淺談國內工業鍋爐的垢樣分析

李兵++趙彩麗++張雪萍

摘 要：工業鍋爐水垢的存在嚴重的危害著鍋爐的運行，垢樣分析對于鍋爐的清洗極為重要，垢樣分析經過幾十年的發展，技術越來越成熟，本文較為系統地闡述了目前國內關于鍋爐垢樣分析所進行的研究，對比分析了存在的問題并展望了未來可能的研究方向。

關鍵詞：工業鍋爐；垢樣分析；研究方法

中圖分類號：TK228 文獻標識碼：A

鍋爐水垢是鍋爐受損的百害之源，其存在既增加燃料的消耗，浪費資源；又易引起金屬受熱面鼓包、爆管等事故隱患；并且易發生沉積物下腐蝕；同時也增加了檢修和清洗費用。因此鍋爐水垢的處理一直都是國內外鍋爐行業從業者的研究對象。垢樣的分析對于水垢的處理有著無可比擬的作用，其可使工作者有針對性的清洗水垢，保護鍋爐的同時也節約了材料。本文結合筆者較為豐富的工作經驗對國內鍋爐垢樣分析的發展現狀進行了一次較為全面的闡述，主要從水垢的生成、垢樣的分類、垢樣分析方法進行表述，以供實際作業參考。同時也展望了未來可能的發展方向。

1.水垢的形成及分類

1.1水垢的形成

目前，盡管工業鍋爐鍋外水處理技術已將水中結垢性雜質降至很低，但進入鍋內的給水（凝結水、補給水、疏水、生產返回水）都不同程度地含有一些雜質，加上鍋外水處理設備吸附交換率達不到100%，沒及時更換水處理材料等等原因還是無法徹底避免有害物質進入鍋內，其中一部分牢固進粘接在鍋水金屬受熱面上，負著在上面的堅硬物被稱作水垢；另一部分以松散的顆粒存在于鍋水中，可在汽包、聯箱等水流較慢的部位沉積，這些呈懸浮疏松的叫作水渣。

水垢生成的原因有以下幾種：一些易溶鹽在鍋內加熱過程中，分解為固相依附在受熱處結為水垢；一些結垢物質溶解度隨溫度上升而降低，易結為水垢；一些溶解度較大的鹽和其他鹽類反應轉化為不溶鹽；溶解鹽類經蒸發濃縮，析出晶核，結為晶體轉為水垢；鍋爐遭受腐蝕，易使轉化為金屬氧化物垢；水渣轉化為水垢。

1.2垢樣的分類

水垢往往不是單一的化合物，但經常以某種組分為主出現，其物理特性及化學特性因水質的不同、生成部位的不同有很大的區別。以二級鈉離子交換軟化水作為鍋爐補給水的中、高壓鍋爐，其鍋垢組分以硅酸鹽為主；以除鹽水作為鍋爐補給水的高壓或超高壓以上的鍋爐，其水垢組分主要為鐵，銅的氧化物；以一級鈉離子交換軟化水作為鍋爐補給水的中低壓鍋爐，其水垢成分主要為碳酸鈣、硫酸鈣、硅酸鈣等。

按水垢的化學組成可將其大致分為以下幾類：（1）鈣鎂垢，以鈣鎂鹽類為主，常在給水管路、省煤器、鍋筒、水冷壁管和下聯箱等部位生成，鈣鎂垢的生成速度主要與鍋爐的熱負荷和結垢物質的離子濃度有關。（2）硅酸鹽垢，該水垢的成分比較復雜，大部分是鐵、鋁的硅酸化合物，化學組分及結構與一些天然的礦物基本相同。（3）氧化鐵垢，主要生成在一些高參數大容量鍋爐熱負荷比較高的管壁上，主要與爐水中鐵的氧化物含量和鍋爐的熱負荷有關。（4）銅垢，熱力設備的含銅部件遭受腐蝕時，腐蝕產物進入鍋爐內部，形成銅垢。防止銅垢最重要的就是嚴禁超負荷運行。（5）磷酸鹽鐵垢，通常發生在分段蒸發鍋爐的鹽段水冷壁上，該水垢一旦生成，發展速度快，短時間內就可發生爆管事故，因此，在運行時應盡量減少鍋水含鐵量。

2.垢樣分析方法

2.1垢樣經典分析方法

在國內謝團霞等人利用化學滴定，物理灼燒，比色等方法對工業鍋爐水垢進行了仔細的分析，得出了鍋垢中懸浮物、總硬度、總堿度、氯離子、硫酸根、總鐵離子的含量。梁遂芳等人利用高溫灼燒和化學處理方法對某一垢樣進行了分析，分析結果見表1。

李洪文等人也利用類似的分析方法對西北地區某中壓鍋爐垢樣進行分析，通過高溫灼燒測定出垢樣中有機物、碳酸鹽的含量，通過酸洗和滴定測定出硅酸鹽和重金屬離子的含量，從而間接得出該垢樣的各組分含量，見表2。

對比以上分析方法可以發現：（1）早期垢樣分析方法得出的結果不夠明確，以離子形式來表示各組分說服力度不強，表1和表2相對來說有了很大進步；（2）表1中缺乏有機物的含量參數，而垢樣在550℃灼燒時失重量為有機物含量，表2含有有機物參數；（3）表1的參數燒減量是在850℃～950℃進行灼燒測得，但文章中并沒有明確表示出該燒減量成分；（4）垢樣一般在550℃～950℃灼燒失重量為碳酸鹽含量，表2中有此參數，但表1中并無此參數項，對應文獻中也沒有該實驗過程；（5）表1方法對未測定的其他成分沒有注明其具體組分及含量，只是籠統表示其含量為8.4%，表2中已無該項。

以上對比顯示，時代的前行和技術的進步使垢樣的分析更為真實，更為具體，有著測定費用低，對儀器設備要求低、易操作等優點，但是經典分析方法都有一些共同缺點，例如方法步驟繁多，費時費力，數據準確但不精確（測不到100%全組分）。

2.2垢樣新型分析方法

采用化學分析方法進行垢樣成分分析時，由于各組分的共同存在可能會影響測定結果，并且化學分析方法得出的結果并不能完整地表示出垢樣所含組分（上述表1和表2總含量都不到100%），所以目前一些公司多采用大型精密儀器分析方法進行測定。

朱旻等人用X射線衍射分析法測定空氣壓縮機中垢樣主要成分，通過設定垢樣中可能含有的元素參數，測定粉末化學結構成分。遼河油田熱注爐垢樣用掃描電鏡能譜進行定性定量分析，精確測得各組成元素及其含量。吉林同一公司的鍋爐垢樣采用X射線熒光分析得到各組成元素及其含量。垢樣的儀器分析解決了因化學分析不精確而帶來的設備清洗不徹底或過洗等問題。通過以上對比可以看出：通過X射線熒光和掃描電鏡能譜都可精確測得各元素和其含量，其缺點是測不出為何種晶體；通過X射線衍射可以精確測到垢樣各物相及其含量。現在工業垢樣分析一般都采用X射線熒光聯合X射線衍射，對垢樣進行元素分析和物相分析，從而準確得出垢樣成分。垢樣儀器分析方法具有定性定量同時完成，準確度高，高效快速等優點，其缺點為設備昂貴，測試價格費用較高等。

3.結論與展望

3.1結論

垢樣的分析對于工業鍋爐的正常運行具有無可替代的作用，它直接反映了鍋爐爐內水質的優劣。目前，化學分析和儀器分析是水垢分析的兩大方法。垢樣化學分析方法具有以下優點：測定費用低，對儀器設備要求低，易操作。同時也存在以下缺點：限量高，對微量元素難以檢測出來；只對預存在的幾種元素進行測定，不能滿足群組分的測定；步驟繁多，費時費力。儀器分析方法具有測試結果精確度和確度高，測試過程快速等優點，其缺點為對檢測人員技術能力要求較高，測試費用高，需送樣到測定機構等。

3.2展望

工業鍋爐垢樣經過X射線衍射和X射線熒光分析后，成分已經明確，結果顯示幾乎所有的垢樣中都含有一些貴重金屬元素（例如Mo，Ni等），部分鍋垢主要成分為銅鐵氧化物。鍋垢經清洗之后這些貴重金屬元素隨之被扔掉，這樣既浪費了資源，又污染了環境。筆者認為可以嘗試根據金屬元素分配系數的不同，采取萃取吸附等方法進行各金屬元素的富集，從而得到純重金屬。

參考文獻

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