锅内加药水处理技术浅析及防垢措施

郑鸿秋

福建省锅炉压力容器检验研究院莆田分院，福建 莆田 351100

0 引言

笔者通过长期从事锅炉定期检验中总结：锅炉因水垢引起变形、开裂等事故案例占60%以上，给企业生产和人民的生活带来严重影响，经济上也会造成很大的损失。所以要保证锅炉设备安全、经济运行，首先要做好锅炉水质处理工作。

1 锅炉产生水垢的原因

锅炉是一种承压的能量转换设备，锅水在锅炉运行中发生受热、蒸发、浓缩、结晶及物质间等一系列的物理和化学变化，为水中的杂质进行化学反应提供有利的条件。当这些杂质在锅水中达到饱和时，便有沉淀物质析出。所析出的沉淀物质，如果悬浮在锅水中，就称为水渣。如果沉积在受热面上，就称为水垢。

2 锅炉水垢的分布规律

锅炉水垢一般分布在各受热面上，非受热面结生的水垢一般为二次水垢；给水管附近结生的水垢一般以碳酸盐水垢为主；水冷壁管内一般以生成硅酸盐水垢或硫酸盐的混合水垢为主；联箱内一般为二次水垢；锅筒底部堆积的水垢一般以烟管脱落的垢片；当更换水源、改变水处理方式，可能发生大量水垢的脱落。热负荷低、水循环缓慢的部位如锅筒、下联箱等由于水渣沉积而形成二次垢；光滑的或有保护层的内表面使水垢不易生长，粗糙的表面或有老垢的表面更易生水垢；热负荷低、蒸发强度小的部位（省煤器、下降管、快装炉的给水管或后管板低温侧）容易发生HCO3-的分解产生结晶形态的碳酸钙水垢；热负荷高、蒸发强度大的部位（水冷壁、对流管等）因发生剧烈的蒸发浓缩，某些难溶物质容易达到溶度积，在受热面上形成坚硬致密的硫酸盐、硅酸盐水垢；在锅水沸腾、碱度、pH值较高的条件下，如产生碳酸盐水垢也是以水渣的形式存在。

3 锅炉水垢的危害

锅炉水垢的生成会极大的影响锅炉的导热能力，增加锅炉的煤耗量，降低受热面金属的强度，降低锅炉的效率，影响锅炉的水循环，缩短锅炉的使用寿命，增加燃料对大气的污染。在锅炉的运行当中应当设法使锅水中生成的沉淀物质是黏附性差而流动性好的水渣，而不是坚硬的水垢。为此就必须进行锅内的加药水处理。

4 锅内的加药水处理

锅内的加药水处理是向锅炉给水或锅水中投加适当的药剂（称为防垢剂），与锅水中Ca2+，Mg2+或SiO2等容易结垢的物质发生物理或化学作用形成松散的水渣，通过排污排出锅炉外，或使结垢离子成为溶解状态存在于炉水中，以达到防止或减轻锅炉结垢的目的。炉内水处理因其设备简单，操作方便，维护容易，运行费用低，对原水水质适用范围较大。根据国标GB/T1576-2008《工业锅炉水质》标准规定，使用锅内加药处理的锅炉，应符合下列条件。额定蒸发量≤4t/h，而且额定蒸汽压力≤1.3MPa的蒸汽锅炉和汽水两用锅炉。但必须对锅炉结垢、腐蚀和水质加强监督，认真做好加药、排污和清洗工作，其水质应符合表1的规定。

表1

5 锅内加药作用

锅内加药的化学物理作用的实质是，针对水垢形成的原理和过程，通过向锅内加入药剂，有效地控制锅水中的离子平衡，抑制晶体沉淀物的生长与黏结，使之形成流动性的水渣而排除，从而防止或减缓水垢的形成，同时获得一定的防腐效果。根据这种原理及过程，为使沉淀物不形成水垢，而形成水渣需采取以下手段：

1）创造使水垢变成水渣的条件。例如碳酸盐在锅水pH值较低时，容易沉积在受热面上，形成水垢。当控制锅水的pH值在10～12的范围内，碳酸钙沉淀在碱剂的分散作用下，成悬浮在锅水中的形成水渣；

2）向锅水中引入形成水渣的结晶核心。投加表面活性较强的物；破坏某些盐类的过饱和状态；以及吸附水中开成的胶体或微小的悬浮物；

3）投加高分子聚合物，使其在锅内与Ca2+、Mg2+等离子发生络合或螯合反应，减少锅水中的Ca2+、Mg2+离子的浓度，使它们难以达到溶度积，延缓沉淀物的生成。例如腐植酸钠和聚合磷酸盐处理，就起到了这种作用；

4）创造锅炉受热面的清洁条件，阻碍水垢结晶萌芽的形成。例如新安装的锅炉进行煮炉，长期停用的锅炉在运行前进行化学清洗，就能起到这种作用；

5）使沉淀析出的固体微粒表面与受热金属表面具有相同的电荷，或使受热金属表面形成电中性绝缘层，从而破坏它们之间的静电作用。例如拷胶和腐植酸钠等有机药剂就是起到这种作用；

6）有效地控制结晶的离子平衡，使锅水中易结垢离子向着生成水渣的方向移动。通常使用的纯碱处理和磷酸盐处理即属此例；

7）创造有利于循环和加速水循环的条件，以破坏水垢晶体的沉淀过程，例如在锅炉设计及安装水平管段和角度较小的管段时，防止出现水循环不良的死角。

6 锅内加药品常用药剂

1）防垢剂（软化剂）：主要是用来消除水中的硬度，其中的碱性药剂是使它变成为水渣；也有的属于能改变水渣的性质，使其不易黏附在受热面成为水垢的药剂。

（1）碱性药剂：主要有火碱（NaOH）、纯碱（Na2CO3）和磷酸盐-磷酸三钠（Na3PO4）、六偏磷酸钠（NaPO3）6、五聚磷酸钠（Na7P5O16）等；

（2）有机胶体：主要有栲胶、腐植酸钠等；

（3）水质稳定剂：主要有有机盐和有机羧酸盐。

2）降碱剂：主要用降低给水或锅水中的碱度，以防止汽水共腾和苛性脆化，主要有磷酸、磷酸二氢钠、草酸、硫酸铵等。

3）缓蚀剂：主要防止锅炉金属（水侧）的腐蚀，主要有亚硫酸钠、亚肖酸钠等。

4）消沫剂：主要用来防止浓度过高而发生的起沫或汽水共腾，可以提高蒸汽质量，主要有酰胺类消沫剂和聚醚脂类消沫剂等。

5）防油垢剂：主要是吸附水中的油脂，以防止难以清除的含油水垢的生成，有活性炭、胶体、石墨、木炭粉等。

7 锅内加药水处理的方法

1）碱性药剂处理法：这是目前普遍应用的方法。这种方法如果使用得当，均能起到良好的防垢效果。使用较多的处理方法能：天然碱处理、纯碱处理、磷酸盐处理、复合防垢剂处理；

2）有机防垢处理法：近年来石油、化工、电力等到部门相继采用了大分子有机物为“水质稳定剂”。对工业锅炉冷却水系统进行防垢处理。结果证明，在加药很少的情况下，取得了较好的防垢效果，所以，称此类药剂为有机防垢剂，目前看来，这是一种很有发展前途的工业锅炉防垢剂；

3）石墨处理法：就是将一定量的石墨粉用水调成后，通过加药装置注入锅炉中，增加结晶的晶核；

4）复合防垢剂处理法：是根据各种防垢剂的不同作用，将两种以上的防垢剂，按照一定的比例复合配制，以发挥更好的一种防垢剂。通常有：纯碱—磷酸盐复合防垢剂、磷酸盐—烧碱复合防垢剂、纯碱—栲胶复合防垢剂、纯碱—腐植酸钠复合防垢剂、四钠复合防垢剂（碳酸钠、磷酸钠、氢氧化钠、腐植酸钠）、三钠一胶复合防垢剂（碳酸钠、磷酸钠、氢氧化钠、栲胶）；

5）电磁水处理法：这类方法已经投放市场的装置有：高频水改器和磁水器。但从各地调查情况来看，绝大多数使用单位的防垢效果均不理想。

8 锅内加药处理应注意的问题

1）空炉上水一定要加药，保证水达标；

2）尽可能减少锅水指标的较大波动（加药间隔不能太长）；

3）药品必须溶解后才能加入锅内，先排污后加药；

4）如有老垢加药后必须用时（一个月）停炉，打开所有孔盖进行人工清理；

5）加药后必须加强排污，直到停炉检查无大量垢片脱落和堆积，才可恢复正常；

6）定期排污应在高水位、低负荷下进行；

7）随时观察锅水情况，了解加药效果，锅水清则效果差，锅水混则效果好。

9 结论

锅炉的使用单位应根据设备条件、对蒸汽品质的要求及水处理材料的来源等不同情况，本着因炉、因水、因地制宜的原则，合理选择水处理方法。在锅炉运行过程中，因水质不良出现的问题，并不象锅炉某些构件出现问题那样，立即明显的暴露出来，水质不良对锅炉的危害是一个累积的过程，需经过一定时间才能发现，这时其结果已经无法挽回。因此对锅炉加强锅水处理的管理，保证锅炉的水质符合标准，使锅炉无垢、薄垢无腐蚀的情况下运行，以达到锅炉安全经济运行和处长寿命、节约能源、保护环境的目的。

[1]郝景泰，于萍，周英.工业锅炉水处理技术[M].北京：气象出版社，2000，4.