鍋內(nèi)加藥水處理技術(shù)淺析及防垢措施

鄭鴻秋

福建省鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院莆田分院，福建 莆田 351100

0 引言

筆者通過長期從事鍋爐定期檢驗(yàn)中總結(jié)：鍋爐因水垢引起變形、開裂等事故案例占60%以上，給企業(yè)生產(chǎn)和人民的生活帶來嚴(yán)重影響，經(jīng)濟(jì)上也會(huì)造成很大的損失。所以要保證鍋爐設(shè)備安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，首先要做好鍋爐水質(zhì)處理工作。

1 鍋爐產(chǎn)生水垢的原因

鍋爐是一種承壓的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，鍋水在鍋爐運(yùn)行中發(fā)生受熱、蒸發(fā)、濃縮、結(jié)晶及物質(zhì)間等一系列的物理和化學(xué)變化，為水中的雜質(zhì)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)提供有利的條件。當(dāng)這些雜質(zhì)在鍋水中達(dá)到飽和時(shí)，便有沉淀物質(zhì)析出。所析出的沉淀物質(zhì)，如果懸浮在鍋水中，就稱為水渣。如果沉積在受熱面上，就稱為水垢。

2 鍋爐水垢的分布規(guī)律

鍋爐水垢一般分布在各受熱面上，非受熱面結(jié)生的水垢一般為二次水垢；給水管附近結(jié)生的水垢一般以碳酸鹽水垢為主；水冷壁管內(nèi)一般以生成硅酸鹽水垢或硫酸鹽的混合水垢為主；聯(lián)箱內(nèi)一般為二次水垢；鍋筒底部堆積的水垢一般以煙管脫落的垢片；當(dāng)更換水源、改變水處理方式，可能發(fā)生大量水垢的脫落。熱負(fù)荷低、水循環(huán)緩慢的部位如鍋筒、下聯(lián)箱等由于水渣沉積而形成二次垢；光滑的或有保護(hù)層的內(nèi)表面使水垢不易生長，粗糙的表面或有老垢的表面更易生水垢；熱負(fù)荷低、蒸發(fā)強(qiáng)度小的部位（省煤器、下降管、快裝爐的給水管或后管板低溫側(cè)）容易發(fā)生HCO3-的分解產(chǎn)生結(jié)晶形態(tài)的碳酸鈣水垢；熱負(fù)荷高、蒸發(fā)強(qiáng)度大的部位（水冷壁、對(duì)流管等）因發(fā)生劇烈的蒸發(fā)濃縮，某些難溶物質(zhì)容易達(dá)到溶度積，在受熱面上形成堅(jiān)硬致密的硫酸鹽、硅酸鹽水垢；在鍋水沸騰、堿度、pH值較高的條件下，如產(chǎn)生碳酸鹽水垢也是以水渣的形式存在。

3 鍋爐水垢的危害

鍋爐水垢的生成會(huì)極大的影響鍋爐的導(dǎo)熱能力，增加鍋爐的煤耗量，降低受熱面金屬的強(qiáng)度，降低鍋爐的效率，影響鍋爐的水循環(huán)，縮短鍋爐的使用壽命，增加燃料對(duì)大氣的污染。在鍋爐的運(yùn)行當(dāng)中應(yīng)當(dāng)設(shè)法使鍋水中生成的沉淀物質(zhì)是黏附性差而流動(dòng)性好的水渣，而不是堅(jiān)硬的水垢。為此就必須進(jìn)行鍋內(nèi)的加藥水處理。

4 鍋內(nèi)的加藥水處理

鍋內(nèi)的加藥水處理是向鍋爐給水或鍋水中投加適當(dāng)?shù)乃巹ǚQ為防垢劑），與鍋水中Ca2+，Mg2+或SiO2等容易結(jié)垢的物質(zhì)發(fā)生物理或化學(xué)作用形成松散的水渣，通過排污排出鍋爐外，或使結(jié)垢離子成為溶解狀態(tài)存在于爐水中，以達(dá)到防止或減輕鍋爐結(jié)垢的目的。爐內(nèi)水處理因其設(shè)備簡單，操作方便，維護(hù)容易，運(yùn)行費(fèi)用低，對(duì)原水水質(zhì)適用范圍較大。根據(jù)國標(biāo)GB/T1576-2008《工業(yè)鍋爐水質(zhì)》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，使用鍋內(nèi)加藥處理的鍋爐，應(yīng)符合下列條件。額定蒸發(fā)量≤4t/h，而且額定蒸汽壓力≤1.3MPa的蒸汽鍋爐和汽水兩用鍋爐。但必須對(duì)鍋爐結(jié)垢、腐蝕和水質(zhì)加強(qiáng)監(jiān)督，認(rèn)真做好加藥、排污和清洗工作，其水質(zhì)應(yīng)符合表1的規(guī)定。

表1

5 鍋內(nèi)加藥作用

鍋內(nèi)加藥的化學(xué)物理作用的實(shí)質(zhì)是，針對(duì)水垢形成的原理和過程，通過向鍋內(nèi)加入藥劑，有效地控制鍋水中的離子平衡，抑制晶體沉淀物的生長與黏結(jié)，使之形成流動(dòng)性的水渣而排除，從而防止或減緩水垢的形成，同時(shí)獲得一定的防腐效果。根據(jù)這種原理及過程，為使沉淀物不形成水垢，而形成水渣需采取以下手段：

1）創(chuàng)造使水垢變成水渣的條件。例如碳酸鹽在鍋水pH值較低時(shí)，容易沉積在受熱面上，形成水垢。當(dāng)控制鍋水的pH值在10～12的范圍內(nèi)，碳酸鈣沉淀在堿劑的分散作用下，成懸浮在鍋水中的形成水渣；

2）向鍋水中引入形成水渣的結(jié)晶核心。投加表面活性較強(qiáng)的物；破壞某些鹽類的過飽和狀態(tài)；以及吸附水中開成的膠體或微小的懸浮物；

3）投加高分子聚合物，使其在鍋內(nèi)與Ca2+、Mg2+等離子發(fā)生絡(luò)合或螯合反應(yīng)，減少鍋水中的Ca2+、Mg2+離子的濃度，使它們難以達(dá)到溶度積，延緩沉淀物的生成。例如腐植酸鈉和聚合磷酸鹽處理，就起到了這種作用；

4）創(chuàng)造鍋爐受熱面的清潔條件，阻礙水垢結(jié)晶萌芽的形成。例如新安裝的鍋爐進(jìn)行煮爐，長期停用的鍋爐在運(yùn)行前進(jìn)行化學(xué)清洗，就能起到這種作用；

5）使沉淀析出的固體微粒表面與受熱金屬表面具有相同的電荷，或使受熱金屬表面形成電中性絕緣層，從而破壞它們之間的靜電作用。例如拷膠和腐植酸鈉等有機(jī)藥劑就是起到這種作用；

6）有效地控制結(jié)晶的離子平衡，使鍋水中易結(jié)垢離子向著生成水渣的方向移動(dòng)。通常使用的純堿處理和磷酸鹽處理即屬此例；

7）創(chuàng)造有利于循環(huán)和加速水循環(huán)的條件，以破壞水垢晶體的沉淀過程，例如在鍋爐設(shè)計(jì)及安裝水平管段和角度較小的管段時(shí)，防止出現(xiàn)水循環(huán)不良的死角。

6 鍋內(nèi)加藥品常用藥劑

1）防垢劑（軟化劑）：主要是用來消除水中的硬度，其中的堿性藥劑是使它變成為水渣；也有的屬于能改變水渣的性質(zhì)，使其不易黏附在受熱面成為水垢的藥劑。

（1）堿性藥劑：主要有火堿（NaOH）、純堿（Na2CO3）和磷酸鹽-磷酸三鈉（Na3PO4）、六偏磷酸鈉（NaPO3）6、五聚磷酸鈉（Na7P5O16）等；

（2）有機(jī)膠體：主要有栲膠、腐植酸鈉等；

（3）水質(zhì)穩(wěn)定劑：主要有有機(jī)鹽和有機(jī)羧酸鹽。

2）降堿劑：主要用降低給水或鍋水中的堿度，以防止汽水共騰和苛性脆化，主要有磷酸、磷酸二氫鈉、草酸、硫酸銨等。

3）緩蝕劑：主要防止鍋爐金屬（水側(cè)）的腐蝕，主要有亞硫酸鈉、亞肖酸鈉等。

4）消沫劑：主要用來防止?jié)舛冗^高而發(fā)生的起沫或汽水共騰，可以提高蒸汽質(zhì)量，主要有酰胺類消沫劑和聚醚脂類消沫劑等。

5）防油垢劑：主要是吸附水中的油脂，以防止難以清除的含油水垢的生成，有活性炭、膠體、石墨、木炭粉等。

7 鍋內(nèi)加藥水處理的方法

1）堿性藥劑處理法：這是目前普遍應(yīng)用的方法。這種方法如果使用得當(dāng)，均能起到良好的防垢效果。使用較多的處理方法能：天然堿處理、純堿處理、磷酸鹽處理、復(fù)合防垢劑處理；

2）有機(jī)防垢處理法：近年來石油、化工、電力等到部門相繼采用了大分子有機(jī)物為“水質(zhì)穩(wěn)定劑”。對(duì)工業(yè)鍋爐冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行防垢處理。結(jié)果證明，在加藥很少的情況下，取得了較好的防垢效果，所以，稱此類藥劑為有機(jī)防垢劑，目前看來，這是一種很有發(fā)展前途的工業(yè)鍋爐防垢劑；

3）石墨處理法：就是將一定量的石墨粉用水調(diào)成后，通過加藥裝置注入鍋爐中，增加結(jié)晶的晶核；

4）復(fù)合防垢劑處理法：是根據(jù)各種防垢劑的不同作用，將兩種以上的防垢劑，按照一定的比例復(fù)合配制，以發(fā)揮更好的一種防垢劑。通常有：純堿—磷酸鹽復(fù)合防垢劑、磷酸鹽—燒堿復(fù)合防垢劑、純堿—栲膠復(fù)合防垢劑、純堿—腐植酸鈉復(fù)合防垢劑、四鈉復(fù)合防垢劑（碳酸鈉、磷酸鈉、氫氧化鈉、腐植酸鈉）、三鈉一膠復(fù)合防垢劑（碳酸鈉、磷酸鈉、氫氧化鈉、栲膠）；

5）電磁水處理法：這類方法已經(jīng)投放市場的裝置有：高頻水改器和磁水器。但從各地調(diào)查情況來看，絕大多數(shù)使用單位的防垢效果均不理想。

8 鍋內(nèi)加藥處理應(yīng)注意的問題

1）空爐上水一定要加藥，保證水達(dá)標(biāo)；

2）盡可能減少鍋水指標(biāo)的較大波動(dòng)（加藥間隔不能太長）；

3）藥品必須溶解后才能加入鍋內(nèi)，先排污后加藥；

4）如有老垢加藥后必須用時(shí)（一個(gè)月）停爐，打開所有孔蓋進(jìn)行人工清理；

5）加藥后必須加強(qiáng)排污，直到停爐檢查無大量垢片脫落和堆積，才可恢復(fù)正常；

6）定期排污應(yīng)在高水位、低負(fù)荷下進(jìn)行；

7）隨時(shí)觀察鍋水情況，了解加藥效果，鍋水清則效果差，鍋水混則效果好。

9 結(jié)論

鍋爐的使用單位應(yīng)根據(jù)設(shè)備條件、對(duì)蒸汽品質(zhì)的要求及水處理材料的來源等不同情況，本著因爐、因水、因地制宜的原則，合理選擇水處理方法。在鍋爐運(yùn)行過程中，因水質(zhì)不良出現(xiàn)的問題，并不象鍋爐某些構(gòu)件出現(xiàn)問題那樣，立即明顯的暴露出來，水質(zhì)不良對(duì)鍋爐的危害是一個(gè)累積的過程，需經(jīng)過一定時(shí)間才能發(fā)現(xiàn)，這時(shí)其結(jié)果已經(jīng)無法挽回。因此對(duì)鍋爐加強(qiáng)鍋水處理的管理，保證鍋爐的水質(zhì)符合標(biāo)準(zhǔn)，使鍋爐無垢、薄垢無腐蝕的情況下運(yùn)行，以達(dá)到鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和處長壽命、節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境的目的。

[1]郝景泰，于萍，周英.工業(yè)鍋爐水處理技術(shù)[M].北京：氣象出版社，2000，4.