淺談鍋爐水質的運行安全和節能減排

張晶晶

（杭州市特種設備檢測院，浙江 杭州 310003）

水是鍋爐系統的血液，鍋爐中的水如果不經過處理，則會在鍋爐內表面結成水垢并對鍋爐產生腐蝕，不僅會造成大量的燃料浪費，還將威脅到鍋爐的使用壽命及安全運行。因此，從水質的角度探討加強鍋爐安全運行以及節能減排措施非常必要。

1 水垢的形成

水是一種很好的溶劑，能夠溶解多種雜質。按照粒徑大小可以將水中的雜質分為溶解物、懸浮物及膠體三大類。水中富含Ca2+、Mg2+及其他的重金屬離子等，這是形成水垢的根本原因。此外，水中很多的固態物質容易黏附在金屬的受熱表面上也容易形成水垢。當含有鈣和鎂的鹽類雜質水進入到鍋爐中時，受熱發生化學反應，將生成一些難溶性的固體物質，這些物質附著在鍋爐系統的水冷壁管及鍋筒等受熱面內表面上，即形成水垢阻礙了熱量的傳遞。水垢往往不是單一的化合物，而是由許多化合物組成的混合物。水垢的化學成分雖然比較復雜，但往往以某種組分為主，因此可按水垢的化學組分分成鈣鎂水垢、硫酸鹽水垢、碳酸鹽水垢、硅酸鹽水垢、氧化鐵垢、混合水垢以及泥垢等。

2 水垢對鍋爐運行安全性的影響

2.1 破壞鍋爐系統水循環

鍋爐系統水循環可以分為強迫水循環和自然水循環兩種類型。強迫水循環主要是在水泵產生的機械動力作用下被迫循環，而自然水循環是通過上升管與下降管之間達到汽水比重差異導致的壓差作用進行循環。在鍋爐系統中，這兩種水循環均經過精確計算及多次實驗，能夠確保系統中有充分的流通截面積。而當鍋爐內壁結成水垢以后，管內的流通截面積減少，且流動阻力明顯增加，這將破壞水循環，導致向火側的金屬壁無法被及時冷卻而溫度偏高。如果水垢將管路完全堵死，則水循環被阻斷，金屬壁的溫度急劇升高，長此以往會由于過燒而導致爆管事故的發生。

2.2 導致金屬過熱

通常情況下鍋爐受熱面所使用的材料均為鋼材，且多為碳素鋼，金屬壁的允許運行溫度在450℃內，正常運行狀態下鍋爐金屬壁的溫度在280℃左右。在無垢狀態下，金屬面受熱以后能夠很快將熱量傳遞給鍋爐中的水，此時爐壁與水的溫差在30℃左右。但如果鍋爐面結成了水垢，金屬面的熱量傳導性能將受到影響。對于工作壓力等于1.25Mpa的鍋爐，當其受熱面結垢為1mm時，溫差在200℃左右，此時金屬壁的溫度尚在允許溫度范圍內。而當水垢厚度在3mm左右時，金屬壁的溫度可達580℃，這遠遠超過了允許溫度值。在超高溫下，鋼材所具有的抗拉強度值由4.0Mpa降低至1.0Mpa，內壓將導致鍋爐的受熱原件發生變形、熱鼓皰、泄漏乃至發生爆炸等。金屬壁溫度過高還會導致金屬伸長，而受熱面通常是沒有伸縮余量的，這將引起爐管發生龜裂等問題。

3 水垢對鍋爐運行經濟性的影響

3.1 降低鍋爐的導熱效率，造成燃料浪費

當鍋爐內表面生成水垢以后，受熱面被水垢覆蓋而導致傳熱性能降低。在這種情況下，燃料燃燒所釋放的熱量無法迅速地傳遞給鍋爐水，大量的燃燒熱量隨著煙氣排出造成熱量損失，鍋爐的熱效率降低。據相關研究結果顯示，鍋爐中的水垢厚度達到1.5mm時，將多消耗約6%的燃料；而當水垢厚度達到5mm時，燃料損耗約為15%，由此可見，鍋爐水垢將造成嚴重的燃料浪費，嚴重影響鍋爐的節能減排。

3.2 導致鍋爐的使用壽命降低，造成資金浪費

正常情況下，鍋爐的使用壽命約為20年，但目前我國大部分的鍋爐使用壽命均未達到這一范圍，主要是受水垢及腐蝕的影響。當鍋爐形成水垢時，容易導致鍋爐筒發生鼓皰、水冷壁或者對流管束發生爆管等現象。為確保鍋爐的使用安全，在對鍋爐筒進行挖補修復以后，應根據實際情況適當地降壓以后再投入使用，但對于一些對蒸汽壓力要求較高的單位而言，只能更換新鍋爐。部分鼓皰面積過大并變形較嚴重的鍋爐也只得報廢。另有部分鍋爐雖然能夠修復，但其修復費用較高，修理價值較低，也只得作廢。此外，水垢中常含有較多的鹵素的離子，高溫作用下對鐵具有腐蝕作用，導致金屬內壁質變脆，且將向著金屬內壁不斷發展，造成金屬深度腐蝕，從而縮短鍋爐的使用壽命。修補、更換鍋爐勢必會造成大量能源及資金的浪費。

4 預防鍋爐水垢的措施

為確保鍋爐無垢或者薄垢運行，必須加強鍋爐給水管理，這是確保鍋爐系統安全運行、達到節能減排目的的關鍵。同時，還應預防水垢的生成，通常可采用如下方法處理：

4.1 鍋爐外的水處理

離子交換劑法比較常用，目前水處理設備均采用離子交換樹脂，它不僅能與水中的離子發生交換反應，并且在達到交換容量不能再交換后，可通過相反的交換反應使其再恢復交換能力。該方法具有較好的軟化效果，基本適用于各種鍋爐。另一種方法是石灰和純堿軟化法。就是向澄清的水中加入一定量的純堿或者生石灰而實現軟化水垢的目的。該法可以分為熱法和冷法兩種，冷法的操作溫度為常溫，以使水的殘余硬度在每升1.5-2.0毫克當量左右；熱法是水溫在20-80℃左右時進行，控制水的殘余硬度在每升0.3-0.4毫克當量左右。

4.2 鍋爐內的水處理

該法是在爐水中加入一定量的化學藥品，與水中的結垢物質反應生成結垢疏松的沉渣，并經過排污法排出鍋爐系統，可有效防止或者減少鍋爐結垢。該法適用于小型低壓火管鍋爐。常采用的藥品有碳酸鈉、磷酸三鈉、氫氧化鈉以及有機膠體等。采用該法時必須加強鍋爐排污，以將形成的泥垢、泥渣等排出爐外，方可取得滿意的效果。

4.3 物理清洗除垢

目前工業鍋爐清洗中使用較多的是高壓水力射流清洗技術和機械疏管等。高壓水射流清洗是用高壓泵打出高壓水，通過管子流經噴嘴，將高壓低流速的水轉換為低壓高流速的射流，從而使污垢脫落達到除垢的目的。而機械除垢則采用帶有鋼絲軟帶、電機等的電動洗管器或其他的專業清潔工具除垢。

4.4 化學清洗除垢

化學法除垢可分為酸洗法和堿洗法兩種。堿洗法通過在鍋爐中加入各種類或濃度的堿液，并在一定的壓力下將其煮沸從而實現除垢的目的。酸洗除垢可將鍋爐受熱面上附著的水垢清除干凈，但會與金屬發生反應，會導致鍋爐腐蝕或者穿孔，故對酸洗技術要求較高，進行鍋爐酸洗除垢時，應由具有相應酸洗資質的單位進行。

結語

水質和鍋爐設備管理是鍋爐系統安全、經濟運行的關鍵，相關單位領導應加強對兩者的重視度，加強鍋爐用水質量管理，預防和清除鍋爐水垢，全面開展節能減排工作，才能促進鍋爐系統安全、經濟地運行。

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