淺談水質(zhì)不良對(duì)工業(yè)鍋爐的危害及對(duì)策

闞柏平

（天津市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院，天津 300192）

淺談水質(zhì)不良對(duì)工業(yè)鍋爐的危害及對(duì)策

闞柏平

（天津市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院，天津 300192）

水是工業(yè)鍋爐的主要介質(zhì)，被譽(yù)為鍋爐的血液。水質(zhì)的優(yōu)劣直接關(guān)系到鍋爐能否安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。水質(zhì)不良會(huì)造成鍋爐結(jié)垢和腐蝕。鍋爐的結(jié)垢和腐蝕造成的事故約占事故總數(shù)的60%以上，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。本文通過(guò)對(duì)造成鍋爐結(jié)垢和腐蝕的原因進(jìn)行了分析與探討，并對(duì)防止結(jié)垢、降低腐蝕速度提出了相應(yīng)的對(duì)策，對(duì)提高鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行以及節(jié)能減排有實(shí)際意義。

水質(zhì)；工業(yè)鍋爐；結(jié)垢；腐蝕

在鍋爐內(nèi)，水吸收燃料燃燒放出的熱量而產(chǎn)生熱水（熱水鍋爐）或蒸發(fā)為蒸汽。如果使用的水質(zhì)不良，水中含有較多的有害雜質(zhì)，這種不符合標(biāo)準(zhǔn)的水進(jìn)入鍋爐，則必然會(huì)使運(yùn)行中的鍋爐產(chǎn)生結(jié)垢、腐蝕等危害。最近一個(gè)年度共對(duì)天津市在用鍋爐3260臺(tái)進(jìn)行了鍋爐水質(zhì)檢驗(yàn)，其中1336臺(tái)次鍋爐水質(zhì)不合格，占總數(shù)的40.98%。從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)看，加強(qiáng)鍋爐水質(zhì)監(jiān)督管理工作任重道遠(yuǎn)。

1 水垢的形成

實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，如果鍋爐給水硬度不合格，水進(jìn)入鍋爐運(yùn)行一段時(shí)間后，經(jīng)過(guò)不斷地蒸發(fā)、濃縮，當(dāng)達(dá)到過(guò)飽和程度時(shí)，在鍋爐受熱面上就會(huì)結(jié)生一些不溶性固態(tài)附著物，這種以固體析出的沉淀物即稱為水垢。

水垢的結(jié)生是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程。工業(yè)鍋爐中常結(jié)生鈣、鎂水垢，以碳酸鹽水垢居多。 含有硬度的水進(jìn)入鍋爐以后，水在鍋爐內(nèi)加熱的過(guò)程中，一些鈣、鎂鹽類由于受熱而分解，使易溶于水的物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)殡y溶于水的物質(zhì)而析出沉淀，若不及時(shí)排出，附著于鍋爐受熱面上形成水垢。由于鍋爐水的不斷蒸發(fā)、濃縮，水中溶解鹽的濃度不斷增大，當(dāng)達(dá)到飽和程度時(shí)，在蒸發(fā)面上析出晶核，或以原有的水垢顆粒為結(jié)晶中心，生成水垢。如果鍋爐蒸發(fā)強(qiáng)度低，循環(huán)性能差，泥垢易沉積在蒸發(fā)面上，也比較容易轉(zhuǎn)化成水垢。

2 水垢對(duì)鍋爐的危害

2.1 鍋爐鋼板、管路因過(guò)熱而被燒損

人們稱水垢是鍋爐的“百害之源”，關(guān)鍵是水垢的導(dǎo)熱性能很差。物質(zhì)的導(dǎo)熱性能一般用其導(dǎo)熱系數(shù)的大小來(lái)衡量，水垢的導(dǎo)熱系數(shù)比鍋爐鋼板小幾十倍到數(shù)百倍。當(dāng)鍋爐受熱面結(jié)有水垢時(shí)，傳熱情況變壞，使?fàn)t管從火焰、煙氣吸收的熱量不能很好地傳遞給水，從而使受熱面溫度升高，金屬?gòu)?qiáng)度下降，容易造成鍋爐爐管起鼓包、變形以至爆管。此外，爐管結(jié)垢后管內(nèi)流通截面積減小，水循環(huán)阻力增大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)破壞正常的鍋爐水循環(huán)和冷卻，造成爐管燒損。

2.2 浪費(fèi)燃料降低鍋爐出力

當(dāng)鍋爐結(jié)有水垢時(shí)，會(huì)使鍋爐受熱面的傳熱情況變壞，排煙溫度升高，由于水垢導(dǎo)熱系數(shù)很低，阻礙了傳熱，從而降低了鍋爐熱效率，增加燃料消耗或降低鍋爐出力。試驗(yàn)證明對(duì)于工作壓力為1.3兆帕的鍋爐，結(jié)成1mm厚的混合水垢，可浪費(fèi)燃料5%～8%。

2.3 增加鍋爐檢修量并危及安全

鍋爐受熱面結(jié)垢后，非常難以清除，需經(jīng)常清垢或酸洗鍋爐，而酸洗鍋爐很容易給鍋爐造成腐蝕，同時(shí)酸洗廢液的排放對(duì)環(huán)境造成污染，不僅損害了鍋爐壽命，而且需要大量的人力、物力進(jìn)行檢修，同時(shí)也威脅著人身安全，影響了安全生產(chǎn)。

3 防止工業(yè)鍋爐結(jié)垢的措施

3.1 鈉離子交換水處理

目前，根據(jù)天津市的水質(zhì)情況，絕大部分工業(yè)鍋爐可以采用鈉離子交換的水處理方法，使鍋爐給水軟化，防止鍋爐結(jié)生水垢。當(dāng)含有鈣鎂離子的原水，流經(jīng)離子交換器中的鈉離子樹脂層時(shí)，水中的鈣鎂等陽(yáng)離子被樹脂中的鈉離子所置換 ，從而將在鍋爐內(nèi)形成水垢的鈣、鎂鹽類，轉(zhuǎn)換為易溶性鈉鹽，而使水得到軟化。經(jīng)鈉離子交換樹脂軟化后的水質(zhì)，其硬度可以降低至0.030mmol/L以下，甚至可以完全消除，使水質(zhì)達(dá)到GB/T1576—2008《工業(yè)鍋爐水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》的要求。根據(jù)水源和鍋爐參數(shù)的不同，除了上述鈉離子交換以外，還可以采用陰陽(yáng)離子交換法和反滲透除鹽法等。

3.2 鍋內(nèi)加藥處理法

工業(yè)鍋爐水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（GB/T1576—2008）規(guī)定額定蒸發(fā)量≤4噸/小時(shí)，且額定蒸汽壓力＜1.3兆帕的蒸汽鍋爐，以及額定功率≤4.2兆瓦非管架式承壓的熱水鍋爐和常壓熱水鍋爐可以采用鍋內(nèi)加藥處理。鍋內(nèi)加藥水處理方法的實(shí)質(zhì)是針對(duì)產(chǎn)生水垢的原因和過(guò)程，向鍋內(nèi)投加適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)藥劑，使水中能夠形成水垢的物質(zhì)在鍋內(nèi)變成松散的非粘結(jié)性的、可流動(dòng)的水渣，沉降于鍋筒或聯(lián)箱的底部，通過(guò)排污排出鍋爐，達(dá)到防止或減緩水垢生長(zhǎng)或金屬腐蝕的目的。

4 鍋爐的腐蝕與防護(hù)

4.1 鍋爐腐蝕

金屬表面與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)作用而遭到破壞的現(xiàn)象成為腐蝕。鍋爐金屬的腐蝕嚴(yán)重威脅鍋爐的安全運(yùn)行，因此日益引起人們的重視。鍋爐的腐蝕包括化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。金屬在腐蝕過(guò)程中伴有電流產(chǎn)生的現(xiàn)象稱為電化學(xué)腐蝕。鍋爐的給水和鍋水都屬于電解質(zhì)溶液，因此，鍋爐腐蝕多是電化學(xué)腐蝕。對(duì)工業(yè)鍋爐腐蝕最嚴(yán)重的氧和二氧化碳是造成鍋爐電化學(xué)腐蝕的重要因素。

（1）氧對(duì)鍋爐的腐蝕。水中溶解氧氣是加速電化學(xué)腐蝕的重要因素。氧腐蝕在鍋爐中主要是起陰極去極化作用。氧氣是強(qiáng)烈的去極劑，能夠吸收陰極的電子。在含有氯離子的電解質(zhì)溶液中（鍋水），鐵原子失去2個(gè)電子，變成二價(jià)鐵離子，氯和水得到電子而變成氫氧根離子。二價(jià)鐵離子于氫氧根離子結(jié)合成氫氧化亞鐵。Fe(OH)2在水溶液中很不穩(wěn)定，容易與水中溶解氧發(fā)生進(jìn)一步反應(yīng)： 4Fe(OH)2+2H2O+O2→4Fe(OH)3↓

由于生成三價(jià)的氫氧化鐵沉淀，致使陽(yáng)極處溶液中的二價(jià)鐵濃度降低，起到了“去極化”的作用，從而加劇腐蝕，因此，水中溶解氧存在時(shí)，便會(huì)造成鍋爐設(shè)備及管道的氧腐蝕。正是由于上述因素，工業(yè)鍋爐水質(zhì)指標(biāo)對(duì)給水溶解氧含量做出明確規(guī)定。

（2）二氧化碳對(duì)鍋爐的腐蝕。鍋水中的二氧化碳主要來(lái)源于鍋爐的補(bǔ)給水，或鍋內(nèi)投加的碳酸鹽阻垢劑。根據(jù)天津市水質(zhì)特點(diǎn)，天然水中所含鹽類多以碳酸鹽為主。補(bǔ)給水中所含的重碳酸鹽在鍋水中會(huì)受熱分解，當(dāng)水中含有二氧化碳時(shí)，水的pH值便會(huì)下降，二氧化碳對(duì)鍋爐的腐蝕主要是析氫腐蝕，也就是酸腐蝕。同時(shí)又使鍋爐金屬產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，其反應(yīng)為：

反應(yīng)結(jié)果產(chǎn)生氫離子H+，而H+是陰極去極劑，因此加速了腐蝕。含有二氧化碳的鍋水能使金屬均勻腐蝕，并且隨著水溫的升高，腐蝕速度加快，能夠使金屬表面減薄，大量的腐蝕產(chǎn)物會(huì)帶入熱力系統(tǒng)，危害極大。

4.2 工業(yè)鍋爐的防腐措施

氧氣、二氧化碳對(duì)鍋爐的危害很大，鍋爐給水除氧、脫氣是防止鍋爐金屬腐蝕的根本措施。國(guó)家工業(yè)鍋爐水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，當(dāng)鍋爐蒸發(fā)量大于等于10t/h，熱水鍋爐額定功率大于等于7.0兆瓦的承壓熱水鍋爐，給水應(yīng)除氧。目前工業(yè)鍋爐所采用的除氧方法有熱力除氧、化學(xué)除氧、真空除氧、解析除氧、渦流脫氣除氧和海綿鐵除氧等。通過(guò)對(duì)天津市在用鍋爐水質(zhì)檢驗(yàn)20多年的經(jīng)驗(yàn)表明，對(duì)于蒸汽鍋爐應(yīng)用最廣泛、效果最好、最穩(wěn)定的還是熱力除氧。對(duì)于熱水鍋爐采用化學(xué)除氧效果最佳。

（1）熱力除氧。氧氣在水中的溶解度遵循亨利定律，根據(jù)氣體溶解度定律（亨利定律）任何氣體在水中的溶解度與該氣體在氣水界面上的分壓力有關(guān)，而與大氣壓力無(wú)關(guān)，氧的分壓力愈大，水中溶解氧的濃度就愈高，當(dāng)氧的分壓力等于零時(shí)，則水中的溶解氧也趨向于零，在大氣中把水加熱到沸騰時(shí)，水的飽和蒸汽壓力就等于氣水界面上混合氣體的總壓力，氧和其他氣體的分壓力均等于零。此時(shí)，氧氣和二氧化碳?xì)怏w等都從水中解析出來(lái)，即達(dá)到除氧（除氣）的目的。除氧器不僅能除氧，同時(shí)還能除掉二氧化碳和其他氣體，因此也可以稱之為除氣器。在實(shí)際操作中，保證除氧頭內(nèi)壓力為0.2兆帕，在此壓力下水的飽和溫度為102～106℃。便可確保給水的除氧效果合格。這種除氧器在除氣的同時(shí)不增加水中的含鹽量，所以廣泛應(yīng)用于蒸汽鍋爐上。目前，天津市大部分蒸汽鍋爐的除氧均采用此方式。

（2）化學(xué)除氧。所謂化學(xué)除氧，就是向鍋爐給水或熱水鍋的循環(huán)水中投加一定的化學(xué)藥劑。如亞硫酸鈉，使之與水中的溶解氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成無(wú)腐蝕性物質(zhì)，以達(dá)到除氧的目的。

亞硫酸鈉是較強(qiáng)的還原劑。反應(yīng)生成物無(wú)毒無(wú)害，所以它是一種傳統(tǒng)的化學(xué)除氧劑。在實(shí)際應(yīng)用中，通常把亞硫酸鈉配制成10%左右的溶液，通過(guò)加藥罐或加藥泵加入給水中，由于亞硫酸鈉能夠強(qiáng)烈吸收空氣中的氧氣，因此在藥液制備和貯存時(shí)，應(yīng)注意隔絕空氣。熱水鍋爐可以在循環(huán)泵入口和出口之間添加旁路，設(shè)置加藥罐，將配置好的亞硫酸鈉溶液加入加藥罐中，通過(guò)壓差直接將藥加入循環(huán)系統(tǒng)中，同時(shí)，可以適量加入氫氧化鈉，將熱水鍋爐循環(huán)系統(tǒng)循環(huán)水pH值調(diào)整為pH＝9～11，在金屬表面形成保護(hù)膜。

為了使水中溶解氧能夠比較徹底除掉，需維持一定的亞硫酸鈉過(guò)剩量，一般鍋水中保持亞硫酸根為10～50毫克/升。化學(xué)除氧設(shè)備簡(jiǎn)單，只需一個(gè)加藥罐或一臺(tái)加藥泵，便于維護(hù)方便調(diào)節(jié)，不額外消耗能源，降低了鍋爐運(yùn)行成本，節(jié)水節(jié)能效果顯著，減少污染物排放，符合當(dāng)前節(jié)能減排的形勢(shì)，在天津市熱水鍋爐中得到廣泛使用。

為了保證鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，一項(xiàng)重要措施就是對(duì)相關(guān)人員進(jìn)行培訓(xùn)。不斷地提高鍋爐水處理管理人員和水處理操作人員的技術(shù)水平，同時(shí)加強(qiáng)主管部門對(duì)鍋爐水處理工作的執(zhí)法檢查力度，降低因工業(yè)鍋爐結(jié)垢、腐蝕造成的事故。在今后的鍋爐水處理工作中積極探索科技創(chuàng)新的途徑，加大綠色環(huán)保藥劑的研發(fā)力度，擴(kuò)大藥劑使用范圍，降低鍋爐水處理能耗，減少?gòu)U液排放是今后工業(yè)鍋爐水處理工作的發(fā)展方向。

[1]中華人民共和國(guó).GB/T1576-2008.工業(yè)鍋爐水質(zhì)，2009.02-05.

[2]曹旭.論述不良水質(zhì)對(duì)鍋爐的危害及鍋爐水處理方法[J]工業(yè)，2016(08):12-13.

[3]張?jiān)?爐水處理中的問(wèn)題分析與措施探討方法[J]工業(yè)技術(shù)，2016，02：28-29.

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1671-0711（2017）06（下）-0153-02