工业锅炉水质不良的危害及水质控制环节研究

张燕 丁昆(青岛市特种设备检验检测研究院，山东 青岛 266000)

0 引言

一旦出现了锅炉水质不良现象，这不仅会影响锅炉运行效率，也会导致用电和用煤量增加，降低蒸汽的品质。工业生产时需要将煤或天然气燃料等能源投入锅炉，通过锅炉燃烧，将化学能转化为蒸汽热能，但当锅炉热工设备内部存在水质问题，就会危害设备的稳定运行。加强对水质不良危害的研究，提出有效的控制措施，这将有利于延长锅炉的使用寿命，提高工业生产效率。

1 工业水质不良带来的危害分析

1.1 水垢产生的危害

锅炉属于热能设备，运行时会产生热水或水蒸气，水在锅炉内作为能量的载体，是锅炉运行的介质，一旦杂质饱和或温度满足相应条件，锅炉内就会出现水渣，水渣长时间附在锅炉受热面就会形成水垢。水垢会给锅炉带来以下危害：

(1)造成燃料的浪费。水垢产生后，锅炉表面热传递效率下降，煤炭或天然气等燃料燃烧时，释放的热量不能全部被锅炉内的介质吸收，这部分热量会以排烟为主要形式而损失。1mm的水垢会造成10%燃料的浪费和消耗。

(2)造成锅炉受热面损坏。水垢产生后，使受热面存在较大的温差，锅炉内壁温度上升，强度下降，最终导致内部鼓包，甚至给工业生产带来爆炸威胁。

(3)造成锅炉出力的下降。结垢后锅炉传热性能下降，为了满足蒸发量，达到生产需要，人们会采用增加燃料的方式提高锅炉运行效率。当炉膛的容积达到一定程度时，燃料加热将会受到限制，最终锅炉无法再出更多的力[1]。

1.2 腐蚀带来的危害

腐蚀现象指的是金属表面发生化学反应后，表面出现损坏的情况。锅炉受热面由金属材料焊接而成，腐蚀问题将会对锅炉运行造成严重影响，其腐蚀主要有化学性质的腐蚀和电化学性质的腐蚀两种。电化学腐蚀主要是金属在腐蚀的同时伴随电流产生，而锅炉给水是电解质溶液，所以在锅炉中产生的腐蚀多为电化学腐蚀。分析造成锅炉腐蚀的因素和危害，主要如下：

(1)氧对锅炉产生腐蚀。溶解氧气会加速锅炉腐蚀，这在锅炉中具有阴极去极化的作用，氧气可以作为去极剂，吸收阴极电子，变成氢氧根，铁被氧化变为二价铁离子，两种物质结合后变成了氢氧化亚铁，沉淀后降低了二价铁的浓度，加剧了腐蚀的速度。不仅如此，溶解氧也会给锅炉和管道带来腐蚀危害，影响设备和管道的使用寿命。

(2)二氧化碳具有腐蚀作用。锅炉中的补给水是二氧化碳的来源，加入碳酸盐阻垢剂，水中重碳酸盐因热量提升而分解，二氧化碳使水酸碱值降低，形成酸腐蚀。随着腐蚀程度的加深，锅炉金属表面开始变薄，腐蚀性物质会被带入热力系统，对工业生产造成极大的危害。

1.3 杂质堵塞带来的危害

生产环境不同，锅炉内的水质也会不一样，如果水循环系统中出现了杂质，且杂质较多，会产生汽水共腾，并降低蒸汽的品质。作为工业生产的关键设备，企业对水处理没有投入过多的关注，水处理不合格，或水质问题不受重视，导致水质缺乏质量保障，未经过科学处理的水用于锅炉中，导致锅炉和水质之间无法搭配。对于杂质给锅炉水质带来的危害，主要有以下几种：

(1)悬浮物杂质。锅炉在长期使用中会有一定杂质出现，且杂质容易在锅炉底部积聚，最终成为泥垢，使锅炉受热面产生一道障碍，不利于锅炉热量的传递。不仅如此，悬浮物杂质会在管道与阀门位置积聚，影响锅炉内部水循环，同时蒸发面杂质和水汽一同反应并沸腾，蒸汽中的钙镁离子给锅炉设备带来污染问题。

(2)胶体杂质。高温情况下，胶体杂质会和水垢粘结，后期无法彻底清除。如果水中含有过高的胶体，这将给蒸汽带来威胁，导致水位标志不够准确。在离子交换器当中，胶体杂质会产生反应，不利于树脂的应用。

(3)溶解杂质。采用离子交换法处理水中杂质，降低其钙镁离子的含量。但如果锅炉内水的碱度较高，这将带来腐蚀问题。由于锅炉用水多为地下水，这类水不会与空气接触，溶解性较强。地下水和空气接触后会成为去极化剂，加深对锅炉的腐蚀速度。如果水内铁离子过高，将会带来铁垢，微量离子会加速对金属的腐蚀速度，从而影响锅炉水质。

2 加强工业锅炉水质控制的有效办法

2.1 工业锅炉结垢问题的防治措施

多数工业锅炉会使用钠离子交换的方式进行水处理，通过这种办法软化水质，避免结垢。水中如果含有钙镁离子，经过离子交换器时，钙镁阳离子会被钠离子置换，从而使容易产生水垢里的钙镁盐类物质，转为钠盐后软化水质，此时水质硬度可以下降到0.03mmol/L 以内。除了采用钠离子交换法之外，也能应用阴阳离子交换和反渗透除盐的方法进行锅炉结垢问题的处理。当锅炉额定蒸发量不超过4t/h 的时候，且额定蒸汽压力不超过1.0MPa 时，可以在锅炉内加入化学药剂，使水垢变为松散或可以流动的水渣，所有水渣最终会沉降在锅炉底部，经过排污装置排出锅炉[2]。

做好工业锅炉水质检测工作。

(1)悬浮物 经过过滤后分离出来不溶于水的固体混合物的含量。悬浮物含量越高，水就越浑浊。对于小型工业锅炉来说，如采用澄清的自来水为水源，运行中可不监测悬浮物含量。

(2)总硬度 通常指水中钙镁离子的总含量，是防止锅炉结垢的一项重要指标。对于锅炉来说，硬度越小越有利于防止结垢。

(3)总碱度 水中能接受氢离子一类物质的含量。由于碱度物质能与硬度物质反应，生成疏松的水渣，可随排污除去，从而防止锅炉结垢，所以工业锅炉的锅水必须保持一定的碱度。但锅水碱度太高，易影响蒸汽品质，有时还会引起碱性腐蚀，因此锅水碱度应维持在一定范围内。

(4)pH 值 氢离子浓度的负对数，是溶液酸碱度的一项指标。通常要求锅炉水质达到一定的碱性，有利于防止腐蚀和结垢。

(5)溶解氧 溶解于水中的氧气含量。水中的溶解氧易造成锅炉设备和给水管道的腐蚀，所以应尽量除去。

(6)溶解固形物、电导率和氯离子 溶解固形物也称为蒸发残渣，可近似表示水中的总含盐量。锅水溶解固形物含量的变化可直接反映出锅水的浓缩程度。当其含量过高时，易造成蒸汽大量带水，恶化蒸汽品质，严重时还会发生汽水共腾，因此需要合理的排污来控制其含量。由于溶解固形物的测定较为繁杂且费时，一般锅炉运行中常用测电导率和氯离子来代替。

(7)PO43-磷酸根可消除残余硬度，防止结垢，并可在金属表面形成磷酸铁保护膜，减缓腐蚀，所以锅内常加入磷酸盐阻垢剂。

(8)含铁量水中所含有的总铁离子含量。如给水含铁量过高，易造成锅炉结生氧化铁垢，并会引起垢下腐蚀。

(9)垢样检测 还应做好垢样检测工作，以便及时展开锅炉的除垢操作，防止锅炉底部温度过高，保护设备运行安全。

2.2 工业锅炉腐蚀问题的防护措施

解决锅炉中氧气和二氧化碳的问题是防止锅炉腐蚀的重要手段。当额定蒸发量超过10t/h 的蒸汽锅炉，额定功率超过7.0MW 的承压热水锅炉，应对锅炉给水进行除氧处理。可以采用以下方式除氧：

(1)热力除氧方式。按照亨利定律得知，气体在水里的溶解度和气体分压力关联。分压力越大，溶解氧浓度就会越高，将水加热到沸腾状态时，其饱和蒸汽压力能够与汽水界面混合气体总压力相等，此时氧的分压力为0，氧气、二氧化碳可以解析出来，并达到除氧效果。使用除氧器可以去除氧气和二氧化碳等气体，设置0.2MPa 的压力，水的饱和温度为106℃，这时除氧效果最佳。

(2)化学除氧方法。向锅炉给水中加入亚硫酸钠或其他化学试剂，使药剂和溶解氧产生反应，并生成不带有腐蚀性的物质。亚硫酸钠作为一种还原剂，使用时可将其配制为浓度在10%的溶液，应用加药泵将亚硫酸钠加入水中。在锅炉给水系统内安装加药罐，依靠压差将药填入循环系统，也可以加入氢氧化钠，调节循环水的酸碱值，从而在锅炉金属表面产生一层保护膜，防止金属再次被腐蚀[3]。

2.3 优化工业锅炉水处理方式

2.3.1 采用补给水处理方法

由于锅炉蒸汽在工业生产中有着不同的用途，人们对补给水会采取不同的处理方式。相关处理流程主要如下所示：

(1)补给水的预处理，按照水源决定选用哪种处理方式。如果是地表水，在预处理时应去除水内的悬浮颗粒、有机物、胶体物。加入混凝剂后，将杂质聚合为大颗粒，实现杂质的沉淀。

(2)补给水的软化处理。使用天然或者人造的离子交换机，将硬质盐转为不会结垢的盐类物质，避免锅炉内壁结垢。也可以采用氢钠铅离子交换的方式处理锅炉水质问题。

(3)补给水的除盐处理。应用阴阳离子交换树脂方法有效除盐。

2.3.2 采用凝结水处理方法

锅炉运行时会受汽轮机凝汽器冷却水的影响，冷却水泄露会给锅炉带来腐蚀问题，甚至引发污染现象。在处理凝结水的时候，应按照锅炉的具体类型和相关参数，针对凝结水对锅炉产生的污染情况，选定处理方式。对于超临界压力锅炉，应处理全部凝结水；对于亚临界压力的锅炉，可处理25%以上的凝结水，可使用纤维素覆盖滤器和电磁过滤器作为处理设备，提升凝结水的处理效果。在给水除氧的时候，得知水中含有大量溶解氧，这会对锅炉内壁产生腐蚀，腐蚀性产物长期存在，温度越高的位置就越容易产生铜锈，一旦铜锈发生堆积，这会给汽轮机的管道带来爆管风险。因此，可采用化学除氧方法解决以上问题。在工作中应加强对水质的有效监测，安排专业检测人员保证水质处理工作的科学化和专业化，应用先进的水处理设备，及时排查设备故障问题，做好零部件的维修和更换，确保水质检查结果满足锅炉运行的安全性和稳定性要求。可在内部加入磷酸盐，使锅炉内壁产生一层保护膜，防止内壁再次结垢。

3 结语

总而言之，现代化工业生产进程下，锅炉水质不良现象将会对锅炉的安全运行产生巨大影响，无论是水垢的危害，还是腐蚀或杂质堵塞带来的危害，这都会影响锅炉的热效率，使锅炉受热面受损。因此，有必要针对锅炉水质的结垢问题和腐蚀问题采取有效的防治措施，应用热力除氧和化学除氧方法对锅炉补给水和凝结水进行有效处理，实现对锅炉的保护。