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水垢

鍋爐是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活中廣泛使用的特種設(shè)備，是生產(chǎn)蒸氣或熱水的熱工設(shè)備之一，其傳能介質(zhì)原料是水。鍋爐用水水質(zhì)的好壞，對(duì)其安全運(yùn)行及能源消耗有很大的影響。當(dāng)鍋爐用水不合要求時(shí)，鍋爐受熱面就會(huì)結(jié)生水垢，因而不僅浪費(fèi)大量的燃料，還會(huì)危及鍋爐安全運(yùn)行。據(jù)有關(guān)資料介紹，目前全國(guó)有近40萬(wàn)余臺(tái)鍋爐，在每年的事故統(tǒng)計(jì)中，因水質(zhì)不良，水垢嚴(yán)重引起的事故超過事故總數(shù)的20%；由于結(jié)生水垢，每年要浪費(fèi)燃料達(dá)千萬(wàn)噸，并造成幾億元的經(jīng)濟(jì)損失。本文試圖對(duì)鍋爐水垢的危害及其預(yù)防作一介紹，以引起鍋爐使用單位的高度重視。

　　一、水垢的形成及性質(zhì)

　　水垢的形成是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過程，其原因有內(nèi)因和外因兩個(gè)方面。一是水中有鈣、鎂離子及其它重金屬離子存在，是水垢形成的根本原因也叫內(nèi)因；二是固態(tài)物質(zhì)從過飽和的爐水中沉淀析出并粘附在金屬受熱面上，是水垢形成的外因。當(dāng)含有鈣、鎂等鹽類雜質(zhì)的水進(jìn)入鍋爐后，吸收高溫?zé)煔鈧鹘o的熱量，鈣、鎂鹽類雜質(zhì)便會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成難溶物質(zhì)析出。隨著爐水的不斷蒸發(fā)逐漸濃縮，當(dāng)達(dá)到一定濃度時(shí)，析出物就會(huì)成為固體沉淀析出，附著在鍋筒、水冷壁管等受熱面的內(nèi)壁上，形成一層“膜”，阻礙熱量傳遞，這層“膜”稱之為水垢。

　　水垢的組成或成分是比較復(fù)雜的，通常都不是一種單一化合物，而是以一種化學(xué)成分為主，并同時(shí)含有其它化學(xué)成分。按其水垢的化學(xué)成分，一般可分為碳酸鹽水垢、硫酸鹽水垢、硅酸鹽水垢、氧化鐵水垢、含油水垢、混合水垢及泥垢等幾種。

　　水垢是一種導(dǎo)熱性能極差的物質(zhì)，僅為鍋爐鋼材的十分之一到數(shù)百分之一（鋼材的導(dǎo)熱系數(shù)為46．5～58．2w/m．k），是“百害之源”。在各種水垢中，硅酸鹽水垢最為堅(jiān)硬，導(dǎo)熱性能非常小，容易附著在鍋爐受熱面最強(qiáng)的蒸發(fā)面上，是危害最大的一種水垢。

       二、水垢對(duì)鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的危害

　　1、降低鍋爐熱效率，浪費(fèi)大量燃料。鍋爐結(jié)生水垢后，受熱面的傳熱性能變差，燃料燃燒時(shí)所

　　放出的熱量不能迅速傳遞給爐水，因而大量熱量被煙氣帶走，造成排煙溫度升高，增加排煙熱損失，使鍋爐熱效率降低。在這種情況下，要想保住鍋爐額定參數(shù)，就必須更多地向爐膛投加燃料，并加大鼓風(fēng)和引風(fēng)來強(qiáng)化燃燒。其結(jié)果是使大量未完全燃燒的物質(zhì)排出煙囪，無形中增加了燃料消耗。大家知道，鍋爐爐膛容積和爐排面積是一定的，無論投加多少燃料，燃料燃燒是受到限制的，因而鍋爐的熱效率也就不可能提高。鍋爐中水垢結(jié)生得越厚，熱效率就越低，燃料消耗就越大。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，當(dāng)結(jié)生水垢達(dá)1.5毫米時(shí)，就要多消耗6%的燃料；為5毫米時(shí)，燃料消耗就要達(dá)到15%；為8毫米時(shí)，燃料消耗量則增至34%。就我國(guó)目前40余萬(wàn)臺(tái)鍋爐來看，如果僅一部分鍋爐結(jié)有不同程度的水垢的話，所浪費(fèi)的燃料也是十分驚人的。

　　2、引起金屬過熱，強(qiáng)度降低，危及安全。鍋爐受熱面使用的鋼材，一般均為碳素鋼，在使用過程中，允許金屬壁溫在450℃以下。鍋爐在正常運(yùn)行時(shí)，金屬壁溫一般在280℃以下。當(dāng)鍋爐受熱面無垢時(shí)，金屬受熱后能很快將熱量傳遞給水，此時(shí)兩者的溫差約為30℃。但是，如果受熱面結(jié)生水垢，情況就不大一樣了。例如，當(dāng)工作壓力為1．25Mpa的鍋爐受熱面結(jié)有1毫米厚水垢時(shí)（混合水垢），金屬壁與爐水溫差就會(huì)達(dá)到200℃左右。也就是說此時(shí)金屬壁溫在鋼材允許溫度之內(nèi)。但當(dāng)水垢是3毫米時(shí)，金屬壁溫則上升到580℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了鋼材的允許溫度。因而，這時(shí)鋼材的抗拉強(qiáng)度就會(huì)由原來的3．92Mpa下降到0．98Mpa，鍋爐受壓元件就會(huì)在內(nèi)壓作用下發(fā)生過熱鼓皰、變形、泄漏，甚至爆炸。另外，金屬壁溫的升高會(huì)使金屬伸長(zhǎng)，如1米長(zhǎng)的爐管，每升高100℃，伸長(zhǎng)1.2毫米，這對(duì)于沒有伸縮余量的受熱面來說，就會(huì)引起爐管的龜裂。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明，金屬壁溫是隨著水垢厚度增加而增加的，水垢越厚，金屬壁溫就越高，因而事故發(fā)生的機(jī)率就越大。

　　3、破壞水循環(huán)。鍋爐水循環(huán)有自然水循環(huán)和強(qiáng)迫水循環(huán)兩種形式。前者是靠上升管和下降管的汽水比重不同產(chǎn)生的壓力差而進(jìn)行的水循環(huán)。后者主要是依靠水泵的機(jī)械動(dòng)力的作用而迫使循環(huán)的。無論是哪一種循環(huán)形式，都是經(jīng)過設(shè)計(jì)計(jì)算的，也就是說保證有足夠的流通截面積。當(dāng)爐管內(nèi)壁結(jié)生水垢后，會(huì)使得管內(nèi)流通截面積減少，流動(dòng)阻力增大，破壞了正常的水循環(huán)，使得向火面的金屬壁溫升高。當(dāng)管路安全被水垢堵死后，水循環(huán)則完全停止，金屬壁溫則更高，長(zhǎng)期下去就易因過燒發(fā)生爆管事故。水冷壁管是均勻布置在爐膛內(nèi)的，吸收的是輻射熱。在離聯(lián)箱400毫米左右的向火面高溫區(qū)，如果結(jié)生水垢，就最易發(fā)生鼓皰、泄漏、彎曲、爆破等事故。

　　4、增加檢修量，浪費(fèi)大量資金。鍋爐一旦結(jié)垢，就必須要清除，這樣才能保證鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。因此，清除水垢就必須要采用化學(xué)藥劑，如酸、堿等。水垢結(jié)生得越厚，消耗的藥劑就越多，投入的資金也就越多。例如，1T/H型鍋爐若平均結(jié)垢3毫米，除一次垢就需藥劑0.5噸，加上人工費(fèi)，就需資金2500元左右。按照鍋爐噸位的不同，噸位增加，所需藥劑就增加三分之一，資金也相應(yīng)增加。一般鍋筒內(nèi)結(jié)垢，消除略方便，但若管內(nèi)結(jié)垢，消除就相當(dāng)困難。不僅如此，若發(fā)生爆管事故，換上一節(jié)新管時(shí)，焊接很不方便。鍋筒鼓皰挖補(bǔ)時(shí)，要求高，時(shí)間長(zhǎng)，施工更為困難。一次大的鼓皰挖補(bǔ)修復(fù)，就要耗費(fèi)資金1至2萬(wàn)元左右。總之，無論是化學(xué)除垢還是購(gòu)買材料修理，都要花費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力。

　　5、縮短鍋爐使用壽命。一般鍋爐使用壽命，在正常使用條件下，能夠連續(xù)運(yùn)行20年左右。但為什么現(xiàn)在大部分使用單位的鍋爐沒有達(dá)到這一壽命呢？其原因是多方面的，其中之一就有水垢的影響。鍋筒發(fā)生鼓皰，挖補(bǔ)修復(fù)后，應(yīng)該對(duì)其適當(dāng)降壓使用，以確保安全。這樣一來，對(duì)于要求蒸汽壓力較高的單位來說，就不得不更換新的鍋爐。有些單位也會(huì)因蒸汽壓力過低而影響產(chǎn)品質(zhì)量，甚至出現(xiàn)次品，直接影響經(jīng)濟(jì)效益。有些鍋爐因鼓皰面積過大且變形嚴(yán)重而不得不作報(bào)廢處理；有的鍋爐雖然可以修復(fù)，但因修理費(fèi)用過高，無價(jià)值，也不得不報(bào)廢。當(dāng)酸洗方法不當(dāng)或酸洗頻繁也會(huì)影響鍋爐的使用壽命。另外，因?yàn)樗钢泻宣u素的離子，在高溫下對(duì)鐵有腐蝕作用，會(huì)使金屬內(nèi)壁變脆，并不斷地向金屬壁的深處發(fā)展，造成金屬的腐蝕，縮短鍋爐使用壽命。

       三、水垢的預(yù)防

　　要保證鍋爐不結(jié)垢或薄垢運(yùn)行，就要加強(qiáng)鍋爐給水處理，這是保證鍋爐安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。預(yù)防水垢生成，通常采用下列方法來預(yù)防：

　　1、鍋外水處理。這種方法適用于各種的鍋爐。目前鍋外水處理效果可靠的有石灰+純堿軟化法，是向已經(jīng)澄清的水中加入適量的生石灰和純堿達(dá)到軟化目的。石灰──純堿軟化法有冷法和熱法兩種。冷法是在室溫下進(jìn)行，使水中殘余硬度降至1．5～2毫克當(dāng)量/升。熱法是將水溫加熱到20～80℃，使水中殘余硬度降至0．3～0．4毫克當(dāng)量/升。因此，應(yīng)盡量采用熱法，以提高軟化效果。離子交換軟化法主要是依靠鈉離子交換器中的交換樹脂進(jìn)行軟化處理。由于交換樹脂吸附能力強(qiáng)，能將游離在水中的鈣、鎂離子吸附，從而使鍋爐給水硬度達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)。離子交換劑有無機(jī)和有機(jī)兩大類。無機(jī)交換樹脂只能進(jìn)行表面交換，軟化效果差，使用較少。而有機(jī)交換樹脂的特點(diǎn)是顆粒核心結(jié)構(gòu)疏松，交換反應(yīng)在顆粒表面和內(nèi)部同時(shí)可進(jìn)行，軟化效果好，故使用較多。

　　2、鍋內(nèi)水處理。此法主要是向爐水中加入化學(xué)藥品，與爐水中形成水垢的鈣、鎂鹽形成疏松的沉渣，然后用排污的方法將沉渣排出爐外，起到防止（或減少）鍋爐結(jié)垢的作用。爐內(nèi)加藥水處理一般用于小型低壓火管鍋爐。鍋內(nèi)水處理常用的藥品有：磷酸三鈉、碳酸鈉（純堿）、氫氧化鈉（火堿、也稱燒堿）及有機(jī)膠體（栲膠）等。加藥時(shí)，應(yīng)首先將各種藥品配制成溶液，然后再加入鍋爐內(nèi)。通常磷酸三鈉的溶液濃度為5～8%，碳酸鈉的溶液濃度不大于5%，氫氧化鈉的濃度不大于1～2%。加藥方法有定期和連續(xù)加藥兩種。定期加藥主要靠加藥罐進(jìn)行加藥；連續(xù)加藥則在給水設(shè)備前，將藥連續(xù)加入給水中。對(duì)于蒸汽鍋爐，最好采用連續(xù)加藥法，這樣可使?fàn)t內(nèi)保持藥液的均勻。凡采用鍋內(nèi)水處理的，應(yīng)加強(qiáng)鍋爐排污，使已形成的泥渣、泥垢等排出爐外，收到較好效果