鍋內加藥水處理技術淺析及防垢措施

鄭鴻秋

福建省鍋爐壓力容器檢驗研究院莆田分院，福建 莆田 351100

0 引言

筆者通過長期從事鍋爐定期檢驗中總結：鍋爐因水垢引起變形、開裂等事故案例占60%以上，給企業生產和人民的生活帶來嚴重影響，經濟上也會造成很大的損失。所以要保證鍋爐設備安全、經濟運行，首先要做好鍋爐水質處理工作。

1 鍋爐產生水垢的原因

鍋爐是一種承壓的能量轉換設備，鍋水在鍋爐運行中發生受熱、蒸發、濃縮、結晶及物質間等一系列的物理和化學變化，為水中的雜質進行化學反應提供有利的條件。當這些雜質在鍋水中達到飽和時，便有沉淀物質析出。所析出的沉淀物質，如果懸浮在鍋水中，就稱為水渣。如果沉積在受熱面上，就稱為水垢。

2 鍋爐水垢的分布規律

鍋爐水垢一般分布在各受熱面上，非受熱面結生的水垢一般為二次水垢；給水管附近結生的水垢一般以碳酸鹽水垢為主；水冷壁管內一般以生成硅酸鹽水垢或硫酸鹽的混合水垢為主；聯箱內一般為二次水垢；鍋筒底部堆積的水垢一般以煙管脫落的垢片；當更換水源、改變水處理方式，可能發生大量水垢的脫落。熱負荷低、水循環緩慢的部位如鍋筒、下聯箱等由于水渣沉積而形成二次垢；光滑的或有保護層的內表面使水垢不易生長，粗糙的表面或有老垢的表面更易生水垢；熱負荷低、蒸發強度小的部位（省煤器、下降管、快裝爐的給水管或后管板低溫側）容易發生HCO3-的分解產生結晶形態的碳酸鈣水垢；熱負荷高、蒸發強度大的部位（水冷壁、對流管等）因發生劇烈的蒸發濃縮，某些難溶物質容易達到溶度積，在受熱面上形成堅硬致密的硫酸鹽、硅酸鹽水垢；在鍋水沸騰、堿度、pH值較高的條件下，如產生碳酸鹽水垢也是以水渣的形式存在。

3 鍋爐水垢的危害

鍋爐水垢的生成會極大的影響鍋爐的導熱能力，增加鍋爐的煤耗量，降低受熱面金屬的強度，降低鍋爐的效率，影響鍋爐的水循環，縮短鍋爐的使用壽命，增加燃料對大氣的污染。在鍋爐的運行當中應當設法使鍋水中生成的沉淀物質是黏附性差而流動性好的水渣，而不是堅硬的水垢。為此就必須進行鍋內的加藥水處理。

4 鍋內的加藥水處理

鍋內的加藥水處理是向鍋爐給水或鍋水中投加適當的藥劑（稱為防垢劑），與鍋水中Ca2+，Mg2+或SiO2等容易結垢的物質發生物理或化學作用形成松散的水渣，通過排污排出鍋爐外，或使結垢離子成為溶解狀態存在于爐水中，以達到防止或減輕鍋爐結垢的目的。爐內水處理因其設備簡單，操作方便，維護容易，運行費用低，對原水水質適用范圍較大。根據國標GB/T1576-2008《工業鍋爐水質》標準規定，使用鍋內加藥處理的鍋爐，應符合下列條件。額定蒸發量≤4t/h，而且額定蒸汽壓力≤1.3MPa的蒸汽鍋爐和汽水兩用鍋爐。但必須對鍋爐結垢、腐蝕和水質加強監督，認真做好加藥、排污和清洗工作，其水質應符合表1的規定。

表1

5 鍋內加藥作用

鍋內加藥的化學物理作用的實質是，針對水垢形成的原理和過程，通過向鍋內加入藥劑，有效地控制鍋水中的離子平衡，抑制晶體沉淀物的生長與黏結，使之形成流動性的水渣而排除，從而防止或減緩水垢的形成，同時獲得一定的防腐效果。根據這種原理及過程，為使沉淀物不形成水垢，而形成水渣需采取以下手段：

1）創造使水垢變成水渣的條件。例如碳酸鹽在鍋水pH值較低時，容易沉積在受熱面上，形成水垢。當控制鍋水的pH值在10～12的范圍內，碳酸鈣沉淀在堿劑的分散作用下，成懸浮在鍋水中的形成水渣；

2）向鍋水中引入形成水渣的結晶核心。投加表面活性較強的物；破壞某些鹽類的過飽和狀態；以及吸附水中開成的膠體或微小的懸浮物；

3）投加高分子聚合物，使其在鍋內與Ca2+、Mg2+等離子發生絡合或螯合反應，減少鍋水中的Ca2+、Mg2+離子的濃度，使它們難以達到溶度積，延緩沉淀物的生成。例如腐植酸鈉和聚合磷酸鹽處理，就起到了這種作用；

4）創造鍋爐受熱面的清潔條件，阻礙水垢結晶萌芽的形成。例如新安裝的鍋爐進行煮爐，長期停用的鍋爐在運行前進行化學清洗，就能起到這種作用；

5）使沉淀析出的固體微粒表面與受熱金屬表面具有相同的電荷，或使受熱金屬表面形成電中性絕緣層，從而破壞它們之間的靜電作用。例如拷膠和腐植酸鈉等有機藥劑就是起到這種作用；

6）有效地控制結晶的離子平衡，使鍋水中易結垢離子向著生成水渣的方向移動。通常使用的純堿處理和磷酸鹽處理即屬此例；

7）創造有利于循環和加速水循環的條件，以破壞水垢晶體的沉淀過程，例如在鍋爐設計及安裝水平管段和角度較小的管段時，防止出現水循環不良的死角。

6 鍋內加藥品常用藥劑

1）防垢劑（軟化劑）：主要是用來消除水中的硬度，其中的堿性藥劑是使它變成為水渣；也有的屬于能改變水渣的性質，使其不易黏附在受熱面成為水垢的藥劑。

（1）堿性藥劑：主要有火堿（NaOH）、純堿（Na2CO3）和磷酸鹽-磷酸三鈉（Na3PO4）、六偏磷酸鈉（NaPO3）6、五聚磷酸鈉（Na7P5O16）等；

（2）有機膠體：主要有栲膠、腐植酸鈉等；

（3）水質穩定劑：主要有有機鹽和有機羧酸鹽。

2）降堿劑：主要用降低給水或鍋水中的堿度，以防止汽水共騰和苛性脆化，主要有磷酸、磷酸二氫鈉、草酸、硫酸銨等。

3）緩蝕劑：主要防止鍋爐金屬（水側）的腐蝕，主要有亞硫酸鈉、亞肖酸鈉等。

4）消沫劑：主要用來防止濃度過高而發生的起沫或汽水共騰，可以提高蒸汽質量，主要有酰胺類消沫劑和聚醚脂類消沫劑等。

5）防油垢劑：主要是吸附水中的油脂，以防止難以清除的含油水垢的生成，有活性炭、膠體、石墨、木炭粉等。

7 鍋內加藥水處理的方法

1）堿性藥劑處理法：這是目前普遍應用的方法。這種方法如果使用得當，均能起到良好的防垢效果。使用較多的處理方法能：天然堿處理、純堿處理、磷酸鹽處理、復合防垢劑處理；

2）有機防垢處理法：近年來石油、化工、電力等到部門相繼采用了大分子有機物為“水質穩定劑”。對工業鍋爐冷卻水系統進行防垢處理。結果證明，在加藥很少的情況下，取得了較好的防垢效果，所以，稱此類藥劑為有機防垢劑，目前看來，這是一種很有發展前途的工業鍋爐防垢劑；

3）石墨處理法：就是將一定量的石墨粉用水調成后，通過加藥裝置注入鍋爐中，增加結晶的晶核；

4）復合防垢劑處理法：是根據各種防垢劑的不同作用，將兩種以上的防垢劑，按照一定的比例復合配制，以發揮更好的一種防垢劑。通常有：純堿—磷酸鹽復合防垢劑、磷酸鹽—燒堿復合防垢劑、純堿—栲膠復合防垢劑、純堿—腐植酸鈉復合防垢劑、四鈉復合防垢劑（碳酸鈉、磷酸鈉、氫氧化鈉、腐植酸鈉）、三鈉一膠復合防垢劑（碳酸鈉、磷酸鈉、氫氧化鈉、栲膠）；

5）電磁水處理法：這類方法已經投放市場的裝置有：高頻水改器和磁水器。但從各地調查情況來看，絕大多數使用單位的防垢效果均不理想。

8 鍋內加藥處理應注意的問題

1）空爐上水一定要加藥，保證水達標；

2）盡可能減少鍋水指標的較大波動（加藥間隔不能太長）；

3）藥品必須溶解后才能加入鍋內，先排污后加藥；

4）如有老垢加藥后必須用時（一個月）停爐，打開所有孔蓋進行人工清理；

5）加藥后必須加強排污，直到停爐檢查無大量垢片脫落和堆積，才可恢復正常；

6）定期排污應在高水位、低負荷下進行；

7）隨時觀察鍋水情況，了解加藥效果，鍋水清則效果差，鍋水混則效果好。

9 結論

鍋爐的使用單位應根據設備條件、對蒸汽品質的要求及水處理材料的來源等不同情況，本著因爐、因水、因地制宜的原則，合理選擇水處理方法。在鍋爐運行過程中，因水質不良出現的問題，并不象鍋爐某些構件出現問題那樣，立即明顯的暴露出來，水質不良對鍋爐的危害是一個累積的過程，需經過一定時間才能發現，這時其結果已經無法挽回。因此對鍋爐加強鍋水處理的管理，保證鍋爐的水質符合標準，使鍋爐無垢、薄垢無腐蝕的情況下運行，以達到鍋爐安全經濟運行和處長壽命、節約能源、保護環境的目的。

[1]郝景泰，于萍，周英.工業鍋爐水處理技術[M].北京：氣象出版社，2000，4.