淺析低壓鍋爐除垢技術

王 穎, 王成龍, 張博宇, 孔令東, 王士強, 張洪濤

（內蒙古金陶股份有限公司,赤峰 內蒙古 024327）

金陶公司共有鍋爐6臺,均為低壓鍋爐,主要負責礦區及家屬區供暖工作,目前正常運行3臺,其他3臺處于停爐保養階段。鍋爐給水主要采用離子交換法,將硬度水軟化后進入鍋爐。在處理水的過程中由于操作水平不一,容易造成鍋爐在給水方面導致水質不純的問題,進而導致鍋爐出現銹蝕、結垢等。鍋爐水垢的成因復雜多樣,水垢的存在不僅損壞受熱面、浪費燃料且降低鍋爐出力、增加運行成本,甚至還會導致鍋爐爐管過熱,破壞正常鍋爐水循環,使爐管鼓包,甚至爆管,影響生產和安全［1］。除垢是解決此問題的最好方式。

1 水垢成因

水垢的生成原因主要是：含有一定硬度的給水進入鍋爐以后,結合鍋爐水中的雜質,在爐內經過不間斷蒸發與濃縮,當達到過飽和狀態時,以固態形式在鍋爐水側的金屬表面析出沉淀物［2］。

1.1 初生水垢的結生

初生水垢又稱為原生水垢,是指生成水垢的鹽類,直接在鍋爐蒸發面上析出的物質。其成因主要分為以下幾種類型：

1.1.1 受熱分解

含有暫時硬度的水進入鍋爐后,在受熱以后,水中的鈣、鎂鹽類受熱分解,導致其從溶于水轉變為難溶于水的狀態,并附著于鍋爐金屬表面,結為水垢［3］。如,碳酸鹽受熱分解,見式（1）～式（3）。

1.1.2 溶解度降低

結垢物質如硫酸鈣、硅酸鈣等,屬于具有負溶解度系數的物質,伴隨溫度的提高,其溶解度下降,容易在蒸發面上溫度最高的部位堆積為水垢。而具有正常溶解度系數的物質,會隨溫度的提高,溶解度增大,如,CaCO3等,容易在溫度較低的部位結生為疏松的碳酸鹽水垢［3］。

1.1.3 相互反應

其他鹽、堿類物質和給水中原來溶解度較大的鹽類反應后,生成了難溶于水的化合物,產生水垢,見式（4）～式（9）。

1.1.4 水的蒸發、濃縮

由于鍋爐加熱,使得鍋爐內的水不斷濃縮與蒸發,致使鍋爐內水的溶解鹽含量不斷增加,當溶解鹽濃度達到過飽和程度時,其在蒸發面上析出,產生水垢。如式（10）。

另外,鍋爐內的水在受熱持續蒸發時,在蒸發面上產生持續不斷的蒸汽泡,所以,在蒸發面附近濃縮和過飽和程度最大,導致水垢沉積也最多。當鍋爐蒸發面形成蒸汽泡時,在蒸發面氣泡下部形成局部蒸干的鹽類就析出在蒸發面上,當氣泡增大脫離蒸發面時,鍋爐蒸發面上重新潤濕未飽和的鹽類在爐內蒸汽的作用下又溶解于水中,而飽和的鹽類就生成了水垢［4］。

1.1.5 金屬表面的離子化

由于金屬離子化的原因,在潔凈的鍋爐蒸發面上鍋爐金屬表面帶負電荷,而大多數結垢的物質常帶正電荷,根據靜電吸引作用,金屬表面結合結垢物質形成水垢［5］。

1.2 再生水垢的結生過程

再生水垢又稱派生水垢,是指鍋爐內生成水垢的鹽類,在變成泥垢以后,又重新粘在蒸發面上的產物［5］。

1.2.1 泥垢轉化

當 鍋 爐 內 水 渣 過 多 時,如,Mg（OH）2、Mg3（PO4）2等泥垢物質性質很黏,如不及時排污,在蒸發面上粘附后很容易轉化成水垢。

1.2.2 相互反應

在高溫等條件下,鍋爐蒸發面上已形成的泥垢和水垢之間,或泥垢與金屬腐蝕物之間進行局部反應,導致泥垢轉化為水垢,如式（11）。

1.2.3 鍋爐運行狀況

在鍋爐蒸發量較大、循環性能好的情況下,鍋爐水中的泥垢呈懸浮狀態,就難以轉化為水垢。如果鍋爐蒸發量小且循環性能較差,泥垢沉積在蒸發面上,就容易變成水垢［6］。

2 現行主要除垢技術

物理除垢和化學除垢作為現行主要除垢技術,其中應用比較廣泛的是化學除垢,而化學除垢又主要分為：堿洗除垢、酸洗除垢和運行除垢。

2.1 物理除垢

傳統的物理除垢,大多是用專業的清洗工具,例如,帶電機、鋼絲軟帶的電動洗管器、手錘、高壓水槍等人工機械除垢,雖然方法簡單,但易損壞金屬表面,一般應用于結垢較輕的鍋爐。近年,一種新興的物理除垢方法為強磁磁化除垢法。主要原理是,鍋爐水流經磁化水處理器時被其產生的磁場磁化,進而達到防垢、防腐的目的。強磁磁化除垢的設備結構簡單,運行費用較低,綠色環保,但也存在一定弊端,對取暖系統的回水速度及產生水垢的鈣、鎂離子比例要求比較高。

2.2 化學除垢

2.2.1 堿洗除垢

堿洗除垢的原理,是在特定的堿性環境中（pH＝10～12）,在一定溫度下使堿液循環進行。通常都是用氫氧化鈉和碳酸鈉或磷酸三鈉配制成的高強度堿液來軟化、松動、乳化及分散沉積物。與此同時,還會添加表面活性劑增加清洗效果。堿洗主要清洗的是硫酸鹽為主的水垢、鐵銹、油污等,是比較安全的除垢方法之一。

2.2.2 酸洗除垢

酸洗除垢主要是利用酸溶解水垢,進而清除水垢的方式,但必須在鍋爐停爐后進行。酸洗分為浸泡清洗和循環清洗。其主要原理是：首先,利用酸溶解水垢中的鈣、鎂碳酸鹽,使其生成易溶于水的鹽類及二氧化碳等氣體,氣體的產生起攪拌作用,加速水垢松動脫落；其次,酸能溶解金屬表面的氧化物,阻斷了金屬與水垢的結合路徑,使其脫落；一般酸洗時鹽酸的酸洗液溫度不超過60℃,體積分數以4%～10%為宜,氫氟酸或氟化物體積分數一般控制在1%～2%。硫酸除垢特別注意的是必須加入合適的緩蝕劑,防止強酸把鍋爐本體腐蝕,所選用的緩蝕劑的緩蝕效率一般要大于96%［7］。酸洗后的鍋爐金屬表面活性變大,極易與氧氣發生反應,生成各種金屬氧化物,產生浮銹。針對此現象,應加漂洗劑清洗浮銹,常見的漂洗劑有磷酸和檸檬酸。漂洗時,一般采用0.1%～0.3%檸檬酸,添加0.1%的緩蝕劑,加氨水調整pH值為3.5～4.0,溫度維持在75℃～90℃,循環2h左右,完成漂洗［8］。漂洗后還要加入鈍化劑,形成鈍化保護膜,提高鍋爐表面的抗腐蝕能力,延長使用壽命。酸洗除垢工藝簡單,操作方便,應用范圍廣,效果好,成本低,但對鍋爐本體腐蝕性較強,安全性略差,且對環境有一定的污染。

2.2.3 運行除垢

運行除垢是在鍋爐運行狀態下,向鍋爐水中加入專用化學藥劑使水垢脫落的除垢技術［8］。運行除垢對除垢藥劑有如下要求：1）熱穩定性好,加熱后不易分解；2）對爐管金屬無腐蝕或腐蝕性極小；3）不影響鍋爐安全運行。運行除垢主要采用專用有機藥劑,常用的藥劑有有機膦酸鹽、聚羧酸類陰離子型聚合物、螯合劑和一些共聚物等。一般情況下,不單一使用某一種藥劑,而是多種藥劑混合作用,從而達到更好的效果。藥劑的用量和使用周期是根據鍋爐的大小、水垢的成分等諸多因素決定。運行除垢的優點是不需要停爐,只需定期、連續排污,操作簡單,節約時間,缺點為價格略高。

3 結語

隨著科技的迅猛發展,各種新型除垢方法應運而生。運行除垢技術作為新興除垢技術,不但操作簡單,而且無腐蝕,無污染,在除垢領域已經取得一定成績。但是,由于其較高的成本,限制了其使用的范圍。目前,就公司的低壓蒸汽鍋爐而言比較常用的還是酸洗除垢技術。

參考文獻：

［1］ 林兆安,姜曉東.淺談工業鍋爐能耗問題及其節能方式［J］.廣東科技,2011,20（16）：131－132.

［2］ 彭鋼.淺談水垢對鍋爐壁的影響［J］.科技與企業,2011（9）：102.

［3］ 高永新.2001司爐讀本（第四版）［J］.遼寧：中國勞動社會保障出版社,2001.

［4］ 孔繁社.在鍋爐安裝中煮爐問題的分析與探討［J］.山東煤炭科技,2011（2）：190－191.

［5］ 蔡敏.淺談鍋爐水垢的形成及危害［J］.安全與健康月刊,2008（9）：37－38.

［6］ 何軍.試析鍋爐水垢形成及其危害［J］.科學與財富,2012（4）：393.

［7］ 李茂東,杜玉輝,趙軍明.工業鍋爐除垢技術現狀與展望［J］.清洗世界,2006,22（11）：33－36.

［8］ 李長海,張瑞祥,張希軻.新建機組余熱鍋爐的化學清洗［J］.清洗世界,2011,27（10）：14－17.