淺談鍋爐水垢的形成及危害

蔡　敏

目前漳州市的工業鍋爐中約有40％無給水處理設施，尤其是小蒸發量鍋爐更為普遍。有些即使有水處理設備，也時有因操作管理不當或無管理，而使水處理設施形同虛設。爐內仍有不同程度的水垢形成。以2007年的漳州市的檢驗情況來看。水垢不合格的約占總檢驗數的60％以上，且有相當一部份鍋爐的垢厚為1～3mm左右，有的竟高達8mm以上；這些爐不但耗能嚴重，而且嚴重危害到鍋爐的安全運行。下面從幾個方面來說明鍋爐水垢的產生及危害：

1、水垢的形成

含有雜質的給水未進行處理就進入鍋爐，在鍋爐運行一定時間后，經過不斷的蒸發、濃縮。當鍋水中的雜質(溶解固形物)的濃度達到飽和程度時，就會產生沉淀。粘附在鍋筒及管壁上形成一層白色硬皮，稱為水垢，水垢形成的主要原因是由于鍋爐給水中含有溶解度較小的鈣、鎂鹽類，也就是所謂硬度。

在鍋爐內鈣、鎂鹽生成的沉淀物有兩種形式存在：一種是形成堅硬的水垢，牢固地附著于管壁及鍋筒壁上。還有一種是形成沉渣，沉渣可能粘結于壁上，也可能懸浮在水中，它又分為兩種：①流動性的沉渣；這種沉渣可用排污的方法排掉。②粘性的沉渣。易粘結于管子斜度小或水流速度低的地方，而形成二次水垢。

1.1初生水垢的結生過程

1.1.1受熱分解

含有硬度的給水進入鍋爐后，在加熱過程中，一些鈣、鎂鹽類由于受熱分解，使溶于水的物質轉變為固相晶粒，附著于鍋爐鋼板上結為水垢。

1.1.2溶解度降低

一些如CaSO₄、CaSiO₃等結垢物質。屬于具有負溶解度系數的物質，即隨溫度的升高，溶解度降低，因此非常容易在蒸發面上溫度最高的部位沉積為水垢。

1.1.3相互反應

給水中原來溶解度較低的鹽類，在鍋爐的個體條件下，和其他鹽類相互反應，生成了難溶的化合物。

1.1.4水的蒸發、濃縮

由于鍋爐水的不斷蒸發、濃縮，水中溶解鹽的濃度不斷增大，當達到過飽和程度時，在蒸發面上析出晶母或以原有的水垢顆粒為結晶中心。生長為水垢。

1.1.5金屬表面的離子化

潔凈的鍋爐蒸發面，由于金屬離子化(Fe0→Fe2+)，使鍋爐金屬表面帶負電符。而一些結垢物質，常帶正電荷。這樣由于靜電吸引作用。使結垢物質沉積在金屬表面而結生水垢。

1.2再生水垢的結生過程

再生水垢是指生成水垢的鹽類，在形成泥垢以后，重新附著于蒸發面上的產物。

1.2.1泥垢的轉化

鍋爐水中呈懸浮狀態的泥渣為泥垢：含有泥垢的物質，如Mg(OH)₂、Mg₃(PO₄)₂等，性質很粘，如排污不及時，很容易粘附在蒸發面上轉化為水垢。

1.2.2相互反應

已形成的泥垢和水垢之間，或泥垢與金屬腐蝕物之間。在鍋爐蒸發面上的高溫條件下，進行了局部反應，使泥垢轉化成了水垢，如：

CaCO₃+MgSiO₃→CaSiO₃↓+MgCO₃

泥垢水垢水垢

MgCO₃+H₂O→Mg(OH)₂+CO₂↑

水垢

1.2.3鍋爐運行狀況

鍋爐蒸發強度高、循環性能好，鍋爐水中的泥垢呈懸浮狀態。就難以轉化為水垢，如果鍋爐蒸發強度低、循環性能差。泥垢易沉積在蒸發面上，就比較容易轉化成水垢。

2、水垢的種類

2.1鈣、鎂水垢

在鈣、鎂水垢中，以鈣鎂鹽類為主。有時可達90％以上。按其成份又可分為碳酸鹽水垢、硫酸鹽水垢、硅酸鹽水垢和混合垢四種。

2.2氧化鐵垢

氧化鐵垢的主要成份是鐵的氧化物。其次有少量的金屬銅、銅的氧化物及鈣、鎂、硅和磷酸鹽。氧化鐵垢大都發生在大型鍋爐熱負荷最高的噴燃器和燃燒帶附近的管壁上。氧化鐵垢的外表面呈咖啡色。內層呈灰色，垢下常有少量白色鹽類，銅及銅的氧化物在鐵垢中是均勻分布的。

3、水垢的危害

3.1水垢引起的傳熱損失

水垢的導熱系數比鋼鐵的導熱系數小幾十倍甚至幾百倍，使受熱面的傳熱性能變差，燃料燃燒所放出的熱量不能迅速地傳遞到鍋水中，使大量的熱量被煙氣帶走，造成排煙溫度升高。排煙熱能損失增加，使鍋爐的熱效率降低，而為了保持鍋爐的出力必須加大燃料的投入，提高爐膛和煙氣的溫度從而造成燃料的損失。從下表可以看出，當垢厚在1mm時，燃料損失大約增加10％，我國目前大約有60萬臺工業鍋爐，消耗的燃料幾乎占我國煤炭總產量的1／3，若以50％的運行鍋爐結垢1mm厚的話，那么煤的損失量也是一項驚人的數據。

3.2由于結垢給鍋爐的安全運行帶來嚴重的隱患。

鍋爐如結有水垢，又要保持一定的出力，這樣只有增加火側的溫度才行。由下面“壁溫與水垢的關系”圖中可以看出，水垢越厚。導熱系數越差，鍋爐火側的溫度就得越高。經試驗得出數據，對于工作壓力為1.37MPa的鍋爐，火側的溫度在900℃～1200℃之間，水側的溫度為197℃，在沒有結生水垢時的鍋爐鋼板溫度只有215℃～250℃。同類型的鍋爐。當鍋爐鋼結有0.8-1.0毫米的混合水垢時，鋼板溫度比無垢時提高了134℃－160℃。20#鋼板當達到315℃時，金屬的各項塑性指標開始下降，當達到450℃時，金屬會因過熱而蠕動變形。因此水處理不好，鍋爐結生水垢。很容易使鍋爐金屬應力超過材料屈服限而產生事故或使鋼板燒壞。

例如：鍋爐水垢常常生成在熱負荷很高的水冷壁管上，因水垢的導熱性差，導致金屬管壁局部溫度大大升高。當溫度超過金屬所能承受的允許溫度時，金屬因過熱而蠕變，強度降低。在管內工作壓力下，金屬管會發生鼓包、穿孔和破裂，引起鍋爐管子的過熱和爆管事故。

3.3水垢導致金屬發生沉積物下腐蝕。

鍋爐內有水垢附著的條件下，從水垢的孔、縫隙滲入的鍋水，在沉積的水垢層與金屬之間急劇蒸發。在水垢層下，鍋水中的溶解物可能被濃縮到很高的濃度。其中，有些物質在高溫高濃度的條件下會對金屬發生嚴重的腐蝕，如NaOH等。結垢、腐蝕過程相互促進，會很快導致鍋爐金屬的損壞，以致鍋爐發生爆炸事故。

3.4增加鍋爐的檢修量及運行成本。

鍋爐或熱力設備結垢后，安全運行的時間縮短，為了保證生產安全，避免生產中發生事故，不得不把鍋爐或熱力設備停下來進行檢修檢查。特別是由于水垢引起鍋爐的泄漏、裂紋、鼓包、變形、腐蝕等，迫使鍋爐不得不提前檢修，從而加大檢修費用增加鍋爐的運行成本。

以上分析以及我所往年檢驗報告的資料顯示，漳州市運行鍋爐受壓元件的修理事故顯示有80％以上是由于鍋爐結垢或鍋爐水質等原因造成的，其直接造成的是鍋筒等受壓元件的變形、過燒、裂紋而導致鍋爐停產返修。其所造成的直接和間接經濟損失是可想而知的。為了鍋爐的安全運行，為我國有限能源的充分合理利用，讓我們努力搞好鍋爐的水處理工作。防止和減少鍋爐水垢的產生。以保證鍋爐的安全運行。

編輯陳志華