淺談鍋爐水質(zhì)的運(yùn)行安全和節(jié)能減排

張晶晶

（杭州市特種設(shè)備檢測院，浙江 杭州 310003）

水是鍋爐系統(tǒng)的血液，鍋爐中的水如果不經(jīng)過處理，則會在鍋爐內(nèi)表面結(jié)成水垢并對鍋爐產(chǎn)生腐蝕，不僅會造成大量的燃料浪費(fèi)，還將威脅到鍋爐的使用壽命及安全運(yùn)行。因此，從水質(zhì)的角度探討加強(qiáng)鍋爐安全運(yùn)行以及節(jié)能減排措施非常必要。

1 水垢的形成

水是一種很好的溶劑，能夠溶解多種雜質(zhì)。按照粒徑大小可以將水中的雜質(zhì)分為溶解物、懸浮物及膠體三大類。水中富含Ca2+、Mg2+及其他的重金屬離子等，這是形成水垢的根本原因。此外，水中很多的固態(tài)物質(zhì)容易黏附在金屬的受熱表面上也容易形成水垢。當(dāng)含有鈣和鎂的鹽類雜質(zhì)水進(jìn)入到鍋爐中時，受熱發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，將生成一些難溶性的固體物質(zhì)，這些物質(zhì)附著在鍋爐系統(tǒng)的水冷壁管及鍋筒等受熱面內(nèi)表面上，即形成水垢阻礙了熱量的傳遞。水垢往往不是單一的化合物，而是由許多化合物組成的混合物。水垢的化學(xué)成分雖然比較復(fù)雜，但往往以某種組分為主，因此可按水垢的化學(xué)組分分成鈣鎂水垢、硫酸鹽水垢、碳酸鹽水垢、硅酸鹽水垢、氧化鐵垢、混合水垢以及泥垢等。

2 水垢對鍋爐運(yùn)行安全性的影響

2.1 破壞鍋爐系統(tǒng)水循環(huán)

鍋爐系統(tǒng)水循環(huán)可以分為強(qiáng)迫水循環(huán)和自然水循環(huán)兩種類型。強(qiáng)迫水循環(huán)主要是在水泵產(chǎn)生的機(jī)械動力作用下被迫循環(huán)，而自然水循環(huán)是通過上升管與下降管之間達(dá)到汽水比重差異導(dǎo)致的壓差作用進(jìn)行循環(huán)。在鍋爐系統(tǒng)中，這兩種水循環(huán)均經(jīng)過精確計算及多次實(shí)驗(yàn)，能夠確保系統(tǒng)中有充分的流通截面積。而當(dāng)鍋爐內(nèi)壁結(jié)成水垢以后，管內(nèi)的流通截面積減少，且流動阻力明顯增加，這將破壞水循環(huán)，導(dǎo)致向火側(cè)的金屬壁無法被及時冷卻而溫度偏高。如果水垢將管路完全堵死，則水循環(huán)被阻斷，金屬壁的溫度急劇升高，長此以往會由于過燒而導(dǎo)致爆管事故的發(fā)生。

2.2 導(dǎo)致金屬過熱

通常情況下鍋爐受熱面所使用的材料均為鋼材，且多為碳素鋼，金屬壁的允許運(yùn)行溫度在450℃內(nèi)，正常運(yùn)行狀態(tài)下鍋爐金屬壁的溫度在280℃左右。在無垢狀態(tài)下，金屬面受熱以后能夠很快將熱量傳遞給鍋爐中的水，此時爐壁與水的溫差在30℃左右。但如果鍋爐面結(jié)成了水垢，金屬面的熱量傳導(dǎo)性能將受到影響。對于工作壓力等于1.25Mpa的鍋爐，當(dāng)其受熱面結(jié)垢為1mm時，溫差在200℃左右，此時金屬壁的溫度尚在允許溫度范圍內(nèi)。而當(dāng)水垢厚度在3mm左右時，金屬壁的溫度可達(dá)580℃，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了允許溫度值。在超高溫下，鋼材所具有的抗拉強(qiáng)度值由4.0Mpa降低至1.0Mpa，內(nèi)壓將導(dǎo)致鍋爐的受熱原件發(fā)生變形、熱鼓皰、泄漏乃至發(fā)生爆炸等。金屬壁溫度過高還會導(dǎo)致金屬伸長，而受熱面通常是沒有伸縮余量的，這將引起爐管發(fā)生龜裂等問題。

3 水垢對鍋爐運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的影響

3.1 降低鍋爐的導(dǎo)熱效率，造成燃料浪費(fèi)

當(dāng)鍋爐內(nèi)表面生成水垢以后，受熱面被水垢覆蓋而導(dǎo)致傳熱性能降低。在這種情況下，燃料燃燒所釋放的熱量無法迅速地傳遞給鍋爐水，大量的燃燒熱量隨著煙氣排出造成熱量損失，鍋爐的熱效率降低。據(jù)相關(guān)研究結(jié)果顯示，鍋爐中的水垢厚度達(dá)到1.5mm時，將多消耗約6%的燃料；而當(dāng)水垢厚度達(dá)到5mm時，燃料損耗約為15%，由此可見，鍋爐水垢將造成嚴(yán)重的燃料浪費(fèi)，嚴(yán)重影響鍋爐的節(jié)能減排。

3.2 導(dǎo)致鍋爐的使用壽命降低，造成資金浪費(fèi)

正常情況下，鍋爐的使用壽命約為20年，但目前我國大部分的鍋爐使用壽命均未達(dá)到這一范圍，主要是受水垢及腐蝕的影響。當(dāng)鍋爐形成水垢時，容易導(dǎo)致鍋爐筒發(fā)生鼓皰、水冷壁或者對流管束發(fā)生爆管等現(xiàn)象。為確保鍋爐的使用安全，在對鍋爐筒進(jìn)行挖補(bǔ)修復(fù)以后，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)?shù)亟祲阂院笤偻度胧褂茫珜τ谝恍φ羝麎毫σ筝^高的單位而言，只能更換新鍋爐。部分鼓皰面積過大并變形較嚴(yán)重的鍋爐也只得報廢。另有部分鍋爐雖然能夠修復(fù)，但其修復(fù)費(fèi)用較高，修理價值較低，也只得作廢。此外，水垢中常含有較多的鹵素的離子，高溫作用下對鐵具有腐蝕作用，導(dǎo)致金屬內(nèi)壁質(zhì)變脆，且將向著金屬內(nèi)壁不斷發(fā)展，造成金屬深度腐蝕，從而縮短鍋爐的使用壽命。修補(bǔ)、更換鍋爐勢必會造成大量能源及資金的浪費(fèi)。

4 預(yù)防鍋爐水垢的措施

為確保鍋爐無垢或者薄垢運(yùn)行，必須加強(qiáng)鍋爐給水管理，這是確保鍋爐系統(tǒng)安全運(yùn)行、達(dá)到節(jié)能減排目的的關(guān)鍵。同時，還應(yīng)預(yù)防水垢的生成，通常可采用如下方法處理：

4.1 鍋爐外的水處理

離子交換劑法比較常用，目前水處理設(shè)備均采用離子交換樹脂，它不僅能與水中的離子發(fā)生交換反應(yīng)，并且在達(dá)到交換容量不能再交換后，可通過相反的交換反應(yīng)使其再恢復(fù)交換能力。該方法具有較好的軟化效果，基本適用于各種鍋爐。另一種方法是石灰和純堿軟化法。就是向澄清的水中加入一定量的純堿或者生石灰而實(shí)現(xiàn)軟化水垢的目的。該法可以分為熱法和冷法兩種，冷法的操作溫度為常溫，以使水的殘余硬度在每升1.5-2.0毫克當(dāng)量左右；熱法是水溫在20-80℃左右時進(jìn)行，控制水的殘余硬度在每升0.3-0.4毫克當(dāng)量左右。

4.2 鍋爐內(nèi)的水處理

該法是在爐水中加入一定量的化學(xué)藥品，與水中的結(jié)垢物質(zhì)反應(yīng)生成結(jié)垢疏松的沉渣，并經(jīng)過排污法排出鍋爐系統(tǒng)，可有效防止或者減少鍋爐結(jié)垢。該法適用于小型低壓火管鍋爐。常采用的藥品有碳酸鈉、磷酸三鈉、氫氧化鈉以及有機(jī)膠體等。采用該法時必須加強(qiáng)鍋爐排污，以將形成的泥垢、泥渣等排出爐外，方可取得滿意的效果。

4.3 物理清洗除垢

目前工業(yè)鍋爐清洗中使用較多的是高壓水力射流清洗技術(shù)和機(jī)械疏管等。高壓水射流清洗是用高壓泵打出高壓水，通過管子流經(jīng)噴嘴，將高壓低流速的水轉(zhuǎn)換為低壓高流速的射流，從而使污垢脫落達(dá)到除垢的目的。而機(jī)械除垢則采用帶有鋼絲軟帶、電機(jī)等的電動洗管器或其他的專業(yè)清潔工具除垢。

4.4 化學(xué)清洗除垢

化學(xué)法除垢可分為酸洗法和堿洗法兩種。堿洗法通過在鍋爐中加入各種類或濃度的堿液，并在一定的壓力下將其煮沸從而實(shí)現(xiàn)除垢的目的。酸洗除垢可將鍋爐受熱面上附著的水垢清除干凈，但會與金屬發(fā)生反應(yīng)，會導(dǎo)致鍋爐腐蝕或者穿孔，故對酸洗技術(shù)要求較高，進(jìn)行鍋爐酸洗除垢時，應(yīng)由具有相應(yīng)酸洗資質(zhì)的單位進(jìn)行。

結(jié)語

水質(zhì)和鍋爐設(shè)備管理是鍋爐系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵，相關(guān)單位領(lǐng)導(dǎo)應(yīng)加強(qiáng)對兩者的重視度，加強(qiáng)鍋爐用水質(zhì)量管理，預(yù)防和清除鍋爐水垢，全面開展節(jié)能減排工作，才能促進(jìn)鍋爐系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。

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