熱水鍋爐結垢的危害與防治

張麗娟

摘要：鍋爐用水在自然狀態時可以溶解很多的物質，水中溶解的有些物質對鍋爐用水要符合標準，鍋爐用水的“雜質”，溶解的鈣、鎂離子，在鍋爐和管道內壁極易結成污垢，當水垢厚度達到一定的厚度時，就會影響受熱面的傳熱，降低熱效率，增加燃料消耗，浪費人力，提高了供熱成本。

關鍵詞：防垢；鍋爐；腐蝕；

前言

絕對純凈的天然水是沒有的，人類對水的需求是不同的，在不同的事物中表準是不一樣的，水中溶解的有些物質對人類的健康起著非常重要的作用，但是這些物質對鍋爐用水確不符合要求，這些物質在鍋爐用水時就是“雜質”，這些雜質例如水中溶解的鈣、鎂離子，在鍋爐用水高溫循環的條件下，再鍋爐和管道內壁極易結成污垢，就是碳酸鹽類的物質，隨著鍋爐和管道內壁污垢厚度的增加，污垢就會影響循環水的流速和熱的傳導，因此，不經處理就直接進入鍋爐的用水，在鍋爐高溫的運行過程中其受熱面中就會形成水垢，并隨著時間逐漸加厚，水垢的導熱系數很大，比鍋爐和管道材料高幾百倍，因此，水垢會影響鍋爐的傳熱效果，鍋爐和管道的受熱面金屬在高溫條件下，結垢的速度加快，隨著時間的推移，管道的內徑小，時間長了就會使部分管道在有些彎口首先受阻，最后導致管道堵塞，這時候就會由于循環水受阻，引起管壁鼓包，即使在鍋爐生成污垢后還能運行時，由于污垢的產生使傳熱效果降低，大量的燃料作的是無用功，既浪費了煤炭，又浪費了人力。鍋爐水垢的形成影響鍋爐的效率，也危及安全生產。因此提高對鍋爐水垢的認識，對降低成本，節能降耗有著十分重要的意義。

1 鍋爐結垢化學過程分析

鍋爐用水在高溫條件下大量的純凈的水被蒸發，使水用中的鈣、鎂離子濃度大大增加，因此導致鈣、鎂離子和水中被溶解的二氧化碳發生化學反應，生成碳酸鹽類化合物，碳酸鹽難溶于水，大量的碳酸鹽沉積在鍋爐內和管道中就會生成污垢，生成難溶的物質析出的發生化學反應如下：

Ca(HCO3)2→CaCO3↓+CO2↑+H2O

Mg(HCO3)2→MgCO3↓+CO2↑+H2O

其中生成的MgCO3是不穩定的;

MgCO3+H2O→Mg(OH)2↓+CO2↑

鈣、鎂鹽類溶解度的對比分析

某些鈣、鎂鹽類的溶解度,隨著水溫升高而下降,當超過飽和濃度后便沉淀析出。如硫酸鈣在水溫20℃時,溶解度為4 052.8mg/L,而當水溫升高到200℃時,其溶解度只有103.4mg/L。顯然在鍋爐用水在循環過程中鈣、鎂鹽類的溶解度較小，因此必需設法除掉過路用水中的鈣、鎂離子。

鍋爐水生成污過程的機理

鍋爐用水不斷受熱蒸發,使鍋爐用水中的鈣、鎂鹽類隨照時間的推移逐漸濃縮,一定時間后鈣、鎂鹽類的濃度就會達到飽和狀態，這時候循環水中的鈣、鎂鹽類便沉淀析出。因為鍋爐和管道的受熱面金屬表面用眼看上去是光滑的，但是從微觀的角度看，這些金屬的表面是粗糙不平,有許多微小凸起的小丘。這種凹凸不平的表面就成為從溶液中析出鈣、鎂鹽類時的結晶核心。此外,受熱面金屬表面上常常覆蓋著一層氧化膜,它具有相當大的吸附能力,能成為金屬壁和由溶液中析出物的粘結層。

2 鍋爐結垢的危害。

2.1造成鍋爐受熱面損壞

水結垢的導熱性能差，在有水垢時，要達到與污水溝時相同的爐

水溫度，受熱面管壁的溫度必然提高。另外，鍋爐受熱面上結水垢后，傳熱情況變壞，使爐管的冷卻受到影響，這樣就會使壁溫升高。引起強度顯著降低，造成鍋筒和管壁過熱變形、鼓包、裂紋、甚至爆管。

2.2 浪費燃料

水垢的導熱性能差，使受熱面傳熱情況惡化，增高排煙溫度，降低鍋爐熱效率、浪費燃料。據測定，水垢厚度為1.5，就要多消耗6%的燃料；水垢厚度為5mm時，就要多消耗15%的燃料；水垢厚度為8mm時，就要多消耗34%的燃料。

2.3 鍋爐出力降低

隨著鍋爐結垢厚度的增加，由于傳熱性能變差，要達到鍋爐的額定產熱量，就需要多消耗燃料，而爐膛容積和爐排面積是一定的，燃料消耗受到限制，因此，鍋爐的出力就要降低。

2.4 影響水循環

若水冷壁內結垢，流通截面變小，增加了流動阻力，嚴重時會堵塞管子，破壞水循環。

2.5 縮短鍋爐壽命

由于水垢的結存。會引起鍋爐金屬的腐蝕。另外，必須停爐定期除垢，縮短鍋爐的運行時間，消耗大量的人力、物力。當采用機械與化學方法除垢時，還會使受熱面受到損失，因而縮短過路的使用年限。

3 鍋爐結垢的類型。

水垢的成分很復雜，目前發現的水垢有幾十種，水垢絕大部分是由難溶的鹽類形成的。按其化學組成，水垢大致可以分以下幾種：

碳酸鹽水垢：碳酸鹽水垢以碳酸鈣為主，也有少量的碳酸鎂。按其生成條件的不同，可以是堅硬的垢；也可以是疏松海綿狀的軟垢。此類水垢具有多孔性，比較容易清除。常在鍋爐水循環較慢的部位和給水的進口處結生。

硫酸鹽水垢：硫酸鹽水垢的主要成分是硫酸鈣，它是特別堅硬和致密的水垢。常沉積在鍋爐內溫度高、蒸發率最大的蒸發面上。

硅酸鹽水垢：硅酸鹽水垢是一種非常堅硬、導熱性非常小的水垢。容易在溫度高的蒸發面上沉積。它的主要成分是硬硅鈣石或鎂橄欖石；另一種是軟質的硅酸鎂，主要成分是駝紋石。一般二氧化硅的含量都在20%以上。

混合水垢：混合水垢由鈣、鎂的碳酸鹽、硫酸鹽、硅酸鹽以及鐵鋁氧化物等組成，很難指出其中那一種是主要成分。它是由于使用不同成分的水質生成的。

含油水垢：硬度比較小的給水中混入油脂后，就會結生含油的水垢。含油水垢色黑，比較疏松，一般含油量在5%以上。由于含油水垢很難清除，因此對鍋爐的危害非常大。

泥垢（水渣）：泥垢是在爐水中富有流動性的固形物。當泥垢含量較大時，很容易粘附在鍋爐蒸發面上，形成難以用水沖掉的再生水垢。

4 熱水鍋爐的防垢。

為了防止鍋爐水垢的結生，一般采取鍋爐內水處理和鍋爐外水處理的方法。

鍋爐內水處理是向鍋爐內投加一些化學藥劑，使其與鍋爐中的結垢物質（主要是鈣和鎂的鹽類）發生化學或物理變化，而生成松軟的水渣，并通過排污的方法達到預防鍋爐結垢和腐蝕的目的。對于蒸發量小、壓力低、補水量較低的鍋爐應考慮此方法。

鍋爐外水處理是利用離子交換軟化設備將含有雜質的水軟化后，達到鍋爐用水的水質要求后再進入鍋爐，達到預防鍋爐結垢和腐蝕的目的。離子交換軟化器根據離子交換運行的不同可分為順流再生固定床、逆流再生固定床、浮床（浮動床）、移動床、流動床。

5 熱水鍋爐的除垢。

鍋爐的水處理工作主要是防止鍋爐結垢。但由于處理的方法不當或因其他條件，往往在一些鍋爐中不同程度地結有水垢。為了保證鍋爐的安全經濟運行，對水垢要及時加以清除。目前采用的除垢方法有機械除垢法、酸洗除垢法和堿煮除垢法。

機械除垢法：當鍋爐內有疏松的水垢和水渣時，停爐后使鍋爐冷卻、放掉爐水，用清水沖洗后，即可用扁鏟、鋼絲刷和機動銑管器進行除垢。這種方法比較簡單，多用于結垢簡單的小型鍋爐上。但勞動強度大，除垢效果差，容易損壞鍋爐本體。

酸洗除垢法：酸洗除垢法大部分是采用鹽酸或硝酸來清洗的。酸洗液是由鹽酸加緩蝕劑或硝酸加緩蝕劑組成的。這種酸洗液既能消除鍋爐中的水垢（除硝酸鹽水垢時，需添加氫氟酸），又極少腐蝕鍋爐。酸洗除垢有溶解作用、剝離作用和疏松作用。

堿煮除垢法：堿煮除垢法除垢，其效果要比酸洗除垢法差，但是堿煮后由于水垢松，因此對于難以用鹽酸清除的水垢，在酸洗前也可以用堿煮法進行一次予處理。堿煮法操作簡單，副作用也比較小。缺點是煮爐時間比較長，藥劑消耗量比較多，且效果差。

水垢是鍋爐的百害之源，做好鍋爐的防垢和除垢工作是非常關鍵的。