锅炉水垢的危害及预防

摘 要： 自从在锅炉运行中把水作为热交换工质之日起，受热表面和传热表面的结垢就成为热交换工艺中主要困扰问题之一。笔者结合水垢形成的原理，介绍了锅炉水垢的危害及其预防，以引起锅炉使用单位的高度重视。

关键词： 锅炉用水； 水垢； 危害； 预防

中图分类号： TK227 文献标识码： A 文章编号：1009-8631（2010）07-0076-01

锅炉是工农业生产和人民生活中广泛使用的特种设备，是生产蒸气或热水的热工设备之一，其传能介质原料是水。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。当锅炉用水不合要求时，锅炉受热面就会结生水垢，因而不仅浪费大量的燃料，还会危及锅炉安全运行。笔者结合水垢形成的原理，介绍了锅炉水垢的危害及其预防，以引起锅炉使用单位的高度重视。

一、水垢形成的主要原理

水垢的形成是一个复杂的物理化学过程，其原因有内因和外因两个方面。一是水中有钙、镁离子及其它重金属离子存在，是水垢形成的根本原因也叫内因；二是固态物质从过饱和的炉水中沉淀析出并粘附在金属受热面上，是水垢形成的外因。当含有钙、镁等盐类杂质的水进入锅炉后，吸收高温烟气传给的热量，钙、镁盐类杂质便会发生化学反应，生成难溶物质析出。发生的主要化学方程式如下：

1. 受热分解

含有暂时硬度的水进入锅炉后，在加热过程中，一些钙镁盐类受热分解，从溶于水的物质转变成难溶于水的物质，附着于锅炉表面上结为水垢，钙和镁盐类分解如下：

Ca（HCO₃）2→CaCO₃+H₂O+CO₂↑

Mg（HCO）2→MgCO₃+H₂O+CO₂↑

MgCO₃+H₂O→Mg（OH）2+CO₂↑

2. 某些盐类超过了其溶解度，由于锅炉水的不断蒸发和浓缩，水中的溶解盐类含量不断增加，当某些盐类达到过饱和时，盐类在蒸发面上析出固相，结生水垢。

3. 溶解度下降

随着锅炉水温度的升高，锅炉水某些盐类溶解度下降，如CaSO4和CaSiO3等盐类。

4.相互反应为水中原溶解度较大的盐类和锅炉水中其他盐类、碱反应后，生成难溶于水的化合物，从而结生水垢。一些盐和碱相互反应如下：

Ca（HCO₃）2 +2NaOH=CaCO₃↓+N4CO₃+H₂O

CaCl₂+Na2CO₃=CaCO₃↓+2NaCl

5. 水渣转化

当锅炉内水渣过多时，而且又粘，如Mg(OH)₂和Mg3(PO4)2等，如果排污不及时，很容易由泥渣转化为水垢。

二、水垢对锅炉安全、经济运行的危害

（一）降低锅炉热效率，浪费大量燃料

锅炉受热面的传热特性对锅炉的运行有非常密切的关系。而锅炉水垢都发生在受热面，而且受热温度高、沸腾越强烈的受热面越容易产生水垢。锅炉运行实践及各种资料均表明，水垢对锅炉的危害，主要是因为它的导热性。当锅炉受热面管子结水垢后，锅炉效率将明显下降。锅炉均匀结水垢1mm，可使效率下降5%，且增加了燃料消耗。

（二）影响锅炉运行中的水动力特性

锅炉受热面内壁结垢后，不仅使锅炉管内的流通截面减小，还会因为锅炉受热面结垢的不均匀性及粗糙度较大，流动阻力较大的原因，对锅炉内水或蒸汽的流动将会产生一定的影响，严重时将偏离设计时的水动力特性，甚至导致事故。

（三）增大检修量，浪费工时、原料，危及工人安全

由于水垢的生成，需要定期清理水垢或处理事故，运行周期缩短，检修时间增加，随之带来原料、工时的浪费。在水垢的清理过程中，检修人员不但要接确化学药品（如盐酸等），给检修人员带来不安全因素。同时，检修人员有时不得不钻进锅炉内部进行清除操作，增加了工人的劳动强度，也对工人的健康和安全带来不利的影响。

（四）缩短锅炉使用寿命

一般锅炉使用寿命，在正常使用条件下，能够连续运行20年左右。但为什么现在大部分使用单位的锅炉没有达到这一寿命呢？其原因是多方面的，其中之一就有水垢的影响。因为水垢中含有卤素的离子，在高温下对铁有腐蚀作用，会使金属内壁变脆，并不断地向金属壁的深处发展，造成金属的腐蚀，缩短锅炉使用寿命。

（五）增加了对大气的污染

由于水垢降低了锅炉的效率，就等同于增加了锅炉对环保的压力。实际上，由于水垢的生成，锅炉的效率下降，导致排烟热损失和锅炉散热损失的增加。要达到同样的锅炉出力，只能增加燃料的消耗量。由此，同一台锅炉将会排放更多的CO₂、SOx、NOx、粉尘以及其他有害物质，使大气受到更加严重的污染。

三、水垢的预防

要保证锅炉不结垢或薄垢运行，就要加强锅炉给水处理，这是保证锅炉安全和经济运行的重要环节。预防水垢生成，通常采用下列方法来预防：

（一）锅外水处理。这种方法适用于各种的锅炉。目前锅外水处理效果可靠的有石灰+纯碱软化法，是向已经澄清的水中加入适量的生石灰和纯碱达到软化目的。石灰──纯碱软化法有冷法和热法两种。冷法是在室温下进行，使水中残余硬度降至1．5～2毫克当量/升。热法是将水温加热到20～80℃，使水中残余硬度降至0．3～0．4毫克当量/升。因此，应尽量采用热法，以提高软化效果。离子交换软化法主要是依靠钠离子交换器中的交换树脂进行软化处理。由于交换树脂吸附能力强，能将游离在水中的钙、镁离子吸附，从而使锅炉给水硬度达到合格标准。离子交换剂有无机和有机两大类。无机交换树脂只能进行表面交换，软化效果差，使用较少。而有机交换树脂的特点是颗粒核心结构疏松，交换反应在颗粒表面和内部同时可进行，软化效果好，故使用较多。

（二）锅内水处理。此法主要是向炉水中加入化学药品，与炉水中形成水垢的钙、镁盐形成疏松的沉渣，然后用排污的方法将沉渣排出炉外，起到防止（或减少）锅炉结垢的作用。炉内加药水处理一般用于小型低压火管锅炉。锅内水处理常用的药品有：磷酸三钠、碳酸钠（纯碱）、氢氧化钠（火碱、也称烧碱）及有机胶体（栲胶）等。加药时，应首先将各种药品配制成溶液，然后再加入锅炉内。通常磷酸三钠的溶液浓度为5～8%，碳酸钠的溶液浓度不大于5%，氢氧化钠的浓度不大于1～2%。加药方法有定期和连续加药两种。定期加药主要靠加药罐进行加药；连续加药则在给水设备前，将药连续加入给水中。对于蒸汽锅炉，最好采用连续加药法，这样可使炉内保持药液的均匀。凡采用锅内水处理的，应加强锅炉排污，使已形成的泥渣、泥垢等排出炉外，收到较好效果。

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