淺談鍋爐水質的檢測及水垢的預防

景桂榮

(神華集團新朔鐵路公司機務分公司，內蒙古 鄂爾多斯 017000)

工業鍋爐水處理的質量直接影響到鍋爐能否安全、經濟有效的正常運行。因為水處理不好，鍋爐給水中混有鈣鎂鹽在鍋內高溫下易結垢，會造成鍋內局部溫度不勻，浪費熱能，垢下腐蝕，后果會導致爐管鼓包甚至爆裂事故，縮短鍋爐使用壽命，所以必須加強水處理工作。

1 水垢形成的原理

作為水處理工作者必須要了解水處理工作的原理，才能有針對性地采取預防措施阻止水垢形成，原水中鈣鎂離子進入鍋爐內，在受熱的金屬表面結晶析出并且附著在上面的物質稱為水垢。水垢有多種類型和成分，由鈣鎂鹽、硅酸鹽、氧化鐵等鹽類水垢是按成分分類的。

1.1 鈣鎂水垢的形成

1.2 硅酸鹽水垢的形成

硅酸鹽水垢容易在溫度最高的金屬受熱面部位結生，是隨溫度升高溶解度降低，如：火管、水冷壁、省煤器等處易產生硅酸鹽水垢，硅酸鹽水垢質地堅硬，形成后用酸不易清洗掉，防止硅酸鹽水垢產生，必須降低給水中硅化合物。硅酸鹽水垢來源有3種情況：①水中可溶的金屬硅酸鹽(Na2SiO3)與其他化學物質發生反應生成MgSiO3，CaSiO3沉淀。②來源于鍋爐補給水和爐管上金屬氧化物與金屬管表面鐵氧化物反應生成Na2O.Fe2O3。③鍋水中已形成的水渣和水垢反應使水渣轉換成水垢CaSiO3沉淀。

1.3 氧化鐵水垢

氧化鐵來源于含鐵量過高的鍋水中，氧化鐵水垢由兩種途徑形成，一種是鍋爐金屬腐蝕產物在鍋爐中轉換成氧化鐵垢。另一種是鍋水中鐵的化合物與熱負荷很高的鍋爐金屬表面發生電化學腐蝕形成氧化鐵垢。根據幾種水垢形成的原因，必須提前做好水處理工作，符合給水水質標準，才能使用。

2 水垢對鍋爐的危害

水垢的存在最致命的因素是其導熱性差，使鍋爐熱損失增加、產生垢下腐蝕、爐管鼓包或爆管、增加檢修費用。

①由于水垢的存在導致導熱性差，使熱交換器的傳熱效率低，增加加熱的溫度和時間，熱能損失。②熱負荷高的金屬部位易產生水垢，水垢的傳熱效率差，金屬的熱負荷高，垢下的管子發生鼓包，超過爐管膨脹的限度會爆管。③鍋水會從附有水垢的金屬表面滲入水垢和金屬層間，兩者之間夾雜的鍋水被蒸發濃縮到一定濃度后對金屬產生垢下腐蝕，腐蝕是互相促進的，很快腐蝕了金屬的大面積。④水垢結生得越快越多，受熱金屬面損害的越嚴重，越接近檢修周期，必須延長停運檢修時間，因而檢修次數頻繁，檢修成本增加，使用壽命縮短，造成經濟損失。

3 水質檢測指標

水質檢測指標是評價水質質量的重要因素，通過對鍋水、給水水質指標檢測，可及時掌握給水是否符合標準、鍋內結垢情況、金屬腐蝕情況、和產生蒸汽的品質、排污的頻率等，常規檢測項目有：總堿度、總硬度、pH值、溶解固形物、和相對堿度。

3.1 總堿度

總堿度是指水中OH-、CO32-、HCO3-物質的量，鍋水主要以OH-、CO32-堿度為主。蒸汽鍋爐額定蒸汽壓力不同總堿度控制指標不同，堿度過高腐蝕金屬、產生泡沫，蒸汽品質惡化，堿度低有多余的游離Ca2+、Mg2+，易結垢，所以鍋爐的堿度要控制在標準范圍內。鍋水總堿度控制在8mg/l～26mg/l。

3.2 總硬度

總硬度是各種硬度的總和，是水質檢測的重要項目，衡量水的軟化程度，硬度有碳酸鹽硬度和非碳酸鹽硬度，Ca2+、Mg2+的重碳酸鹽、碳酸鹽稱為碳酸鹽硬度，Ca2+、Mg2+的硫酸鹽、氯化物和硝酸鹽稱為非碳酸鹽硬度，硬度高易形成鍋垢，總硬度檢測項目是衡量水處理質量的依據，蒸汽鍋爐和熱水鍋爐對鍋外水處理的給水硬度控制標準不同。鍋內加藥處理法要求給水總硬度≤4mmol/l，鍋外水處理法要求蒸汽爐給水總硬度≤0.03mmol/l，熱水爐給水總硬度≤0.6mmol/l。

3.3 pH值

pH值是檢測水中酸堿性的項目，pH值低顯酸性，會產生酸腐蝕，pH值太高，雖然滿足磷酸根與鈣離子堿性條件下反應生成水渣排出，但游離的OH-存在會產生堿性腐蝕，所以給水和鍋水對pH值都有一個標準范圍。鍋內、鍋外水處理法要求給水pH≥7，鍋水pH=10～12。

3.4 溶解固形物

溶解固形物是檢測鍋水含鹽量的指標，全部陰離子和陽離子的量就是含鹽量，根據含鹽量確定鍋爐排污量，鍋爐蒸汽中常帶有鍋水水滴，鍋水形成的鹽越多，蒸汽純度越低，對鍋爐的危害越大，為了獲得純凈的蒸汽，溶解固形物控制在一定范圍內，保證鍋爐的安全運行。檢測溶解固形物比較復雜,不能及時確定排污量，利用溶解固形物與氯離子有一定關系式，在測定鍋水溶解固形物時只要測出鍋水氯離子就能計算出溶解固形物。鍋內水處理法要求鍋水溶解固形物<5 000mg/L，鍋外水處理法汽爐的額定蒸汽壓力越大要求溶解固形物相對越小，最大蒸汽壓力要求鍋水溶解固形物<3 000mg/L，最小蒸汽壓力要求鍋水溶解固形物<4 000mg/L。

3.5 相對堿度

用游離OH-、溶解固形物這兩項的物質量來計算相對堿度的，是評價鍋爐水質的重要指標，游離OH-過高使焊接處的金屬苛性脆化，蒸汽鍋爐鍋外水處理法當相對堿度≥0.2時有苛性脆化風險。

檢測給水和鍋水各項指標，可以了解鍋爐內部運行狀態，及時發現設備存在的問題，并且給水處理工作人員提供正確的指導方向，水處理工作人員嚴格按照各項檢測項目的控制標準進行監督。

4 水垢的預防

水垢是引起鍋爐事故發生之一，水質處理是為了預防鍋爐結垢，需要根據鍋爐的型號、種類采取合理的水處理方式,滿足鍋爐用水水質標準，鍋內加藥法適合熱水爐和壓力低的蒸汽爐，鍋外處理法適合高壓汽爐和汽、水兩用爐，鍋爐水質處理效果如何，在很大程度上取決于水處理技術和管理工作。水處理方式分鍋外和鍋內兩種。

4.1 鍋外化學水處理

鍋外化學水處理后的水供給蒸汽爐和汽水兩用爐，懸浮物和膠體物質一般存在于自來水中，為了不影響后期的鍋爐水處理效果必須先除去，使水得到澄清。

4.1.1 預處理

有懸浮物和膠體物質的原水進行沉淀、絮凝、過濾等預處理，對于硬度、堿度高的原水，要先進行降堿、降低硬度的預處理。

4.1.1.1 石灰(CaO)沉淀軟化處理。堿度、硬度高的原水中加入生石灰，生石灰溶解成熟石灰Ca(OH)2，熟石灰與水中鈣、鎂的重碳酸鹽(HCO3-)反應生成難溶于水的碳酸鈣沉淀除去，堿度、硬度同時降低，堿度、硬度高的原水適合此方法。

4.1.1.2 石灰(CaO)-碳酸鈉(Na2CO3)軟化處理。加入石灰的目的是與水中鈣、鎂的重碳酸鹽(HCO3-)反應生成難溶于水的碳酸鈣沉淀除去，加入純堿Na2CO3的目的是Na2CO3與非碳酸鹽硬度硫酸鈣、氯化鈣、硫酸鎂、氯化鎂反應生成碳酸鈣、氫氧化鎂沉淀除去，兩種物質軟化可同時降低硬度，軟化程度比較高，適用于低堿度、高硬度原水。

4.1.1.3 石灰(CaO)-氯化鈣(CaCl2)軟化處理。當堿度大于硬度時，用石灰與水中鈣、鎂的重碳酸鹽(HCO3-)反應生成難溶于水的碳酸鈣沉淀除去，只能降低生成碳酸鹽那部分堿度和硬度，過剩的堿度(如NaHCO3、KHCO3)用氯化鈣軟化，生成碳酸鈣沉淀除去，達到降低過剩堿度的目的，石灰-氯化鈣軟化劑適合軟化堿度大于硬度的水質。

4.1.1.4 熱法石灰-純堿(Na2CO3)-磷酸鹽(PO43-)處理。把水加熱至80℃～100℃用石灰純堿軟化處理有沉淀析出，可同時加入混凝劑鋁鹽促使沉淀徹底析出，這種初步處理的水硬度降得不夠低，可用磷酸三鈉(Na3PO43-)進行補充處理，處理后的殘留硬度可降至0.35mmol/L～0.7mmol/L。

4.1.2 鍋外離子交換水處理

是指水中陰、陽離子通過交換劑替換成OH-、H+達到去堿度、硬度的目的。離子交換軟化法有以下幾種。

4.1.2.1 鈉離子交換軟化法。工業鍋爐一般使用工業氯化鈉作為離子交換劑，當水經交換劑時，鈉離子替換鈣、鎂離子進入水中，水得到軟化，水中鈣鎂離子被除去陰離子不變，但使用氯化鈉再生時淋洗不徹底會使水中氯離子偏高。

4.1.2.2 部分鈉離子交換軟化法。原水經過鈉離子交換器后可降低硬度堿度不變，這部分水與沒有通過交換器的原水混合后作為鍋爐給水，經鈉離子交換后軟水中的堿度與在鍋內沒經過軟化器軟化過的原水的硬度結合，可以消除一部分堿度，部分鈉離子交換軟化法實質上是鍋外鍋內相結合的水處理。此方法適合堿度大于硬度的原水，可同時降低堿度、硬度。

4.1.2.3 氫-鈉離子交換軟化法。是指通過氫離子交換器后產生的軟化水呈酸性與通過鈉離子交換器后產生的呈堿性軟化水中和后的水。原理是水中鈣鎂離子被氫離子替換，交換后水中的氫離子與原水中強酸陰離子的摩爾數相當，強酸陰離子交換成強酸，交換后顯酸性，不符合鍋爐給水指標；原水經過鈉交換器水中鈣鎂離子被鈉離子替換，除去了硬度堿度不變，也就是出來的是堿性水，兩個交換器出來的水混合后顯中性，達到除硬度、堿度的目的，這是并連交換器的交換過程，氫-鈉離子交換系統有并連和串聯兩種形式，串聯是氫交換器出來的酸性水再進入鈉交換器除硬度的同時也發生酸堿中和。

4.1.3 除氧氣(O2)處理

水中溶有氧氣(O2)時，發生氧腐蝕，給鍋爐的安全運行造成危害，所以，加裝熱力除氧器是給加熱至沸騰的水施加一定的壓力使其變成蒸汽，溶解于水中氧氣逸出，達到除氧的目的。

4.2 鍋內水處理

選用鍋內處理可節省使用鍋外水處理設備和節約維護費用，減少水處理工作人員，但鍋內水處理法給水進入鍋內在鍋爐受熱面易結垢，為了使水垢變成疏松的水渣，排出爐外，向爐水中投入化學藥品，鍋內水處理常用的藥品有:純堿(Na2CO3)、磷酸鹽及有機磷酸鹽膠體等。

4.2.1 加純堿Na2CO3處理

純堿Na2CO3可以維護鍋水堿度，保持一定堿度避免鍋爐腐蝕，CO32-的濃度增加，生成碳酸鈣CaCO3、氫氧化鎂Mg(OH)2沉淀，要及時排污，CaCO3沉積時間長會形成堅硬的垢鹽，難于排出，容量小且壓力≤1.3MPa的鍋爐適合此方法。

4.2.2 加磷酸鹽處理

鍋水中加入磷酸鹽是在鍋水沸騰和pH=10～12的堿性條件下，Ca2+與PO43-生成堿式磷酸鈣水渣，另外，生成的磷酸鈣、磷酸鎂具有分散已形成的鈣、鎂鹽的作用，使碳酸鈣、氫氧化鎂分散成細小的水垢不易在金屬表面附著，水渣和細小的水垢隨鍋爐排污出去。

4.2.3 加入有機磷酸鹽

具有阻垢作用、高溫較穩定，有阻礙固體碳酸鹽晶體生長，避免水垢的形成。作用有3個方面：①能與鈣鎂離子生成穩定的螯合物，防止碳酸鈣沉淀析出。②原有碳酸鈣晶體中的鈣離子與有機磷酸鹽生成穩定的螯合物，阻礙碳酸鈣晶體逐漸增大。③能使碳酸鈣、鎂晶體結構發生畸變，抑制碳酸鈣、鎂變大析出。

鍋內加藥處理的機理是投入化學藥劑除掉已生成的水垢和阻止水垢的生成，前提是必須進行排污，由于鍋爐水在高溫下鈣、鎂離子被蒸發濃縮到一定濃度形成水渣，通過排污把水渣和水垢排出，使鍋爐正常的水循環或減少水垢的堆積形成堅硬的垢鹽，因此，需要合理操作鍋爐，減少水垢的產生。

5 結束語

水垢的形成是一個循序漸進的過程，對鍋爐的影響是緩慢的顯現過程，這時的結果已無法挽回，必須加強水質管理，因此，了解水垢產生的原理及對鍋爐的危害是非常必要的，利用科學的檢測方法將其各項指標控制在有關標準范圍內，做到盡早發現問題，根據具體情況具有針對性地選擇最佳的水處理方法，采取合理的預防措施，防止鍋爐結垢，既節約了人力、財力、物力還對鍋爐的安全、經濟運行起到保障作用。