锅炉中水垢的危害分析及其预防措施研究

朱国苗

摘 要：锅炉是广泛使用的特种设备，锅炉用水水质的好坏，对其安全运行及能源消耗有很大的影响。文章结合笔者多年工作的实践经验，对目前锅炉使用中水垢的危害进行了探析，并就其预防措施进行了探讨。

关键词：锅炉；水垢；危害；防治

作为特殊的设备，锅炉的安全运行受水质较大的影响，且关乎能源消耗问题。若用水与规定要求不符，则水垢将在锅炉受热处生成，是燃料的大大浪费与运行安全的严重隐患。当前，绍兴有6000余台锅炉，由于结生水垢，燃料浪费惊人。不仅如此，根据资料我国锅炉因水质不良，水垢严重引起的事故超过事故总数的20%，并造成几亿元的经济损失。

1 水垢的产生与性质

形成水垢的物理化学过程非常的复杂，分为内因与外因。首先，因为水中存在镁离子、钙离子与另外的重金属离子，这些离子是水垢产生的内在动力或称根本原因。其次，炉水因为过度饱和而将固态物质析出沉淀，同时在受热金属面将其粘贴，这为水垢产生的外在原因。详见以下具体介绍：

1.1 浓缩蒸发：因为炉内存在受热面不均衡原因，各面蒸发强度也就存在不同，这使得炉内局部的炉水具有较高的浓缩程度。为此，镁离子、钙离子与其他阴离子结合，这样，其溶度积大于相应沉淀物，沉淀物被析出。

1.2 高温沉淀：通常情况，温度的升高会提高物质的溶解度，此类物质的温度系数为正。但也存在升高温度，物质溶解度却降低的情况，此类物质温度系数为负。

1.3 高温分解：比如，加热镁与钙的碳酸盐，则会出现热分解反应，出现沉淀物析出，因水中溶解碳酸镁，水解过后，生成的氢氧化镁沉淀的溶解度将更小。

1.4 表面结晶：炉水中某些难容物质的离子浓度非常大，常常大于其溶度积，为过饱和的溶液状态，并未出现沉淀。但是，若锅炉内壁金属表面或炉水存在一些诱因，比如，金属表面条件的不同、物理化学作用的发生、形成结晶核心等，沉淀物则会大量的析出。

炉水在加热过程中逐渐蒸发，沉淀物则不断浓缩，在浓度一定时，那么析出物则演变为固定沉淀析出，在水冷管、炉筒的内壁等加热面附着，时间一长，逐渐出现“膜”状，不利于热量传输，水垢也就是该层“膜”。构成水垢的化学成分相当的复杂，并非单一化合物，而多种化学成分的组合。比如，以水垢化学成分划分，有含油水垢、碳酸盐水垢、混合水垢、硫酸盐水垢、泥垢、氧化铁水垢等。

2 锅炉运行受水垢的影响

水垢具有非常差的导热性，结生在锅炉内部钢材上，阻碍了热量的传导，浪费着能源。在常见水垢类型中，硅酸盐型水垢是最为坚硬水垢，其导热性非常的差，在锅炉上最强受热面的蒸发部位是其附着的常见处，其危害性较大。通常，水垢对锅炉的危害有几点：

2.1 锅炉热效率的降低与燃料的大量浪费。热效率与锅炉里水垢的厚度有关，结生水垢厚，则热效率差，也就造成更多燃料浪费。根据实验数据显示，若存在1.5mm的结生水垢，则会造成6%的能源增加消耗；若达5mm，则造成15%的能源增加消耗；若达8mm，则造成34%的能源增加消耗。当前，我国锅炉数量超过40万台，即使少数锅炉或多或少结生水垢，那么燃料的浪费难以估算。

2.2 导致金属积热，降低强度，存在安全隐患。碳素钢是锅炉底的钢材料，通常燃烧使用中，金属壁温应不超过450℃。当锅炉运行正常时，其金属壁温通常不超过280℃。若锅炉底无结生垢，那么水将会快速接收到金属的热传递，二者温差大概在30℃。但是，若受热面存在水垢结生，则情况大有不同。比如，若锅炉受热面存在1.25Mpa的工作压力，且混合水垢为1mm，那么炉水温度与金属壁温度差可达200℃，但此温度尚在允许的金属壁温内。但若为3mm水垢时，金属壁温度快速达到580℃，金属壁温允许值早已被超越。所以，钢材抗拉强度会快速降低，由3.92Mpa降低为0.98Mpa，同时因内压作用，锅炉元件出现变形、鼓疱、泄露，严重的会发生爆炸。

2.3 扰乱水循环。强迫与自然水循环为锅炉水循环的两种方式。但不管何种水循环形式的存在，都在严格设计计算后生产的，流通截面积有足够的保证。但是，水垢结生于炉管内壁，那么水垢则占据了水的应用容量，流通截面积被缩减，流动阻力被增加，对正常水循环造成一定程度破坏，无形中增加了向火面金属壁的温度。若管路被水垢堵死，水循环则终止，炉内因无冷交换，金属壁出现温度聚集，时间一长，管路因过烧发生爆炸。管壁内均匀布置着水冷壁管，对辐射热进行吸收。水果如果结生在离联箱400mm上下的高温火面区，那么泄露、弯曲、鼓疱、爆炸事故将发生。

2.4 检修量增加，资金大量浪费。当锅炉结垢，是必须马上清除的，否则将会危害到锅炉的运行安全。通常以化学剂清理水垢，比如碱、酸等。结生水垢厚度越大，药剂用量则越多，资金也就相应的增加。所以，不管是购买材料维修或是化学除垢，财力、物力、人力都是不少的花费。

2.5 缩短锅炉的使用期限。在正常条件下使用锅炉，可以连续使用20左右。但为何使用单位并没有创造锅炉使用奇迹呢？其中影响因素自然非常的多。但最重要的要数水垢的影响了。当锅炉因水垢出现了鼓疱，在挖补修复之后，要在降压条件下使用，保证运行安全。但是，某些单位对蒸汽压力有非常高的要求，修补使用不现实，必须购买新的锅炉。酸洗过于频繁或者酸洗方法错误也会缩短锅炉的使用期限。此外，因卤素因子的存在，锅炉加热后，会腐蚀铁，降低金属内壁刚度，同时抑制延伸到金属壁深处，出现完全的金属壁腐蚀。

3 预防、处理水垢

3.1 处理结生后的水垢并不是保障锅炉安全运行的有效方式，而应该做好预防措施，防患于未然。处理锅外水，各种锅炉皆可使用这种办法。当前，石灰加纯碱软化法在处理锅外水时效果非常可靠，也就是适量的将纯碱与生石灰加入到已经澄清的水里实现软化目的。另外，也有离子交换软化法，原理是钠离子交换器中交换树脂有软化作用。交换树脂有很强的吸附能力，可将镁离子、钙离子都游离离子吸附，实现锅炉水有合格的硬度标准。离子交换水处理法可因预处理水的特性做选择，由此实现各种水质均可在炉中无垢加热要求。

3.2 处理锅内水。该法即将化学药品加入锅炉中，镁盐、钙盐与锅炉中结生垢发生化学反应，得到疏松沉渣，随后以排污法排走炉内沉渣，实现炉内结垢的减少或防止。小型低压火管锅炉更加适用于炉内加药法。在加药时，要将药品配置为溶液后再倒入锅内。蒸汽锅炉适用连续加药法，因为这可确保药液在炉内的均匀。凡是在国内进行加药处理的，要做好炉内污水排放，保证泥垢、泥渣等快速排出，确保处理效果性。

3.3 其他新型的水处理方法。反渗透技术： 因为水中的杂质一般都比水分子大，因此选择一张正确的半透膜与适当的压力（半透膜上有众多的孔，这些孔的大小与水分子的大小相当）便能将杂质和水相分离。

超声波防垢法：任何物质都有自己固有的频率，水垢反无机盐类，各类换热器设备都是金属材料，水垢和钢材振动频率不同，超声波振荡器释放的振荡信号对于附着在钢材壁上的水垢产生共振，即击碎剥离，由表及里，循环进行，从而达到除垢效果。同时根据水分子运动特，控制正负离子与酸根结合，防止水垢产生。

综上所述，在实际使用过程中，为保证锅炉安全正常运行，排出结垢现象，则要做好水垢的预防处理，以减少能源的浪费，资金的过大投入与延长锅炉使用期限。