浅谈锅炉水质的运行安全和节能减排

张晶晶

（杭州市特种设备检测院，浙江 杭州 310003）

水是锅炉系统的血液，锅炉中的水如果不经过处理，则会在锅炉内表面结成水垢并对锅炉产生腐蚀，不仅会造成大量的燃料浪费，还将威胁到锅炉的使用寿命及安全运行。因此，从水质的角度探讨加强锅炉安全运行以及节能减排措施非常必要。

1 水垢的形成

水是一种很好的溶剂，能够溶解多种杂质。按照粒径大小可以将水中的杂质分为溶解物、悬浮物及胶体三大类。水中富含Ca2+、Mg2+及其他的重金属离子等，这是形成水垢的根本原因。此外，水中很多的固态物质容易黏附在金属的受热表面上也容易形成水垢。当含有钙和镁的盐类杂质水进入到锅炉中时，受热发生化学反应，将生成一些难溶性的固体物质，这些物质附着在锅炉系统的水冷壁管及锅筒等受热面内表面上，即形成水垢阻碍了热量的传递。水垢往往不是单一的化合物，而是由许多化合物组成的混合物。水垢的化学成分虽然比较复杂，但往往以某种组分为主，因此可按水垢的化学组分分成钙镁水垢、硫酸盐水垢、碳酸盐水垢、硅酸盐水垢、氧化铁垢、混合水垢以及泥垢等。

2 水垢对锅炉运行安全性的影响

2.1 破坏锅炉系统水循环

锅炉系统水循环可以分为强迫水循环和自然水循环两种类型。强迫水循环主要是在水泵产生的机械动力作用下被迫循环，而自然水循环是通过上升管与下降管之间达到汽水比重差异导致的压差作用进行循环。在锅炉系统中，这两种水循环均经过精确计算及多次实验，能够确保系统中有充分的流通截面积。而当锅炉内壁结成水垢以后，管内的流通截面积减少，且流动阻力明显增加，这将破坏水循环，导致向火侧的金属壁无法被及时冷却而温度偏高。如果水垢将管路完全堵死，则水循环被阻断，金属壁的温度急剧升高，长此以往会由于过烧而导致爆管事故的发生。

2.2 导致金属过热

通常情况下锅炉受热面所使用的材料均为钢材，且多为碳素钢，金属壁的允许运行温度在450℃内，正常运行状态下锅炉金属壁的温度在280℃左右。在无垢状态下，金属面受热以后能够很快将热量传递给锅炉中的水，此时炉壁与水的温差在30℃左右。但如果锅炉面结成了水垢，金属面的热量传导性能将受到影响。对于工作压力等于1.25Mpa的锅炉，当其受热面结垢为1mm时，温差在200℃左右，此时金属壁的温度尚在允许温度范围内。而当水垢厚度在3mm左右时，金属壁的温度可达580℃，这远远超过了允许温度值。在超高温下，钢材所具有的抗拉强度值由4.0Mpa降低至1.0Mpa，内压将导致锅炉的受热原件发生变形、热鼓疱、泄漏乃至发生爆炸等。金属壁温度过高还会导致金属伸长，而受热面通常是没有伸缩余量的，这将引起炉管发生龟裂等问题。

3 水垢对锅炉运行经济性的影响

3.1 降低锅炉的导热效率，造成燃料浪费

当锅炉内表面生成水垢以后，受热面被水垢覆盖而导致传热性能降低。在这种情况下，燃料燃烧所释放的热量无法迅速地传递给锅炉水，大量的燃烧热量随着烟气排出造成热量损失，锅炉的热效率降低。据相关研究结果显示，锅炉中的水垢厚度达到1.5mm时，将多消耗约6%的燃料；而当水垢厚度达到5mm时，燃料损耗约为15%，由此可见，锅炉水垢将造成严重的燃料浪费，严重影响锅炉的节能减排。

3.2 导致锅炉的使用寿命降低，造成资金浪费

正常情况下，锅炉的使用寿命约为20年，但目前我国大部分的锅炉使用寿命均未达到这一范围，主要是受水垢及腐蚀的影响。当锅炉形成水垢时，容易导致锅炉筒发生鼓疱、水冷壁或者对流管束发生爆管等现象。为确保锅炉的使用安全，在对锅炉筒进行挖补修复以后，应根据实际情况适当地降压以后再投入使用，但对于一些对蒸汽压力要求较高的单位而言，只能更换新锅炉。部分鼓疱面积过大并变形较严重的锅炉也只得报废。另有部分锅炉虽然能够修复，但其修复费用较高，修理价值较低，也只得作废。此外，水垢中常含有较多的卤素的离子，高温作用下对铁具有腐蚀作用，导致金属内壁质变脆，且将向着金属内壁不断发展，造成金属深度腐蚀，从而缩短锅炉的使用寿命。修补、更换锅炉势必会造成大量能源及资金的浪费。

4 预防锅炉水垢的措施

为确保锅炉无垢或者薄垢运行，必须加强锅炉给水管理，这是确保锅炉系统安全运行、达到节能减排目的的关键。同时，还应预防水垢的生成，通常可采用如下方法处理：

4.1 锅炉外的水处理

离子交换剂法比较常用，目前水处理设备均采用离子交换树脂，它不仅能与水中的离子发生交换反应，并且在达到交换容量不能再交换后，可通过相反的交换反应使其再恢复交换能力。该方法具有较好的软化效果，基本适用于各种锅炉。另一种方法是石灰和纯碱软化法。就是向澄清的水中加入一定量的纯碱或者生石灰而实现软化水垢的目的。该法可以分为热法和冷法两种，冷法的操作温度为常温，以使水的残余硬度在每升1.5-2.0毫克当量左右；热法是水温在20-80℃左右时进行，控制水的残余硬度在每升0.3-0.4毫克当量左右。

4.2 锅炉内的水处理

该法是在炉水中加入一定量的化学药品，与水中的结垢物质反应生成结垢疏松的沉渣，并经过排污法排出锅炉系统，可有效防止或者减少锅炉结垢。该法适用于小型低压火管锅炉。常采用的药品有碳酸钠、磷酸三钠、氢氧化钠以及有机胶体等。采用该法时必须加强锅炉排污，以将形成的泥垢、泥渣等排出炉外，方可取得满意的效果。

4.3 物理清洗除垢

目前工业锅炉清洗中使用较多的是高压水力射流清洗技术和机械疏管等。高压水射流清洗是用高压泵打出高压水，通过管子流经喷嘴，将高压低流速的水转换为低压高流速的射流，从而使污垢脱落达到除垢的目的。而机械除垢则采用带有钢丝软带、电机等的电动洗管器或其他的专业清洁工具除垢。

4.4 化学清洗除垢

化学法除垢可分为酸洗法和碱洗法两种。碱洗法通过在锅炉中加入各种类或浓度的碱液，并在一定的压力下将其煮沸从而实现除垢的目的。酸洗除垢可将锅炉受热面上附着的水垢清除干净，但会与金属发生反应，会导致锅炉腐蚀或者穿孔，故对酸洗技术要求较高，进行锅炉酸洗除垢时，应由具有相应酸洗资质的单位进行。

结语

水质和锅炉设备管理是锅炉系统安全、经济运行的关键，相关单位领导应加强对两者的重视度，加强锅炉用水质量管理，预防和清除锅炉水垢，全面开展节能减排工作，才能促进锅炉系统安全、经济地运行。

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