浅谈水质不良对工业锅炉的危害及对策

阚柏平

（天津市特种设备监督检验技术研究院，天津 300192）

浅谈水质不良对工业锅炉的危害及对策

阚柏平

（天津市特种设备监督检验技术研究院，天津 300192）

水是工业锅炉的主要介质，被誉为锅炉的血液。水质的优劣直接关系到锅炉能否安全经济运行。水质不良会造成锅炉结垢和腐蚀。锅炉的结垢和腐蚀造成的事故约占事故总数的60%以上，造成巨大的经济损失。本文通过对造成锅炉结垢和腐蚀的原因进行了分析与探讨，并对防止结垢、降低腐蚀速度提出了相应的对策，对提高锅炉的安全经济运行以及节能减排有实际意义。

水质；工业锅炉；结垢；腐蚀

在锅炉内，水吸收燃料燃烧放出的热量而产生热水（热水锅炉）或蒸发为蒸汽。如果使用的水质不良，水中含有较多的有害杂质，这种不符合标准的水进入锅炉，则必然会使运行中的锅炉产生结垢、腐蚀等危害。最近一个年度共对天津市在用锅炉3260台进行了锅炉水质检验，其中1336台次锅炉水质不合格，占总数的40.98%。从统计数据看，加强锅炉水质监督管理工作任重道远。

1 水垢的形成

实践经验表明，如果锅炉给水硬度不合格，水进入锅炉运行一段时间后，经过不断地蒸发、浓缩，当达到过饱和程度时，在锅炉受热面上就会结生一些不溶性固态附着物，这种以固体析出的沉淀物即称为水垢。

水垢的结生是一个复杂的物理化学过程。工业锅炉中常结生钙、镁水垢，以碳酸盐水垢居多。 含有硬度的水进入锅炉以后，水在锅炉内加热的过程中，一些钙、镁盐类由于受热而分解，使易溶于水的物质转变为难溶于水的物质而析出沉淀，若不及时排出，附着于锅炉受热面上形成水垢。由于锅炉水的不断蒸发、浓缩，水中溶解盐的浓度不断增大，当达到饱和程度时，在蒸发面上析出晶核，或以原有的水垢颗粒为结晶中心，生成水垢。如果锅炉蒸发强度低，循环性能差，泥垢易沉积在蒸发面上，也比较容易转化成水垢。

2 水垢对锅炉的危害

2.1 锅炉钢板、管路因过热而被烧损

人们称水垢是锅炉的“百害之源”，关键是水垢的导热性能很差。物质的导热性能一般用其导热系数的大小来衡量，水垢的导热系数比锅炉钢板小几十倍到数百倍。当锅炉受热面结有水垢时，传热情况变坏，使炉管从火焰、烟气吸收的热量不能很好地传递给水，从而使受热面温度升高，金属强度下降，容易造成锅炉炉管起鼓包、变形以至爆管。此外，炉管结垢后管内流通截面积减小，水循环阻力增大，严重时会破坏正常的锅炉水循环和冷却，造成炉管烧损。

2.2 浪费燃料降低锅炉出力

当锅炉结有水垢时，会使锅炉受热面的传热情况变坏，排烟温度升高，由于水垢导热系数很低，阻碍了传热，从而降低了锅炉热效率，增加燃料消耗或降低锅炉出力。试验证明对于工作压力为1.3兆帕的锅炉，结成1mm厚的混合水垢，可浪费燃料5%～8%。

2.3 增加锅炉检修量并危及安全

锅炉受热面结垢后，非常难以清除，需经常清垢或酸洗锅炉，而酸洗锅炉很容易给锅炉造成腐蚀，同时酸洗废液的排放对环境造成污染，不仅损害了锅炉寿命，而且需要大量的人力、物力进行检修，同时也威胁着人身安全，影响了安全生产。

3 防止工业锅炉结垢的措施

3.1 钠离子交换水处理

目前，根据天津市的水质情况，绝大部分工业锅炉可以采用钠离子交换的水处理方法，使锅炉给水软化，防止锅炉结生水垢。当含有钙镁离子的原水，流经离子交换器中的钠离子树脂层时，水中的钙镁等阳离子被树脂中的钠离子所置换 ，从而将在锅炉内形成水垢的钙、镁盐类，转换为易溶性钠盐，而使水得到软化。经钠离子交换树脂软化后的水质，其硬度可以降低至0.030mmol/L以下，甚至可以完全消除，使水质达到GB/T1576—2008《工业锅炉水质标准》的要求。根据水源和锅炉参数的不同，除了上述钠离子交换以外，还可以采用阴阳离子交换法和反渗透除盐法等。

3.2 锅内加药处理法

工业锅炉水质标准（GB/T1576—2008）规定额定蒸发量≤4吨/小时，且额定蒸汽压力＜1.3兆帕的蒸汽锅炉，以及额定功率≤4.2兆瓦非管架式承压的热水锅炉和常压热水锅炉可以采用锅内加药处理。锅内加药水处理方法的实质是针对产生水垢的原因和过程，向锅内投加适当的化学药剂，使水中能够形成水垢的物质在锅内变成松散的非粘结性的、可流动的水渣，沉降于锅筒或联箱的底部，通过排污排出锅炉，达到防止或减缓水垢生长或金属腐蚀的目的。

4 锅炉的腐蚀与防护

4.1 锅炉腐蚀

金属表面与周围介质发生化学或电化学作用而遭到破坏的现象成为腐蚀。锅炉金属的腐蚀严重威胁锅炉的安全运行，因此日益引起人们的重视。锅炉的腐蚀包括化学腐蚀和电化学腐蚀。金属在腐蚀过程中伴有电流产生的现象称为电化学腐蚀。锅炉的给水和锅水都属于电解质溶液，因此，锅炉腐蚀多是电化学腐蚀。对工业锅炉腐蚀最严重的氧和二氧化碳是造成锅炉电化学腐蚀的重要因素。

（1）氧对锅炉的腐蚀。水中溶解氧气是加速电化学腐蚀的重要因素。氧腐蚀在锅炉中主要是起阴极去极化作用。氧气是强烈的去极剂，能够吸收阴极的电子。在含有氯离子的电解质溶液中（锅水），铁原子失去2个电子，变成二价铁离子，氯和水得到电子而变成氢氧根离子。二价铁离子于氢氧根离子结合成氢氧化亚铁。Fe(OH)2在水溶液中很不稳定，容易与水中溶解氧发生进一步反应： 4Fe(OH)2+2H2O+O2→4Fe(OH)3↓

由于生成三价的氢氧化铁沉淀，致使阳极处溶液中的二价铁浓度降低，起到了“去极化”的作用，从而加剧腐蚀，因此，水中溶解氧存在时，便会造成锅炉设备及管道的氧腐蚀。正是由于上述因素，工业锅炉水质指标对给水溶解氧含量做出明确规定。

（2）二氧化碳对锅炉的腐蚀。锅水中的二氧化碳主要来源于锅炉的补给水，或锅内投加的碳酸盐阻垢剂。根据天津市水质特点，天然水中所含盐类多以碳酸盐为主。补给水中所含的重碳酸盐在锅水中会受热分解，当水中含有二氧化碳时，水的pH值便会下降，二氧化碳对锅炉的腐蚀主要是析氢腐蚀，也就是酸腐蚀。同时又使锅炉金属产生电化学腐蚀，其反应为：

反应结果产生氢离子H+，而H+是阴极去极剂，因此加速了腐蚀。含有二氧化碳的锅水能使金属均匀腐蚀，并且随着水温的升高，腐蚀速度加快，能够使金属表面减薄，大量的腐蚀产物会带入热力系统，危害极大。

4.2 工业锅炉的防腐措施

氧气、二氧化碳对锅炉的危害很大，锅炉给水除氧、脱气是防止锅炉金属腐蚀的根本措施。国家工业锅炉水质标准规定，当锅炉蒸发量大于等于10t/h，热水锅炉额定功率大于等于7.0兆瓦的承压热水锅炉，给水应除氧。目前工业锅炉所采用的除氧方法有热力除氧、化学除氧、真空除氧、解析除氧、涡流脱气除氧和海绵铁除氧等。通过对天津市在用锅炉水质检验20多年的经验表明，对于蒸汽锅炉应用最广泛、效果最好、最稳定的还是热力除氧。对于热水锅炉采用化学除氧效果最佳。

（1）热力除氧。氧气在水中的溶解度遵循亨利定律，根据气体溶解度定律（亨利定律）任何气体在水中的溶解度与该气体在气水界面上的分压力有关，而与大气压力无关，氧的分压力愈大，水中溶解氧的浓度就愈高，当氧的分压力等于零时，则水中的溶解氧也趋向于零，在大气中把水加热到沸腾时，水的饱和蒸汽压力就等于气水界面上混合气体的总压力，氧和其他气体的分压力均等于零。此时，氧气和二氧化碳气体等都从水中解析出来，即达到除氧（除气）的目的。除氧器不仅能除氧，同时还能除掉二氧化碳和其他气体，因此也可以称之为除气器。在实际操作中，保证除氧头内压力为0.2兆帕，在此压力下水的饱和温度为102～106℃。便可确保给水的除氧效果合格。这种除氧器在除气的同时不增加水中的含盐量，所以广泛应用于蒸汽锅炉上。目前，天津市大部分蒸汽锅炉的除氧均采用此方式。

（2）化学除氧。所谓化学除氧，就是向锅炉给水或热水锅的循环水中投加一定的化学药剂。如亚硫酸钠，使之与水中的溶解氧发生化学反应，生成无腐蚀性物质，以达到除氧的目的。

亚硫酸钠是较强的还原剂。反应生成物无毒无害，所以它是一种传统的化学除氧剂。在实际应用中，通常把亚硫酸钠配制成10%左右的溶液，通过加药罐或加药泵加入给水中，由于亚硫酸钠能够强烈吸收空气中的氧气，因此在药液制备和贮存时，应注意隔绝空气。热水锅炉可以在循环泵入口和出口之间添加旁路，设置加药罐，将配置好的亚硫酸钠溶液加入加药罐中，通过压差直接将药加入循环系统中，同时，可以适量加入氢氧化钠，将热水锅炉循环系统循环水pH值调整为pH＝9～11，在金属表面形成保护膜。

为了使水中溶解氧能够比较彻底除掉，需维持一定的亚硫酸钠过剩量，一般锅水中保持亚硫酸根为10～50毫克/升。化学除氧设备简单，只需一个加药罐或一台加药泵，便于维护方便调节，不额外消耗能源，降低了锅炉运行成本，节水节能效果显著，减少污染物排放，符合当前节能减排的形势，在天津市热水锅炉中得到广泛使用。

为了保证锅炉安全经济运行，一项重要措施就是对相关人员进行培训。不断地提高锅炉水处理管理人员和水处理操作人员的技术水平，同时加强主管部门对锅炉水处理工作的执法检查力度，降低因工业锅炉结垢、腐蚀造成的事故。在今后的锅炉水处理工作中积极探索科技创新的途径，加大绿色环保药剂的研发力度，扩大药剂使用范围，降低锅炉水处理能耗，减少废液排放是今后工业锅炉水处理工作的发展方向。

[1]中华人民共和国.GB/T1576-2008.工业锅炉水质，2009.02-05.

[2]曹旭.论述不良水质对锅炉的危害及锅炉水处理方法[J]工业，2016(08):12-13.

[3]张月.炉水处理中的问题分析与措施探讨方法[J]工业技术，2016，02：28-29.

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