鍋爐結垢的原因及處理措施探討

車 剛，宿愛香，薛會榮，陳 健，李 嫄

（泰安市質量技術檢驗檢測研究院，山東 泰安 271000）

0 引言

就當前鍋爐的運行情況來看，給水的水質往往是無法有效確保過濾效果的，當給水質量無法達到標準時，鍋爐運行一段時間后便會在內側受熱面與管壁部位產生較多的黃色沉淀物質。這些黃色沉淀物質的成分有一定的不同，比如密度較為堅硬的稱之為水垢，而呈懸浮狀態存在于爐水中的則稱之為泥渣或水渣。當鍋爐出現結垢問題后，會引發較多的問題，當鍋爐結垢至一定程度時，很容易便導致鍋爐垢下腐蝕，直接影響到鍋爐的使用壽命，且存在較大的安全風險。張海峰[1]在研究中指出，工業鍋爐水垢有著十分大的危害性，最直接的危害便是影響傳熱和浪費燃料，若是未能得到有效的解決，很容易引發鍋爐爆炸事件。為此，必須認真去做好鍋爐結垢的處理工作。從當前鍋爐結垢的處理來說，主要是秉承著“積極除垢、防腐為本”的原則，一旦鍋爐結垢達到一定程度后，便要及時清洗，避免對鍋爐的正常運行造成安全隱患。當前的鍋爐結垢處理方法主要有兩種，一種是機械除垢，另一種是化學清洗，化學清洗中主要有酸洗除垢和堿法除垢，均有著較好的應用效果。為確保這些鍋爐結垢處理技術的應用要點，必須開展積極的研究工作。本文結合前人的理論與經驗，重點討論了鍋爐結垢的處理要點與技術措施。

1 鍋爐常見的水垢種類

鍋爐水垢清洗之前的宏觀樣貌如圖1 所示。把鍋爐水垢搗碎研磨成粉狀物后，使用電子掃描顯微鏡（SEM）對垢樣進行掃描，其微觀樣貌如圖2所示。

通過對鍋爐水垢進行取樣后，對樣品在110 ℃條件下烘干2 h 除去水份，然后進行研磨粉碎，取實驗樣品0.100 0 g，加入混合助溶劑，在600 ℃灼燒1 h，在干燥器中冷卻，稱量再反復灼燒至恒重，再在950 ℃再灼燒1 h 至恒重[2]。通過化驗灼燒后的樣品，樣品成分及含量如表1 所示。結果顯示，鍋爐垢樣成分為鈣鎂鐵垢為主的混合垢。

表1 鍋爐水垢灼燒后的成分

按照成分與成因的不同，可以將鍋爐所出現的水垢分為以下5種。

（1）硫酸鈣水垢。硫酸鈣水垢的顯著特點是硬度較高，會沉積于鍋爐受熱溫度最高的部位，往往面積較大，有著很強的附著能力，實際清除時會有較大的難度。鍋爐之所以在運行過程中會產生硫酸鈣水垢，主要的原因便是水中溶解硫酸鈣的含量在50%以上。

（2）硅酸鹽水垢。硅酸鹽水垢的顯著特點是堅硬，且不具有導熱性能，多沉積在鍋爐熱應力較大的蒸發面之上。鍋爐中產生硅酸鹽水垢的原因主要有一點，即SiO2的含量在水中可以達到20%以上。可以說，硅酸鹽水垢嚴重影響著鍋爐的供熱效果，同時也是一種頑固性水垢，實際清除的難度是很大的。

（3）含油水垢。含油水垢的油質含量通常可以達到5%以上，多沉積在鍋爐溫度最高的部位。含油水垢有著附著力強的特點，所以實際清除時會有較大的難度。

（4）混合水垢。混合水垢是鍋爐運行過程中一種較為常見的水垢類型，多會在熱力作用下形成。混合水垢的 成 分 主 要 有CaSiO3、CaCO3、CaSO4、Mg(OH)2，因 此可以說，混合水垢的成分是較為復雜的，且無法準確判斷出哪一種最先形成。

（5）碳酸鹽水垢。碳酸鹽水垢多沉積在鍋爐溫度不高的部位，主要有兩種存在形態，一是軟質水垢，有著疏松海綿狀的特性；二是硬質水垢，顯著特點是硬度較高。之所以會形成碳酸鹽水垢，原因多是因為水中的碳酸鈣含量可以占比達到50%以上。

2 鍋爐結垢的原因與危害性

2.1 鍋爐結垢的原因

鍋爐結垢的原因主要有以下3點。

（1）當分解水在高溫狀態下加熱時，會在蒸發的過程中導致鹽類、鈣類、鎂類相互之間發生化學分解反應，并形成一些難溶于水的物質，在長時間的沉積過程中導致鍋爐結垢[3]。

（2）在一定的溫度標準下，鍋爐運行過程中會產生蒸發濃縮，鹽類在不斷蒸發的過程中會導致爐水大量濃縮與揮發，此時會導致水中鎂鹽類與可溶性鈣的濃度增大。而一旦當水中鎂鹽類與可溶性鈣的濃度達到一定值后，會形成過飽和溶液，物質便會從水中析出，繼而導致鍋爐結垢。

（3）在鍋爐的運行過程中，爐水會處于不斷加熱的狀態，在熱蒸發的影響作用下，水量勢必會發生濃縮變化，這是一種無法避免的現象。因此可以說，只要水中有可以構成硬度的物質，則鍋爐必然會結垢，溫度越高的部位越容易形成堅硬的水垢。

2.2 鍋爐結垢的危害性

鍋爐結垢會產生嚴重性的后果，輕則影響傳熱，浪費燃料，重則會引發鍋爐爆炸，威脅人身與設備安全。總的來說，鍋爐結垢的危害性集中體現在以下方面。

（1）當鍋爐結生水垢，首先所造成的影響便是傳熱能力下降，燃料在燃燒過程中所產生的熱量無法很好地傳到水側，此時鍋爐的排煙溫度升高，會浪費較多的燃料，整個運行成本也會增加[4]。

（2）在鍋爐結垢后，因為熱量無法及時有效地傳遞到水側，所以會導致受熱面的溫度升高，長期處于高溫狀態時，鍋爐的金屬材料會發生較多的不良變化，比如強度會下降，更易出現鼓包和蠕變。除此之外，當鍋爐的水管因為結垢而堵塞時，在很短的時間內便會發生爆管，造成嚴重的經濟損失。

（3）鍋爐結垢會誘發鍋爐垢下腐蝕，鍋爐的使用壽命隨之縮短，日常運行安全受到影響。

（4）在長時間的研究過程中發現，當鍋爐出現結垢和腐蝕時，很容易導致鍋管穿孔，甚至會發生鍋爐爆炸事件，嚴重威脅到設備安全與人身安全。

3 鍋爐結垢的處理措施

3.1 機械除垢

在使用機械除垢方法時，所使用到的工具主要有鋼絲刷、手錘、電動洗管器、扁鏟，在機械除垢的過程中不會花費太多的成本，且操作方法是較為簡單的。但機械除垢這一方法也存在較多的局限性，比如勞動強度較大，除垢的效果無法得到有效的保障，往往在清洗過程中很容易損壞金屬表面。因此，只能將機械除垢方式應用在結垢面積小、構造簡單的小型鍋爐中。隨著近年來鍋爐結垢清洗技術的發展，專用于清洗的高壓水槍得到了較為廣泛地應用，有效地提升了機械除垢的效果，使用起來較為方便，但依然只能應用在結構較為簡單的小型鍋爐與工業鍋爐中。

3.2 酸洗除垢

在當前所使用的鍋爐除垢方法中，酸洗除垢的效果是非常值得肯定的，但這一種方法若是使用不當則很容易影響到除垢效果，甚至腐蝕到金屬。為發揮出酸洗除垢的最佳效能，實現預期的除垢效果，必須嚴格遵循《鍋爐化學清洗規則》，按照規范標準來進行除垢作業。在正式進行酸洗除垢前，工作人員需要先采集鍋爐內具有代表性的垢樣進行化驗，以此來制定出清洗方案。在進酸開始時要在鍋爐內部與酸箱內部掛入腐蝕指標片，待退酸后方可以取出[5]。在酸洗過程中，要嚴格按照清洗方案來控制好酸洗工藝流程、酸洗液的溫度與濃度、酸洗時間，并且在酸洗過程中需要不斷取樣化驗，詳細記錄化驗數據，待整個清洗工作完成后必須進行酸洗質量測定。對于工業鍋爐來說，酸洗作業完成后必須達到以下的標準。

（1）除垢率

若是水垢的主要成分是碳酸鹽，則在清洗后要確保除垢面積達到原水垢覆蓋面積的80%以上。在清洗硫酸鹽水垢和硅酸鹽水垢時，要確保除垢面積可以達到原水垢覆蓋面積的60%以上。若是在測定過程中發現除垢率未達到要求，則應該將鍋爐的鍋水堿度控制在水質標準內，讓鍋爐運行一個月的時間后再去停爐，此時再去使用人工方法或高壓水槍來清洗已經脫落的垢渣和殘垢[6]。

（2）鈍化膜

酸洗除垢完成后要確保鍋爐的表面有良好的鈍化保護膜，金屬表面不存在二次浮銹，且不存在點蝕。

（3）腐蝕速度

可以使用腐蝕指示片來測定鍋爐的腐蝕速度，確保腐蝕速度的平均值低于6 g/(m2·h)，腐蝕總量始終控制在72 g/m2以下。

（4）爐管暢通

待完成清洗工作后要確保鍋爐內的所有對流管與水冷壁管暢通無阻，若是在清洗之后發現堵塞的管子未有效疏通，則要及時安排檢修單位去更換。

3.3 堿法除垢

堿法除垢在鍋爐除垢中的效果同樣是值得肯定的，但整體效果不及酸洗除垢。具體來說，堿法除垢這一方法可以讓水垢發生轉型，并可以促使水垢自動脫落，不過單純使用堿法除垢無法起到最佳的效果，所以可以考慮去機械除垢結合起來使用。從當前堿法除垢的實際使用效果來看，堿法除垢在硅酸鹽、硫酸鹽為主的水垢清除中有較好的效果，但在碳酸鹽水垢的清除中效果不佳[7]。目前主要將堿法除垢這一方法應用在兩種場景中，一是新安裝的鍋爐，主要進行除銹和除油污，二是酸洗前的除油清洗和垢型轉化。

在使用堿法除垢來開展鍋爐結垢的清除時，要結合鍋爐的實際結垢量和臟污的程度來確定堿洗藥劑用量，通常在除垢時的用量（每噸水的用量）要控制為：碳酸鈉3～6 kg，氫氧化鈉2～4 kg，工業磷酸三鈉5～10 kg。需要特別注意一點，在正式將堿洗藥劑加入到鍋爐時，要先在溶液箱中配制成一定的濃度，而后再使用泵送的方式進入到鍋爐內，并確保循環均勻[8]。在堿法除垢作業完成后，專業人員要及時去測定除垢效果，尤其是要及時檢查鍋爐的各個檢查孔，并及時使用高壓水力來進行輔助性的清垢，避免松軟的水垢再一次變硬[9]。總的來說，在使用堿法除垢的過程中，要嚴格去按照相關的除垢標準，同時注意鍋爐金屬的保護，有效完成除垢作業任務。

3.4 清洗后鍋爐水垢的SEM評價

清洗后水垢的微觀樣貌如圖3 所示。在20 kV 高壓、1 000倍電子電鏡掃描條件下觀察，經堿煮轉化和酸洗后的混合垢樣，垢樣微觀形貌發生了根本的改變，呈現出雜亂交錯的晶體的疏散樣貌，或為細微的顆粒垢渣。實驗結果表明，細微的晶體或垢渣顆粒很容易從爐壁上脫落，懸浮或分散溶解于清洗液中，并隨污水排出設備。

圖3 清洗后水垢的微觀樣貌

4 結束語

通過本文的論述，可以知曉當前所使用的機械除垢、酸洗除垢、堿法除垢均在鍋爐結垢清除中有著較好的效果，值得推廣應用。但這些技術在使用過程中會有較多的注意要點，所以在使用具體的除垢方法時，要始終遵循相關的規范標準，嚴格按照既定流程開展除垢作業，實現預期的鍋爐除垢目標。后續要進一步加大研究力度，以此來掌握鍋爐結垢處理的更多專業技術，以此來充分確保鍋爐運行的安全與穩定。