)到預(yù)防鍋爐結(jié)垢的目的。

采用鍋內(nèi)加藥處理，控制鍋水PH值。這是系統(tǒng)防腐的必要條件，同時也是最簡單、最有效的方法。當(dāng)鍋爐循環(huán)水PH值低于10時可增加磷酸三鈉和氫氧化鈉藥量進行調(diào)整，將PH值控制在10～12之間，使鍋水中的鈣、鎂離子形成疏松的水渣，通過排污排出爐外。

協(xié)調(diào) pH-磷酸鹽處理是一種既嚴(yán)格又合理的鍋內(nèi)水質(zhì)調(diào)節(jié)方法。它不僅能防止鈣、鎂水垢的產(chǎn)生，而且能防止鍋爐爐管的腐蝕。這種處理實質(zhì)上是按照給水硬度和堿度的大小，向鍋內(nèi)加入不同比例的磷酸鹽，即磷酸三鈉和磷酸氫二鈉（或磷酸二氫鈉）。加入磷酸氫二鈉或磷酸二氫鈉主要是為了中和由給水帶入鍋爐水中的游離氫氧化鈉，反應(yīng)如下：

Na2HPO4十 NaOH →Na3PO4十 H2O

而磷酸三鈉在水中能按下式建立水解平衡：

Na3PO4十 H2O Na2HPO4十 NaOH

所以，這時加入的磷酸三鈉除了可維持鍋爐水中有一定量的過剩磷酸根外，還因其水解能產(chǎn)生一定量的氫氧化鈉，也可維持鍋爐水的 pH值。當(dāng)鍋爐水產(chǎn)生局部蒸發(fā)濃縮時，水解平衡向著生成磷酸三鈉的方向進行，這就不會使氫氧化鈉濃縮到對金屬有危害的程度，即使在很高的熱負(fù)荷下，也能防止金屬被濃堿所腐蝕。

2.充分利用臨近鍋爐的排污水。由于低壓鍋爐防止腐蝕主要是消除補水中的CO2和游離O2，那么就可以在一個同時設(shè)有2臺以上鍋爐的鍋爐房內(nèi)，對鄰近鍋爐的排污水通過沉淀，等排出水渣后，再作為補給水使用，這樣一方面可以對鄰近鍋爐的排污水進行二次利用，另一方面又可以滿足補水的水質(zhì)和防腐要求。

3.安裝電化水處理裝置。安裝電化水處理裝置，使水在進入鍋爐之前就被處理，處理完的水進入鍋爐后無論怎樣加熱都不會出現(xiàn)水垢。這種除垢系統(tǒng)（電解除垢）是利用電化學(xué)原理研制出來的新一代環(huán)保節(jié)能型水處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有以下幾方面優(yōu)點：（1）超環(huán)保。首創(chuàng)高頻變頻電解純物理方式吸垢除銹，不需要化學(xué)藥劑，避免管道及換熱設(shè)備腐蝕；（2）超節(jié)能。自身功率為0.3—4.5Kw，卻可以提升系統(tǒng)5-25%綜合效果，節(jié)約能耗5-20%；（3）超節(jié)水。基本不需要排污，同比目前行業(yè)水處理法節(jié)水量超過90%以上；（4）超智能。全天候無需人員值守，管理方便簡單，無需專人管理。

目前，電化學(xué)水處理（電子除垢）系統(tǒng)作為新一代環(huán)保、節(jié)能產(chǎn)品已逐步普及到各行各業(yè)。

4.做好停爐保養(yǎng)工作。通常短期停爐采用濕法保養(yǎng)，長期停爐采用干法保養(yǎng)。干法保養(yǎng)是將爐膛灰渣清除后，將盛裝生石灰塊或氯化鈣的容器放在鍋筒、爐膛及煙道中，同時將檢查門、爐門、出灰門以及通用擋板加以密封，防止潮氣進入。

五、結(jié)語

對于鍋爐運行來說，水質(zhì)的監(jiān)督及檢測是極為重要的，應(yīng)按國家水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定要求，認(rèn)真做好水質(zhì)的處理工作，各級鍋爐監(jiān)察部門及檢驗部門應(yīng)加強對水質(zhì)的監(jiān)督、檢測工作，使每個使用單位引起足夠的重視，這對確保鍋爐及受壓元件的安全可開運行及節(jié)省能源十分重要。