淺析鍋爐水處理的必要性及相關處理措施

摘要：水是鍋爐產生蒸汽的來源，水汽循環對鍋爐的安全運行具有十分重要的意義。如果鍋爐水處理工作做得不好，就可能會使鍋爐出現結垢、腐蝕、積鹽和汽水共騰等事故，危害鍋爐的安全運行。文章首先從鍋爐水垢、水渣和腐蝕等現象形成的機理及危害進行分析，然后從鍋爐用水處理和水汽監督等方面分別提出了相應的處理措施建議。

關鍵詞：鍋爐；水處理；水汽監督；水汽循環；水垢；水渣 文獻標識碼：A

中圖分類號：TK223 文章編號：1009-2374（2016）08-0066-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.08.035

隨著工業生產的不斷進步，鍋爐已進入各個行業，為其提供熱能、動力，促進了經濟發展和社會進步。但在鍋爐使用中因水質處理不當、水質管理不當或認識不足造成鍋爐的損壞及事故時有發生。2011年，宜賓市共有三臺鍋爐因水處理工作不到位，造成鍋爐損壞，幸經及時發現，沒有發生安全事故。其中兩臺2噸的鍋爐均因鍋爐給水處理不到位（一臺水處理設備能力達不到要求未及時更換，另一臺則無水處理人員），給水硬度超標，造成鍋爐內水垢厚達10余毫米，而使鍋筒過燒鼓包。另一臺新安裝的0.3噸的立式燃氣鍋爐，安裝驗收后未使用相應水處理設備，不到三個月因鍋爐積垢嚴重，爐膽被燒壞而不得不更換。2013年某酒廠車間一臺4t/h臥式燃氣鍋爐及2015年另一家酒廠一臺1t/h臥式燃氣鍋爐均投運一年左右出現煙管及爐膽大面積的局部潰瘍性腐蝕，嚴重部分出現煙管及爐膽腐蝕穿孔。2014年某木模板廠鍋爐因鍋爐結垢嚴重，煮爐除垢后未清爐，造成鍋筒底部垢渣堆積，煮爐投用一個月后鍋爐因過燒燒壞。從這幾年宜賓市鍋爐出現的事故情況來看，均與鍋爐水質管理工作有關。因此，要想保障鍋爐安全穩定運行，必須做好水處理工作。

1 鍋爐水處理的必要性

水汽循環對鍋爐安全運行具有十分重要的意義。水是鍋爐產生蒸汽的來源。鍋爐的水汽循環是通過水汽系統連接回路實現的，如果鍋爐給水水質不好，造成水汽系統回路變窄或堵塞，將會增加沿程阻力或影響正常回路，從而破壞鍋爐水循環。如果鍋爐給水中含有雜質，就會使鍋爐出現結垢、腐蝕、積鹽和汽水共騰等事故而危害鍋爐安全運行，從而降低鍋爐的傳熱效果和設備強度，造成鍋爐熱效率低下，浪費燃料，縮短鍋爐使用壽命，嚴重時甚至會引起鍋爐爆炸事故。另外，鍋爐金屬的受熱是在高溫狀態下工作，如果沒有連續不斷的水汽混合物冷卻，則管壁溫度會快速升高，當溫度超過了管壁金屬的耐熱極限時，管壁就有可能發生鼓包和蠕變，嚴重的甚至造成爆管。

1.1 水垢和水渣的形成及危害

鍋爐給水中溶解的鈣、鎂等重碳酸鹽類在高溫分解下轉化成碳酸鹽垢以及其他可溶解的鈣、鎂鹽，隨鍋爐水溫的升高，溶解度降低析出，和其他腐蝕固體產物一起黏附在鍋爐高溫受熱面上，就形成了水垢。如果這些鍋爐中析出的固體物質不黏附在鍋爐各部件內壁上，而是以一種松軟物質形式懸浮在鍋水中或沉積在鍋爐水流緩慢部位處，就形成水渣。水渣黏附在受熱面上，經高溫烘焙后可轉化為水垢。當鍋爐內結有水垢和水渣時將會造成水汽循環破壞，鍋爐出力（工作壓力和蒸發量）下降，使受熱面過燒損壞，嚴重影響蒸汽品質。這是因為受熱管道結垢后，管道流通截面變小，流動阻力增加，嚴重的還會堵死汽水管道，這就會影響鍋爐內水汽循環的正常流動，造成水汽循環破壞。人們稱水垢為鍋爐的“百害之源”，關鍵是水垢的導熱性極差。鍋爐鋼板的導熱系數約為40～50千卡/米·小時·℃，而水垢的導熱系數要比鍋爐鋼板小數十倍到數百倍。這樣就會造成鍋爐出力下降。如果鍋爐結有水垢，又要保持一定的出力，這樣只有增加火側的溫度才行，水垢越厚，導熱系數越差，鍋爐火側的溫度就越高。根據相關試驗數據，對于工作壓力為1.4MPa的鍋爐，火側溫度在900℃～1200℃之間，水側的溫度為197℃，沒有結水垢時的鋼板溫度只有215℃～250℃。而同樣的鍋爐，當鍋板結有0.8～1.0毫米水垢后，鍋板溫度比無垢時提高了134℃～160℃。20#鍋板達到315℃時，金屬的各種塑性指標開始下降，當達到450℃時，金屬就會因過熱而蠕動變形。因此如果水處理做得不好，鍋爐產生水垢，會造成鍋爐鋼板溫度過高，超過規定值時，鋼板將會被燒壞。而當鍋水中的水渣過多時，將會使汽包水汽分界面堆積大量泡沫，使鍋爐內產生汽水共騰現象，使飽和蒸汽大量帶水，從而污染蒸汽質量，影響蒸汽品質。

1.2 腐蝕的形成及危害

眾所周知，裸露的鋼鐵在與水接觸的情況下極易生銹腐蝕。同理，鍋爐的金屬經常與水接觸，并且溫度更高，就會更容易發生腐蝕。金屬腐蝕的本質是金屬原子失去電子被氧化的過程。金屬腐蝕一般可分為化學腐蝕與電化學腐蝕。金屬直接與介質發生氧化或還原反應而引起的腐蝕損壞，稱為化學腐蝕。金屬的氧化和氧化劑的還原是同時發生的，電子從金屬原子直接轉移到接受體。在化學腐蝕過程中不產生電流，而單純起化學作用。金屬與電解液相接觸時，有電流出現的腐蝕損壞過程，稱為電化學腐蝕。電化學腐蝕是最常見的腐蝕，它是以各種金屬具有不同的電極電位為依據的。鍋爐運行情況復雜，在鍋爐內基本上都同時存在化學腐蝕和電化學腐蝕情況。鍋爐內常見腐蝕機理為：

陽極：Fe→Fe2++2e

陰極：O2+2H2O+4e→4OH-（中性環境）

2H++2e→H2（酸性環境）

鍋爐的金屬表面在中性環境中發生電化學腐蝕，Fe2+和OH-將生成Fe（OH）2，在氧氣的作用下繼續被氧化成沒有保護性能的Fe（OH）3，從而加速鐵的腐蝕；酸性環境中產生的氫有可能擴散到金屬內，致使碳鋼脫碳，破壞金相組織，導致鋼鐵的氫脆現象。電化學腐蝕通常發生在沉積物下，由于氧濃差電池的形成，使得腐蝕速度加快。一旦生成凹坑，由于處于酸性環境，使得腐蝕加劇，凹坑會越來越深。通常情況下，鍋爐的爐水pH值大于7，爐水處于堿性條件下，酸性環境較小。但也有特殊情況的發生，如前文中所提到的某酒廠車間與另一家酒廠出現的鍋爐腐蝕就是在酸性環境下造成的。因為這兩家酒廠產酒發酵，生產環境中滋生很多微生物，鍋爐供水中的微生物含量較高，微生物在爐水中熱分解為有機酸（主要是乙酸，其次是甲酸），使得爐水中H+含量大增，從而使pH值下降，形成酸性環境，所以使得鍋爐金屬受熱面發生電化學腐蝕及酸性化學腐蝕，鍋爐很快被腐蝕穿孔。

在一般運行條件下，爐水的pH值在10～12之間，不會發生腐蝕。但當鍋水的pH值大于13時，或沉積鹽分與水反應生成堿（如NaOH），則在沉積物下生成高濃度的OH-，Fe（OH）3會轉化成FeO22-，造成苛性脆化，嚴重時甚至會引起鍋爐爆炸。一旦鍋爐結垢，其垢下發生的腐蝕會更快。這是因為當金屬表面有水垢時，由于它們的導熱性差，水垢下面的管壁溫度就會升高，滲到水垢下面的爐水就會急劇濃縮，而且不能和爐管中的爐水混合，結果水垢下的爐水中各種雜質的濃度變得很高，就可能使酸性或堿性變得更極端，從而加快腐蝕。因此嚴重的腐蝕會使金屬內部結構破壞、穿孔、強度顯著降低而爆管，縮短鍋爐的使用壽命，增加維修成本。

2 鍋爐水處理具體工作內容

根據上文所述，為了防止和減緩鍋爐結垢、腐蝕，保證蒸汽質量良好，必須采取有效措施對鍋爐水處理及水汽進行監督管理，使工業鍋爐運行時的水質標準達到《工業鍋爐水質》（GB/T1576-2008）要求。其具體工作主要為鍋爐用水處理和水汽監督。

2.1 鍋爐用水處理

鍋爐用水處理即是對進入鍋爐之前的水，即鍋爐給水中的懸浮物、膠體物、有機物、各種溶解的鹽類和氣體進行處理，并對鍋內水質進行調整，使鍋爐給水和鍋水的品質符合標準的過程。鍋爐用水處理分為鍋外水處理和鍋內加藥處理。

鍋內加藥處理法是通過向鍋爐給水加一定數量的軟水劑也稱除垢劑或阻垢劑，使鍋爐給水中的結垢物質轉變成水渣，然后通過排污將其從鍋內排出，從而達到減緩水垢結成的目的。這種水處理的好處是投資小、成本低。但是使用該方法必須要注意以下四點：（1）必須對癥下藥：即一定要做到什么樣的水質，選擇什么樣的藥劑；（2）必須量水投藥：按上水的數量和質量，投加一定數量的藥劑，切不可多投或少投；（3）必須科學排污：一定要按照化驗結果進行科學的排污；（4）必須嚴格監督：一定要嚴格地監督鍋水的品質，以指導加藥和排污作業。鍋爐進水加藥處理時限制給水總硬度小于或等于4.0毫摩爾/升，額定蒸發量小于或等于4t/h，并且額定蒸汽壓力小于或等于1.3MPa。這要求鍋爐需定期清洗，保證熱強度最大的受熱面上每年可結水垢厚度不超過0.5毫米。

鍋外水處理是采用水處理設備對鍋爐給水進行處理，保證鍋爐補給水符合標準要求。由于水源、水質和爐型的不同，鍋爐水處理需要根據鍋水的不同因地制宜地選擇適當的水處理設備和系統。采用軟化水裝置供水（一般采用離子交換法），限定的給水硬度可達0.03毫摩爾/升，在鍋爐定期清洗的情況下，能保證熱強度最大受熱面上每年積垢不超過0.1毫米。但是使用該方法時，部分設備對設備操作人員的要求比較高。如果操作不當或用水波動大時極不容易達到相關指標。對大參數容量的鍋爐來講，對水質的要求更嚴，投入和運行成本可能更大。

2.2 水汽監督

水汽監督對任何類型的鍋爐都是十分重要的，其工作內容主要為對鍋爐的給水、鍋水以及蒸汽進行化學分析，檢查水汽質量是否符合要求。水汽監督能及時發現鍋爐水處理工作是否到位、水處理設備運行是否正常、加藥處理是否得當、鍋爐排污是否合適，對鍋爐的安全經濟運行起著哨兵監視作用。因此對水汽化驗監督人員要求較高，要求其必須準確及時地化驗相關數據。

3 結語

在實際工作中，鍋爐水處理工作往往不被重視。因為水質不良出現的問題，并不像鍋爐部件出現問題那樣明顯，不會立刻就暴露出來，而是需要一段時間的積累才會爆發，一旦爆發可能就無法挽救。為了防患于未然，必須提高對水處理工作的認識，從技術管理與經濟管理上加強鍋爐水處理工作力度，保障鍋爐的安全穩定經濟運行，促進社會經濟發展。

參考文獻

[1]張栓成，張兆杰.鍋爐水處理技術（第2版）[M].鄭州：黃河水利出版社，2010.

[2]工業鍋爐水質（GB/T1576-2008）[S].

作者簡介：王旭東（1976-），男，四川宜賓人，宜賓市特種設備監督檢驗所工程師，研究方向：熱能工程。

（責任編輯：王 波）