淺談水質不良對工業鍋爐的危害及對策

闞柏平

（天津市特種設備監督檢驗技術研究院，天津 300192）

淺談水質不良對工業鍋爐的危害及對策

闞柏平

（天津市特種設備監督檢驗技術研究院，天津 300192）

水是工業鍋爐的主要介質，被譽為鍋爐的血液。水質的優劣直接關系到鍋爐能否安全經濟運行。水質不良會造成鍋爐結垢和腐蝕。鍋爐的結垢和腐蝕造成的事故約占事故總數的60%以上，造成巨大的經濟損失。本文通過對造成鍋爐結垢和腐蝕的原因進行了分析與探討，并對防止結垢、降低腐蝕速度提出了相應的對策，對提高鍋爐的安全經濟運行以及節能減排有實際意義。

水質；工業鍋爐；結垢；腐蝕

在鍋爐內，水吸收燃料燃燒放出的熱量而產生熱水（熱水鍋爐）或蒸發為蒸汽。如果使用的水質不良，水中含有較多的有害雜質，這種不符合標準的水進入鍋爐，則必然會使運行中的鍋爐產生結垢、腐蝕等危害。最近一個年度共對天津市在用鍋爐3260臺進行了鍋爐水質檢驗，其中1336臺次鍋爐水質不合格，占總數的40.98%。從統計數據看，加強鍋爐水質監督管理工作任重道遠。

1 水垢的形成

實踐經驗表明，如果鍋爐給水硬度不合格，水進入鍋爐運行一段時間后，經過不斷地蒸發、濃縮，當達到過飽和程度時，在鍋爐受熱面上就會結生一些不溶性固態附著物，這種以固體析出的沉淀物即稱為水垢。

水垢的結生是一個復雜的物理化學過程。工業鍋爐中常結生鈣、鎂水垢，以碳酸鹽水垢居多。 含有硬度的水進入鍋爐以后，水在鍋爐內加熱的過程中，一些鈣、鎂鹽類由于受熱而分解，使易溶于水的物質轉變為難溶于水的物質而析出沉淀，若不及時排出，附著于鍋爐受熱面上形成水垢。由于鍋爐水的不斷蒸發、濃縮，水中溶解鹽的濃度不斷增大，當達到飽和程度時，在蒸發面上析出晶核，或以原有的水垢顆粒為結晶中心，生成水垢。如果鍋爐蒸發強度低，循環性能差，泥垢易沉積在蒸發面上，也比較容易轉化成水垢。

2 水垢對鍋爐的危害

2.1 鍋爐鋼板、管路因過熱而被燒損

人們稱水垢是鍋爐的“百害之源”，關鍵是水垢的導熱性能很差。物質的導熱性能一般用其導熱系數的大小來衡量，水垢的導熱系數比鍋爐鋼板小幾十倍到數百倍。當鍋爐受熱面結有水垢時，傳熱情況變壞，使爐管從火焰、煙氣吸收的熱量不能很好地傳遞給水，從而使受熱面溫度升高，金屬強度下降，容易造成鍋爐爐管起鼓包、變形以至爆管。此外，爐管結垢后管內流通截面積減小，水循環阻力增大，嚴重時會破壞正常的鍋爐水循環和冷卻，造成爐管燒損。

2.2 浪費燃料降低鍋爐出力

當鍋爐結有水垢時，會使鍋爐受熱面的傳熱情況變壞，排煙溫度升高，由于水垢導熱系數很低，阻礙了傳熱，從而降低了鍋爐熱效率，增加燃料消耗或降低鍋爐出力。試驗證明對于工作壓力為1.3兆帕的鍋爐，結成1mm厚的混合水垢，可浪費燃料5%～8%。

2.3 增加鍋爐檢修量并危及安全

鍋爐受熱面結垢后，非常難以清除，需經常清垢或酸洗鍋爐，而酸洗鍋爐很容易給鍋爐造成腐蝕，同時酸洗廢液的排放對環境造成污染，不僅損害了鍋爐壽命，而且需要大量的人力、物力進行檢修，同時也威脅著人身安全，影響了安全生產。

3 防止工業鍋爐結垢的措施

3.1 鈉離子交換水處理

目前，根據天津市的水質情況，絕大部分工業鍋爐可以采用鈉離子交換的水處理方法，使鍋爐給水軟化，防止鍋爐結生水垢。當含有鈣鎂離子的原水，流經離子交換器中的鈉離子樹脂層時，水中的鈣鎂等陽離子被樹脂中的鈉離子所置換 ，從而將在鍋爐內形成水垢的鈣、鎂鹽類，轉換為易溶性鈉鹽，而使水得到軟化。經鈉離子交換樹脂軟化后的水質，其硬度可以降低至0.030mmol/L以下，甚至可以完全消除，使水質達到GB/T1576—2008《工業鍋爐水質標準》的要求。根據水源和鍋爐參數的不同，除了上述鈉離子交換以外，還可以采用陰陽離子交換法和反滲透除鹽法等。

3.2 鍋內加藥處理法

工業鍋爐水質標準（GB/T1576—2008）規定額定蒸發量≤4噸/小時，且額定蒸汽壓力＜1.3兆帕的蒸汽鍋爐，以及額定功率≤4.2兆瓦非管架式承壓的熱水鍋爐和常壓熱水鍋爐可以采用鍋內加藥處理。鍋內加藥水處理方法的實質是針對產生水垢的原因和過程，向鍋內投加適當的化學藥劑，使水中能夠形成水垢的物質在鍋內變成松散的非粘結性的、可流動的水渣，沉降于鍋筒或聯箱的底部，通過排污排出鍋爐，達到防止或減緩水垢生長或金屬腐蝕的目的。

4 鍋爐的腐蝕與防護

4.1 鍋爐腐蝕

金屬表面與周圍介質發生化學或電化學作用而遭到破壞的現象成為腐蝕。鍋爐金屬的腐蝕嚴重威脅鍋爐的安全運行，因此日益引起人們的重視。鍋爐的腐蝕包括化學腐蝕和電化學腐蝕。金屬在腐蝕過程中伴有電流產生的現象稱為電化學腐蝕。鍋爐的給水和鍋水都屬于電解質溶液，因此，鍋爐腐蝕多是電化學腐蝕。對工業鍋爐腐蝕最嚴重的氧和二氧化碳是造成鍋爐電化學腐蝕的重要因素。

（1）氧對鍋爐的腐蝕。水中溶解氧氣是加速電化學腐蝕的重要因素。氧腐蝕在鍋爐中主要是起陰極去極化作用。氧氣是強烈的去極劑，能夠吸收陰極的電子。在含有氯離子的電解質溶液中（鍋水），鐵原子失去2個電子，變成二價鐵離子，氯和水得到電子而變成氫氧根離子。二價鐵離子于氫氧根離子結合成氫氧化亞鐵。Fe(OH)2在水溶液中很不穩定，容易與水中溶解氧發生進一步反應： 4Fe(OH)2+2H2O+O2→4Fe(OH)3↓

由于生成三價的氫氧化鐵沉淀，致使陽極處溶液中的二價鐵濃度降低，起到了“去極化”的作用，從而加劇腐蝕，因此，水中溶解氧存在時，便會造成鍋爐設備及管道的氧腐蝕。正是由于上述因素，工業鍋爐水質指標對給水溶解氧含量做出明確規定。

（2）二氧化碳對鍋爐的腐蝕。鍋水中的二氧化碳主要來源于鍋爐的補給水，或鍋內投加的碳酸鹽阻垢劑。根據天津市水質特點，天然水中所含鹽類多以碳酸鹽為主。補給水中所含的重碳酸鹽在鍋水中會受熱分解，當水中含有二氧化碳時，水的pH值便會下降，二氧化碳對鍋爐的腐蝕主要是析氫腐蝕，也就是酸腐蝕。同時又使鍋爐金屬產生電化學腐蝕，其反應為：

反應結果產生氫離子H+，而H+是陰極去極劑，因此加速了腐蝕。含有二氧化碳的鍋水能使金屬均勻腐蝕，并且隨著水溫的升高，腐蝕速度加快，能夠使金屬表面減薄，大量的腐蝕產物會帶入熱力系統，危害極大。

4.2 工業鍋爐的防腐措施

氧氣、二氧化碳對鍋爐的危害很大，鍋爐給水除氧、脫氣是防止鍋爐金屬腐蝕的根本措施。國家工業鍋爐水質標準規定，當鍋爐蒸發量大于等于10t/h，熱水鍋爐額定功率大于等于7.0兆瓦的承壓熱水鍋爐，給水應除氧。目前工業鍋爐所采用的除氧方法有熱力除氧、化學除氧、真空除氧、解析除氧、渦流脫氣除氧和海綿鐵除氧等。通過對天津市在用鍋爐水質檢驗20多年的經驗表明，對于蒸汽鍋爐應用最廣泛、效果最好、最穩定的還是熱力除氧。對于熱水鍋爐采用化學除氧效果最佳。

（1）熱力除氧。氧氣在水中的溶解度遵循亨利定律，根據氣體溶解度定律（亨利定律）任何氣體在水中的溶解度與該氣體在氣水界面上的分壓力有關，而與大氣壓力無關，氧的分壓力愈大，水中溶解氧的濃度就愈高，當氧的分壓力等于零時，則水中的溶解氧也趨向于零，在大氣中把水加熱到沸騰時，水的飽和蒸汽壓力就等于氣水界面上混合氣體的總壓力，氧和其他氣體的分壓力均等于零。此時，氧氣和二氧化碳氣體等都從水中解析出來，即達到除氧（除氣）的目的。除氧器不僅能除氧，同時還能除掉二氧化碳和其他氣體，因此也可以稱之為除氣器。在實際操作中，保證除氧頭內壓力為0.2兆帕，在此壓力下水的飽和溫度為102～106℃。便可確保給水的除氧效果合格。這種除氧器在除氣的同時不增加水中的含鹽量，所以廣泛應用于蒸汽鍋爐上。目前，天津市大部分蒸汽鍋爐的除氧均采用此方式。

（2）化學除氧。所謂化學除氧，就是向鍋爐給水或熱水鍋的循環水中投加一定的化學藥劑。如亞硫酸鈉，使之與水中的溶解氧發生化學反應，生成無腐蝕性物質，以達到除氧的目的。

亞硫酸鈉是較強的還原劑。反應生成物無毒無害，所以它是一種傳統的化學除氧劑。在實際應用中，通常把亞硫酸鈉配制成10%左右的溶液，通過加藥罐或加藥泵加入給水中，由于亞硫酸鈉能夠強烈吸收空氣中的氧氣，因此在藥液制備和貯存時，應注意隔絕空氣。熱水鍋爐可以在循環泵入口和出口之間添加旁路，設置加藥罐，將配置好的亞硫酸鈉溶液加入加藥罐中，通過壓差直接將藥加入循環系統中，同時，可以適量加入氫氧化鈉，將熱水鍋爐循環系統循環水pH值調整為pH＝9～11，在金屬表面形成保護膜。

為了使水中溶解氧能夠比較徹底除掉，需維持一定的亞硫酸鈉過剩量，一般鍋水中保持亞硫酸根為10～50毫克/升。化學除氧設備簡單，只需一個加藥罐或一臺加藥泵，便于維護方便調節，不額外消耗能源，降低了鍋爐運行成本，節水節能效果顯著，減少污染物排放，符合當前節能減排的形勢，在天津市熱水鍋爐中得到廣泛使用。

為了保證鍋爐安全經濟運行，一項重要措施就是對相關人員進行培訓。不斷地提高鍋爐水處理管理人員和水處理操作人員的技術水平，同時加強主管部門對鍋爐水處理工作的執法檢查力度，降低因工業鍋爐結垢、腐蝕造成的事故。在今后的鍋爐水處理工作中積極探索科技創新的途徑，加大綠色環保藥劑的研發力度，擴大藥劑使用范圍，降低鍋爐水處理能耗，減少廢液排放是今后工業鍋爐水處理工作的發展方向。

[1]中華人民共和國.GB/T1576-2008.工業鍋爐水質，2009.02-05.

[2]曹旭.論述不良水質對鍋爐的危害及鍋爐水處理方法[J]工業，2016(08):12-13.

[3]張月.爐水處理中的問題分析與措施探討方法[J]工業技術，2016，02：28-29.

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