淺談鍋爐水垢的清洗

林仲文

【摘 要】本文主要分析了鍋爐水垢的形成以及類(lèi)型和性質(zhì)， 針對(duì)性提出了結(jié)垢后怎樣清除水垢的方法，確保鍋爐經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行。

【關(guān)鍵詞】鍋爐；水垢；危害；清洗方法

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，鍋爐的需求日益增加。鍋爐屬于特種設(shè)備，存在諸多不安全因素。而水垢是鍋爐最常見(jiàn)的不安全因素之一，及時(shí)有效地清洗水垢是關(guān)系到鍋爐的使用壽命、保證蒸汽質(zhì)量、節(jié)能環(huán)保以及安全穩(wěn)定運(yùn)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(zhì)進(jìn)入鍋爐以后，經(jīng)過(guò)不斷地蒸發(fā)和濃縮，達(dá)到過(guò)飽和程度時(shí)，就會(huì)在鍋爐金屬表面上析出固相的沉淀物，俗稱(chēng)“水垢”，具體地說(shuō)，就是水中某些溶解鹽類(lèi)，由于爐水溫度升高，或因溶解度降低而沉淀出來(lái)或因分解形成難溶的鹽類(lèi)，例如，硫酸鈣、硅酸鎢在溫度升高時(shí)，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(shí)，鍋爐在連續(xù)給水、連續(xù)蒸發(fā)過(guò)程，純凈的水變成蒸汽由鍋爐達(dá)出，使水中的鹽類(lèi)留在爐內(nèi)不斷濃縮，含量不斷升高，在爐水含鹽程度達(dá)到飽和狀態(tài)，至過(guò)飽和狀態(tài)時(shí)，一些鈣、鎂鹽類(lèi)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(jiān)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(dòng)，當(dāng)受熱面處水循環(huán)不良、流速降低時(shí)，則沉積因受熱而形成二次水垢，或者沉積于流速本來(lái)就不高的鍋爐下部，形成泥垢，隨定期排污或者手動(dòng)排污而排出爐外。

水垢的產(chǎn)生，在很大程度上還決定鍋爐的運(yùn)行狀態(tài)。水的蒸發(fā)速率越大，沸騰強(qiáng)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(jié)的數(shù)量。與此相反蒸發(fā)速率越小，沸騰強(qiáng)度和循環(huán)速度越低，就容易在鍋爐蒸發(fā)面上結(jié)成水垢。

2.水垢的常見(jiàn)類(lèi)型及性質(zhì)

由于水垢的結(jié)生與給水的組成、性質(zhì)以及鍋爐的結(jié)構(gòu)、鍋爐運(yùn)行狀況等許多因素有關(guān)，使水垢在成分上有很大的區(qū)別。按其化學(xué)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(jié)生的條件不同，可以是堅(jiān)硬、致密的硬質(zhì)水垢，多結(jié)生在熱強(qiáng)度高的部位；也可以是疏松的軟質(zhì)水垢，多結(jié)生在溫度比較低的部位，如鍋爐的節(jié)能器、進(jìn)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(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的氣泡， 反應(yīng)結(jié)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(jiān)硬、致密， 手感滑膩。此種水垢多結(jié)生在鍋爐內(nèi)溫度最高、蒸發(fā)強(qiáng)度最大的蒸發(fā)面上。硫酸鹽水垢在鹽酸溶液中很少產(chǎn)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(zhì)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(zhì)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(qiáng)度和金屬溫度升高而結(jié)垢嚴(yán)重， 垢質(zhì)也變得堅(jiān)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。混合水垢色雜，可以看出層次，主要是由于使用不同水質(zhì)或水處理方法不同造成的， 多結(jié)生在鍋爐高、低溫區(qū)的交界處。混合水垢可以大部分溶解在稀鹽酸中，也會(huì)產(chǎn)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(fèi)

因?yàn)樗傅膶?dǎo)熱系數(shù)只有鋼材的幾十分之一，所以當(dāng)受熱面結(jié)垢后會(huì)使傳熱受阻，為了保持鍋爐一定的出力，就必須提高火側(cè)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(lèi)型及厚度不同，所浪費(fèi)的燃料數(shù)量不同，根據(jù)試驗(yàn)和計(jì)算，水垢的厚度和損耗燃料有如下比例：當(dāng)水垢厚度（S）≥1mm時(shí)，浪費(fèi)燃料5～13%；≥2mm時(shí)，浪費(fèi)燃料13～18%；≥3mm時(shí)，浪費(fèi)燃料18～26%。

3.2危及鍋爐安全運(yùn)行，縮短鍋爐壽命

水垢導(dǎo)熱性能極差，使受熱面吸收的能量不能被及時(shí)傳遞給爐水，導(dǎo)致結(jié)垢的受熱面工作溫度增高，當(dāng)溫度超過(guò)了鋼材所能承受的溫度時(shí)，金屬?gòu)?qiáng)度就會(huì)顯著降低，導(dǎo)致金屬過(guò)熱變形，易使鍋爐鋼板鼓包或爆裂。如果不能及時(shí)除去水垢，會(huì)使鍋爐壁遭到破壞，縮短鍋爐使用壽命。

4.常見(jiàn)的水垢清除方法

4.1機(jī)械除垢法

當(dāng)爐內(nèi)有水垢或水渣時(shí)， 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(jiān)硬，可用電力和水力帶動(dòng)的洗管器來(lái)清洗。但此法只適用于清洗鋼管，不適用于清洗銅管，因?yàn)橄垂芷饕讚p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?yàn)榱蛩釢舛入m比鹽酸高，但因缺乏良好的緩蝕劑，特別是當(dāng)水垢中含有較多的鈣鹽時(shí)，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(jià)格太貴而且貨源稀少，所以一般都采用鹽酸。當(dāng)清洗以硅酸鹽水垢為主要成分時(shí)，需要添加適量的氫氟酸，以便清洗的進(jìn)行。用添加了緩蝕劑的酸液對(duì)鍋爐進(jìn)行清洗，使碳酸鹽水垢溶解和脫落，并隨酸液排出鍋外而達(dá)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(duì)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(xué)反應(yīng)，生成易溶于水的氯化物和二氧化碳?xì)怏w，從而使水垢溶解。其反應(yīng)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(yīng)如下：

2Fe+6HCl=2FeCl3+3H3↑

對(duì)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(duì)鍋爐金屬具有腐蝕作用，所以鍋爐在酸洗時(shí)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(yīng)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(fù)雜，需要專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行操作； 酸洗液要根據(jù)水垢的性質(zhì)， 厚度進(jìn)行配制， 要求較為嚴(yán)格； 酸洗法因?yàn)橛兴幔?所以對(duì)鍋爐有一定的腐蝕副作用，因而鍋爐酸洗次數(shù)不能過(guò)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(lèi)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(jī)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(shí)還能清除碳酸鹽水垢。堿洗是采用不升壓的長(zhǎng)時(shí)間煮爐辦法。煮爐時(shí)間不少24h ，最多可達(dá)40h。堿煮后要立即沖掉沉渣，并打開(kāi)鍋爐進(jìn)行機(jī)械除垢， 否則泥渣重新硬化就難以清除了。另堿洗時(shí)用藥量應(yīng)嚴(yán)格控制。此法操作簡(jiǎn)單， 但比酸洗效果差， 而且煮鍋時(shí)間長(zhǎng)，藥劑耗量大。

5.結(jié)語(yǔ)

鍋爐經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，不可避免的出現(xiàn)了水垢、銹蝕問(wèn)題，鍋爐形成水垢的主要原因是給水中帶有硬度成份，經(jīng)過(guò)高溫、高壓的不斷蒸發(fā)濃縮以后，在爐內(nèi)發(fā)生一系列的物理、化學(xué)反應(yīng)，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(fèi)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(duì)于鍋爐進(jìn)行清洗除垢極為必要。

【參考文獻(xiàn)】

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