林仲文

【摘 要】本文主要分析了鍋爐水垢的形成以及類型和性質， 針對性提出了結垢后怎樣清除水垢的方法，確保鍋爐經濟穩(wěn)定運行。

【關鍵詞】鍋爐；水垢；危害；清洗方法

隨著國民經濟的快速發(fā)展，鍋爐的需求日益增加。鍋爐屬于特種設備，存在諸多不安全因素。而水垢是鍋爐最常見的不安全因素之一，及時有效地清洗水垢是關系到鍋爐的使用壽命、保證蒸汽質量、節(jié)能環(huán)保以及安全穩(wěn)定運行的重要措施。

1.鍋爐水垢的成因

鍋爐給水中所含有的雜質進入鍋爐以后，經過不斷地蒸發(fā)和濃縮，達到過飽和程度時，就會在鍋爐金屬表面上析出固相的沉淀物，俗稱“水垢”，具體地說，就是水中某些溶解鹽類，由于爐水溫度升高，或因溶解度降低而沉淀出來或因分解形成難溶的鹽類，例如，硫酸鈣、硅酸鎢在溫度升高時，其溶解度急驟降低；碳酸氫鈣和碳酸氫鎂退熱分解成難以溶解的碳酸鈣和氫氧化鎂的沉淀物。與此同時，鍋爐在連續(xù)給水、連續(xù)蒸發(fā)過程，純凈的水變成蒸汽由鍋爐達出，使水中的鹽類留在爐內不斷濃縮，含量不斷升高，在爐水含鹽程度達到飽和狀態(tài)，至過飽和狀態(tài)時，一些鈣、鎂鹽類就從水中析出，生成沉淀物。這些沉淀物的一部分沾在受熱面上，形成堅硬或松軟的水垢；另一部分則懸浮在爐水中，隨爐水循環(huán)而流動，當受熱面處水循環(huán)不良、流速降低時，則沉積因受熱而形成二次水垢，或者沉積于流速本來就不高的鍋爐下部，形成泥垢，隨定期排污或者手動排污而排出爐外。

水垢的產生，在很大程度上還決定鍋爐的運行狀態(tài)。水的蒸發(fā)速率越大，沸騰強度越高，循環(huán)性能越好，水循環(huán)可以減少水垢在鍋爐蒸發(fā)面上集結的數量。與此相反蒸發(fā)速率越小，沸騰強度和循環(huán)速度越低，就容易在鍋爐蒸發(fā)面上結成水垢。

2.水垢的常見類型及性質

由于水垢的結生與給水的組成、性質以及鍋爐的結構、鍋爐運行狀況等許多因素有關，使水垢在成分上有很大的區(qū)別。按其化學組成，水垢大致可以分為以下幾種。

2.1碳酸鹽水垢

碳酸鹽水垢的成分以碳酸鈣為主， 也有少量的碳酸鎂。碳酸鈣多為白色的，也有微黃色的。由于結生的條件不同，可以是堅硬、致密的硬質水垢，多結生在熱強度高的部位；也可以是疏松的軟質水垢，多結生在溫度比較低的部位，如鍋爐的節(jié)能器、進水管口等處。一般熱水鍋爐多為碳酸鹽水垢。碳酸鹽水垢在5%的鹽酸溶液中，大部分可溶解， 同時會產生大量的氣泡， 反應結束后， 溶液中不溶物很少。

2.2硫酸鹽水垢

硫酸鹽水垢其主要成分是硫酸鈣。硫酸鹽水垢多為白色，也有微黃色的，特別堅硬、致密， 手感滑膩。此種水垢多結生在鍋爐內溫度最高、蒸發(fā)強度最大的蒸發(fā)面上。硫酸鹽水垢在鹽酸溶液中很少產生氣泡，溶解很少，加入10%氯化鋇溶液后，生成大量的白色沉淀物。

2.3硅酸鹽水垢

硅酸鹽水垢的主要成分是硬硅鈣石或鎂橄欖石； 另一種是軟質的硅酸鎂主要成分是蛇紋石。此水垢二氧化硅的含量都在20%以上。硅酸鹽水垢在鹽酸中不溶解，加熱后其成分部分地緩慢溶解， 有透明狀態(tài)砂粒沉淀物，加入1%HF可緩慢溶解。

2.4磷酸鹽水垢

磷酸鹽水垢外觀為灰白色， 質地較為疏松。磷酸鹽水垢的附著能力差，容易用捅刷刮磨等方法除去。不受熱部分的磷酸鹽垢松軟，呈堆積狀。磷酸鹽垢隨受熱面的熱流強度和金屬溫度升高而結垢嚴重， 垢質也變得堅硬難除。

2.5混合水垢

混合水垢是上述各種水垢的混合物，很難指出其中哪一種是主要的成分?；旌纤干s，可以看出層次，主要是由于使用不同水質或水處理方法不同造成的， 多結生在鍋爐高、低溫區(qū)的交界處?；旌纤缚梢源蟛糠秩芙庠谙←}酸中，也會產生氣泡，溶液中有殘留水垢的碎片或泥狀物。

3.水垢的危害

3.1降低鍋爐傳熱效率，造成燃料浪費

因為水垢的導熱系數只有鋼材的幾十分之一，所以當受熱面結垢后會使傳熱受阻，為了保持鍋爐一定的出力，就必須提高火側的溫度，從而使向外輻射及排煙造成熱損失。由于鍋爐的工作壓力不同，水垢的類型及厚度不同，所浪費的燃料數量不同，根據試驗和計算，水垢的厚度和損耗燃料有如下比例：當水垢厚度（S）≥1mm時，浪費燃料5～13%；≥2mm時，浪費燃料13～18%；≥3mm時，浪費燃料18～26%。

3.2危及鍋爐安全運行，縮短鍋爐壽命

水垢導熱性能極差，使受熱面吸收的能量不能被及時傳遞給爐水，導致結垢的受熱面工作溫度增高，當溫度超過了鋼材所能承受的溫度時，金屬強度就會顯著降低，導致金屬過熱變形，易使鍋爐鋼板鼓包或爆裂。如果不能及時除去水垢，會使鍋爐壁遭到破壞，縮短鍋爐使用壽命。

4.常見的水垢清除方法

4.1機械除垢法

當爐內有水垢或水渣時， 停爐后放掉爐水，使鍋爐冷卻，用水沖洗或用螺旋鋼絲刷清除。如果水垢很堅硬，可用電力和水力帶動的洗管器來清洗。但此法只適用于清洗鋼管，不適用于清洗銅管，因為洗管器易損傷銅管。

4.2酸洗除垢法

用酸清除水垢，可使用鹽酸、磷酸、鉻酸及氫氟酸，但不能使用硫酸。因為硫酸濃度雖比鹽酸高，但因缺乏良好的緩蝕劑，特別是當水垢中含有較多的鈣鹽時，能在水垢表面生成硫酸鈣硬膜，使膜下的水垢不易接觸到酸液而影響酸洗效果。硫酸和鉻酸的酸洗效果雖然比鹽酸更有效，但其價格太貴而且貨源稀少，所以一般都采用鹽酸。當清洗以硅酸鹽水垢為主要成分時，需要添加適量的氫氟酸，以便清洗的進行。用添加了緩蝕劑的酸液對鍋爐進行清洗，使碳酸鹽水垢溶解和脫落，并隨酸液排出鍋外而達到清洗水垢的目的。鍋爐用酸液清洗除垢，常采用鹽酸為清洗劑，鹽酸對水垢有以下的作用：鹽酸能與水垢中的鈣、鎂碳酸鹽和氫氧化物發(fā)生化學反應，生成易溶于水的氯化物和二氧化碳氣體，從而使水垢溶解。其反應如下：

CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2↑+H2O

MgCO3+2HCl=MgCl2+CO2↑+H2O

Mg（OH）2+2HCl=MgCl2+2H2O

鹽酸能溶解水垢和金屬壁之間的金屬氧化物，使水垢從受熱面金屬壁上剝離脫落。其反應如下：

2Fe+6HCl=2FeCl3+3H3↑

對含有碳酸鹽、硫酸鹽或硅酸鹽的混合水垢，由于鹽酸能溶解其中的碳酸鹽成分，從而使水垢逐漸變得疏松而脫落。由于酸對鍋爐金屬具有腐蝕作用，所以鍋爐在酸洗時必須加入一定量的緩蝕劑以減緩酸的腐蝕作用。它的原理是緩蝕劑與金石表面或溶液中的某些離子發(fā)生反應后的生成物覆蓋在金屬表面上，使金屬處于鈍化狀態(tài)，從而抑制了金屬的腐蝕。酸洗除垢法工藝比較復雜，需要專業(yè)人員進行操作； 酸洗液要根據水垢的性質， 厚度進行配制， 要求較為嚴格； 酸洗法因為有酸， 所以對鍋爐有一定的腐蝕副作用，因而鍋爐酸洗次數不能過多。但酸洗除垢法效果較好。

（除垢前鍋爐情況）

（除垢后鍋爐情況）

4.3堿類除垢法

用堿洗不能清除碳酸鹽水垢。用堿主要是清除硫酸鹽水垢和硅酸鹽水垢以及硫酸鹽和硅酸鹽的混合水垢。此法是使水垢軟化，爾后再用機械的方法清除。堿洗除垢法所用的藥劑有碳酸鈉和氫氧化鈉兩種。

如果使用磷酸三鈉，不但能清除硫酸鹽和硅酸鹽的水垢，同時還能清除碳酸鹽水垢。堿洗是采用不升壓的長時間煮爐辦法。煮爐時間不少24h ，最多可達40h。堿煮后要立即沖掉沉渣，并打開鍋爐進行機械除垢， 否則泥渣重新硬化就難以清除了。另堿洗時用藥量應嚴格控制。此法操作簡單， 但比酸洗效果差， 而且煮鍋時間長，藥劑耗量大。

5.結語

鍋爐經過長時間運行，不可避免的出現了水垢、銹蝕問題，鍋爐形成水垢的主要原因是給水中帶有硬度成份，經過高溫、高壓的不斷蒸發(fā)濃縮以后，在爐內發(fā)生一系列的物理、化學反應，最終在受熱面上形成水垢。水垢是鍋爐的“百害之首”，不但造成能源浪費和影響鍋爐使用壽命，還是是引起鍋爐事故的主要原因。因此，對于鍋爐進行清洗除垢極為必要。

【參考文獻】

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