工業鍋爐水質不良的危害及水質控制環節研究

張燕 丁昆(青島市特種設備檢驗檢測研究院，山東 青島 266000)

0 引言

一旦出現了鍋爐水質不良現象，這不僅會影響鍋爐運行效率，也會導致用電和用煤量增加，降低蒸汽的品質。工業生產時需要將煤或天然氣燃料等能源投入鍋爐，通過鍋爐燃燒，將化學能轉化為蒸汽熱能，但當鍋爐熱工設備內部存在水質問題，就會危害設備的穩定運行。加強對水質不良危害的研究，提出有效的控制措施，這將有利于延長鍋爐的使用壽命，提高工業生產效率。

1 工業水質不良帶來的危害分析

1.1 水垢產生的危害

鍋爐屬于熱能設備，運行時會產生熱水或水蒸氣，水在鍋爐內作為能量的載體，是鍋爐運行的介質，一旦雜質飽和或溫度滿足相應條件，鍋爐內就會出現水渣，水渣長時間附在鍋爐受熱面就會形成水垢。水垢會給鍋爐帶來以下危害：

(1)造成燃料的浪費。水垢產生后，鍋爐表面熱傳遞效率下降，煤炭或天然氣等燃料燃燒時，釋放的熱量不能全部被鍋爐內的介質吸收，這部分熱量會以排煙為主要形式而損失。1mm的水垢會造成10%燃料的浪費和消耗。

(2)造成鍋爐受熱面損壞。水垢產生后，使受熱面存在較大的溫差，鍋爐內壁溫度上升，強度下降，最終導致內部鼓包，甚至給工業生產帶來爆炸威脅。

(3)造成鍋爐出力的下降。結垢后鍋爐傳熱性能下降，為了滿足蒸發量，達到生產需要，人們會采用增加燃料的方式提高鍋爐運行效率。當爐膛的容積達到一定程度時，燃料加熱將會受到限制，最終鍋爐無法再出更多的力[1]。

1.2 腐蝕帶來的危害

腐蝕現象指的是金屬表面發生化學反應后，表面出現損壞的情況。鍋爐受熱面由金屬材料焊接而成，腐蝕問題將會對鍋爐運行造成嚴重影響，其腐蝕主要有化學性質的腐蝕和電化學性質的腐蝕兩種。電化學腐蝕主要是金屬在腐蝕的同時伴隨電流產生，而鍋爐給水是電解質溶液，所以在鍋爐中產生的腐蝕多為電化學腐蝕。分析造成鍋爐腐蝕的因素和危害，主要如下：

(1)氧對鍋爐產生腐蝕。溶解氧氣會加速鍋爐腐蝕，這在鍋爐中具有陰極去極化的作用，氧氣可以作為去極劑，吸收陰極電子，變成氫氧根，鐵被氧化變為二價鐵離子，兩種物質結合后變成了氫氧化亞鐵，沉淀后降低了二價鐵的濃度，加劇了腐蝕的速度。不僅如此，溶解氧也會給鍋爐和管道帶來腐蝕危害，影響設備和管道的使用壽命。

(2)二氧化碳具有腐蝕作用。鍋爐中的補給水是二氧化碳的來源，加入碳酸鹽阻垢劑，水中重碳酸鹽因熱量提升而分解，二氧化碳使水酸堿值降低，形成酸腐蝕。隨著腐蝕程度的加深，鍋爐金屬表面開始變薄，腐蝕性物質會被帶入熱力系統，對工業生產造成極大的危害。

1.3 雜質堵塞帶來的危害

生產環境不同，鍋爐內的水質也會不一樣，如果水循環系統中出現了雜質，且雜質較多，會產生汽水共騰，并降低蒸汽的品質。作為工業生產的關鍵設備，企業對水處理沒有投入過多的關注，水處理不合格，或水質問題不受重視，導致水質缺乏質量保障，未經過科學處理的水用于鍋爐中，導致鍋爐和水質之間無法搭配。對于雜質給鍋爐水質帶來的危害，主要有以下幾種：

(1)懸浮物雜質。鍋爐在長期使用中會有一定雜質出現，且雜質容易在鍋爐底部積聚，最終成為泥垢，使鍋爐受熱面產生一道障礙，不利于鍋爐熱量的傳遞。不僅如此，懸浮物雜質會在管道與閥門位置積聚，影響鍋爐內部水循環，同時蒸發面雜質和水汽一同反應并沸騰，蒸汽中的鈣鎂離子給鍋爐設備帶來污染問題。

(2)膠體雜質。高溫情況下，膠體雜質會和水垢粘結，后期無法徹底清除。如果水中含有過高的膠體，這將給蒸汽帶來威脅，導致水位標志不夠準確。在離子交換器當中，膠體雜質會產生反應，不利于樹脂的應用。

(3)溶解雜質。采用離子交換法處理水中雜質，降低其鈣鎂離子的含量。但如果鍋爐內水的堿度較高，這將帶來腐蝕問題。由于鍋爐用水多為地下水，這類水不會與空氣接觸，溶解性較強。地下水和空氣接觸后會成為去極化劑，加深對鍋爐的腐蝕速度。如果水內鐵離子過高，將會帶來鐵垢，微量離子會加速對金屬的腐蝕速度，從而影響鍋爐水質。

2 加強工業鍋爐水質控制的有效辦法

2.1 工業鍋爐結垢問題的防治措施

多數工業鍋爐會使用鈉離子交換的方式進行水處理，通過這種辦法軟化水質，避免結垢。水中如果含有鈣鎂離子，經過離子交換器時，鈣鎂陽離子會被鈉離子置換，從而使容易產生水垢里的鈣鎂鹽類物質，轉為鈉鹽后軟化水質，此時水質硬度可以下降到0.03mmol/L 以內。除了采用鈉離子交換法之外，也能應用陰陽離子交換和反滲透除鹽的方法進行鍋爐結垢問題的處理。當鍋爐額定蒸發量不超過4t/h 的時候，且額定蒸汽壓力不超過1.0MPa 時，可以在鍋爐內加入化學藥劑，使水垢變為松散或可以流動的水渣，所有水渣最終會沉降在鍋爐底部，經過排污裝置排出鍋爐[2]。

做好工業鍋爐水質檢測工作。

(1)懸浮物 經過過濾后分離出來不溶于水的固體混合物的含量。懸浮物含量越高，水就越渾濁。對于小型工業鍋爐來說，如采用澄清的自來水為水源，運行中可不監測懸浮物含量。

(2)總硬度 通常指水中鈣鎂離子的總含量，是防止鍋爐結垢的一項重要指標。對于鍋爐來說，硬度越小越有利于防止結垢。

(3)總堿度 水中能接受氫離子一類物質的含量。由于堿度物質能與硬度物質反應，生成疏松的水渣，可隨排污除去，從而防止鍋爐結垢，所以工業鍋爐的鍋水必須保持一定的堿度。但鍋水堿度太高，易影響蒸汽品質，有時還會引起堿性腐蝕，因此鍋水堿度應維持在一定范圍內。

(4)pH 值 氫離子濃度的負對數，是溶液酸堿度的一項指標。通常要求鍋爐水質達到一定的堿性，有利于防止腐蝕和結垢。

(5)溶解氧 溶解于水中的氧氣含量。水中的溶解氧易造成鍋爐設備和給水管道的腐蝕，所以應盡量除去。

(6)溶解固形物、電導率和氯離子 溶解固形物也稱為蒸發殘渣，可近似表示水中的總含鹽量。鍋水溶解固形物含量的變化可直接反映出鍋水的濃縮程度。當其含量過高時，易造成蒸汽大量帶水，惡化蒸汽品質，嚴重時還會發生汽水共騰，因此需要合理的排污來控制其含量。由于溶解固形物的測定較為繁雜且費時，一般鍋爐運行中常用測電導率和氯離子來代替。

(7)PO43-磷酸根可消除殘余硬度，防止結垢，并可在金屬表面形成磷酸鐵保護膜，減緩腐蝕，所以鍋內常加入磷酸鹽阻垢劑。

(8)含鐵量水中所含有的總鐵離子含量。如給水含鐵量過高，易造成鍋爐結生氧化鐵垢，并會引起垢下腐蝕。

(9)垢樣檢測 還應做好垢樣檢測工作，以便及時展開鍋爐的除垢操作，防止鍋爐底部溫度過高，保護設備運行安全。

2.2 工業鍋爐腐蝕問題的防護措施

解決鍋爐中氧氣和二氧化碳的問題是防止鍋爐腐蝕的重要手段。當額定蒸發量超過10t/h 的蒸汽鍋爐，額定功率超過7.0MW 的承壓熱水鍋爐，應對鍋爐給水進行除氧處理。可以采用以下方式除氧：

(1)熱力除氧方式。按照亨利定律得知，氣體在水里的溶解度和氣體分壓力關聯。分壓力越大，溶解氧濃度就會越高，將水加熱到沸騰狀態時，其飽和蒸汽壓力能夠與汽水界面混合氣體總壓力相等，此時氧的分壓力為0，氧氣、二氧化碳可以解析出來，并達到除氧效果。使用除氧器可以去除氧氣和二氧化碳等氣體，設置0.2MPa 的壓力，水的飽和溫度為106℃，這時除氧效果最佳。

(2)化學除氧方法。向鍋爐給水中加入亞硫酸鈉或其他化學試劑，使藥劑和溶解氧產生反應，并生成不帶有腐蝕性的物質。亞硫酸鈉作為一種還原劑，使用時可將其配制為濃度在10%的溶液，應用加藥泵將亞硫酸鈉加入水中。在鍋爐給水系統內安裝加藥罐，依靠壓差將藥填入循環系統，也可以加入氫氧化鈉，調節循環水的酸堿值，從而在鍋爐金屬表面產生一層保護膜，防止金屬再次被腐蝕[3]。

2.3 優化工業鍋爐水處理方式

2.3.1 采用補給水處理方法

由于鍋爐蒸汽在工業生產中有著不同的用途，人們對補給水會采取不同的處理方式。相關處理流程主要如下所示：

(1)補給水的預處理，按照水源決定選用哪種處理方式。如果是地表水，在預處理時應去除水內的懸浮顆粒、有機物、膠體物。加入混凝劑后，將雜質聚合為大顆粒，實現雜質的沉淀。

(2)補給水的軟化處理。使用天然或者人造的離子交換機，將硬質鹽轉為不會結垢的鹽類物質，避免鍋爐內壁結垢。也可以采用氫鈉鉛離子交換的方式處理鍋爐水質問題。

(3)補給水的除鹽處理。應用陰陽離子交換樹脂方法有效除鹽。

2.3.2 采用凝結水處理方法

鍋爐運行時會受汽輪機凝汽器冷卻水的影響，冷卻水泄露會給鍋爐帶來腐蝕問題，甚至引發污染現象。在處理凝結水的時候，應按照鍋爐的具體類型和相關參數，針對凝結水對鍋爐產生的污染情況，選定處理方式。對于超臨界壓力鍋爐，應處理全部凝結水；對于亞臨界壓力的鍋爐，可處理25%以上的凝結水，可使用纖維素覆蓋濾器和電磁過濾器作為處理設備，提升凝結水的處理效果。在給水除氧的時候，得知水中含有大量溶解氧，這會對鍋爐內壁產生腐蝕，腐蝕性產物長期存在，溫度越高的位置就越容易產生銅銹，一旦銅銹發生堆積，這會給汽輪機的管道帶來爆管風險。因此，可采用化學除氧方法解決以上問題。在工作中應加強對水質的有效監測，安排專業檢測人員保證水質處理工作的科學化和專業化，應用先進的水處理設備，及時排查設備故障問題，做好零部件的維修和更換，確保水質檢查結果滿足鍋爐運行的安全性和穩定性要求。可在內部加入磷酸鹽，使鍋爐內壁產生一層保護膜，防止內壁再次結垢。

3 結語

總而言之，現代化工業生產進程下，鍋爐水質不良現象將會對鍋爐的安全運行產生巨大影響，無論是水垢的危害，還是腐蝕或雜質堵塞帶來的危害，這都會影響鍋爐的熱效率，使鍋爐受熱面受損。因此，有必要針對鍋爐水質的結垢問題和腐蝕問題采取有效的防治措施，應用熱力除氧和化學除氧方法對鍋爐補給水和凝結水進行有效處理，實現對鍋爐的保護。