浅析锅炉水处理的必要性及相关处理措施

摘要：水是锅炉产生蒸汽的来源，水汽循环对锅炉的安全运行具有十分重要的意义。如果锅炉水处理工作做得不好，就可能会使锅炉出现结垢、腐蚀、积盐和汽水共腾等事故，危害锅炉的安全运行。文章首先从锅炉水垢、水渣和腐蚀等现象形成的机理及危害进行分析，然后从锅炉用水处理和水汽监督等方面分别提出了相应的处理措施建议。

关键词：锅炉；水处理；水汽监督；水汽循环；水垢；水渣 文献标识码：A

中图分类号：TK223 文章编号：1009-2374（2016）08-0066-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.08.035

随着工业生产的不断进步，锅炉已进入各个行业，为其提供热能、动力，促进了经济发展和社会进步。但在锅炉使用中因水质处理不当、水质管理不当或认识不足造成锅炉的损坏及事故时有发生。2011年，宜宾市共有三台锅炉因水处理工作不到位，造成锅炉损坏，幸经及时发现，没有发生安全事故。其中两台2吨的锅炉均因锅炉给水处理不到位（一台水处理设备能力达不到要求未及时更换，另一台则无水处理人员），给水硬度超标，造成锅炉内水垢厚达10余毫米，而使锅筒过烧鼓包。另一台新安装的0.3吨的立式燃气锅炉，安装验收后未使用相应水处理设备，不到三个月因锅炉积垢严重，炉胆被烧坏而不得不更换。2013年某酒厂车间一台4t/h卧式燃气锅炉及2015年另一家酒厂一台1t/h卧式燃气锅炉均投运一年左右出现烟管及炉胆大面积的局部溃疡性腐蚀，严重部分出现烟管及炉胆腐蚀穿孔。2014年某木模板厂锅炉因锅炉结垢严重，煮炉除垢后未清炉，造成锅筒底部垢渣堆积，煮炉投用一个月后锅炉因过烧烧坏。从这几年宜宾市锅炉出现的事故情况来看，均与锅炉水质管理工作有关。因此，要想保障锅炉安全稳定运行，必须做好水处理工作。

1 锅炉水处理的必要性

水汽循环对锅炉安全运行具有十分重要的意义。水是锅炉产生蒸汽的来源。锅炉的水汽循环是通过水汽系统连接回路实现的，如果锅炉给水水质不好，造成水汽系统回路变窄或堵塞，将会增加沿程阻力或影响正常回路，从而破坏锅炉水循环。如果锅炉给水中含有杂质，就会使锅炉出现结垢、腐蚀、积盐和汽水共腾等事故而危害锅炉安全运行，从而降低锅炉的传热效果和设备强度，造成锅炉热效率低下，浪费燃料，缩短锅炉使用寿命，严重时甚至会引起锅炉爆炸事故。另外，锅炉金属的受热是在高温状态下工作，如果没有连续不断的水汽混合物冷却，则管壁温度会快速升高，当温度超过了管壁金属的耐热极限时，管壁就有可能发生鼓包和蠕变，严重的甚至造成爆管。

1.1 水垢和水渣的形成及危害

锅炉给水中溶解的钙、镁等重碳酸盐类在高温分解下转化成碳酸盐垢以及其他可溶解的钙、镁盐，随锅炉水温的升高，溶解度降低析出，和其他腐蚀固体产物一起黏附在锅炉高温受热面上，就形成了水垢。如果这些锅炉中析出的固体物质不黏附在锅炉各部件内壁上，而是以一种松软物质形式悬浮在锅水中或沉积在锅炉水流缓慢部位处，就形成水渣。水渣黏附在受热面上，经高温烘焙后可转化为水垢。当锅炉内结有水垢和水渣时将会造成水汽循环破坏，锅炉出力（工作压力和蒸发量）下降，使受热面过烧损坏，严重影响蒸汽品质。这是因为受热管道结垢后，管道流通截面变小，流动阻力增加，严重的还会堵死汽水管道，这就会影响锅炉内水汽循环的正常流动，造成水汽循环破坏。人们称水垢为锅炉的“百害之源”，关键是水垢的导热性极差。锅炉钢板的导热系数约为40～50千卡/米·小时·℃，而水垢的导热系数要比锅炉钢板小数十倍到数百倍。这样就会造成锅炉出力下降。如果锅炉结有水垢，又要保持一定的出力，这样只有增加火侧的温度才行，水垢越厚，导热系数越差，锅炉火侧的温度就越高。根据相关试验数据，对于工作压力为1.4MPa的锅炉，火侧温度在900℃～1200℃之间，水侧的温度为197℃，没有结水垢时的钢板温度只有215℃～250℃。而同样的锅炉，当锅板结有0.8～1.0毫米水垢后，锅板温度比无垢时提高了134℃～160℃。20#锅板达到315℃时，金属的各种塑性指标开始下降，当达到450℃时，金属就会因过热而蠕动变形。因此如果水处理做得不好，锅炉产生水垢，会造成锅炉钢板温度过高，超过规定值时，钢板将会被烧坏。而当锅水中的水渣过多时，将会使汽包水汽分界面堆积大量泡沫，使锅炉内产生汽水共腾现象，使饱和蒸汽大量带水，从而污染蒸汽质量，影响蒸汽品质。

1.2 腐蚀的形成及危害

众所周知，裸露的钢铁在与水接触的情况下极易生锈腐蚀。同理，锅炉的金属经常与水接触，并且温度更高，就会更容易发生腐蚀。金属腐蚀的本质是金属原子失去电子被氧化的过程。金属腐蚀一般可分为化学腐蚀与电化学腐蚀。金属直接与介质发生氧化或还原反应而引起的腐蚀损坏，称为化学腐蚀。金属的氧化和氧化剂的还原是同时发生的，电子从金属原子直接转移到接受体。在化学腐蚀过程中不产生电流，而单纯起化学作用。金属与电解液相接触时，有电流出现的腐蚀损坏过程，称为电化学腐蚀。电化学腐蚀是最常见的腐蚀，它是以各种金属具有不同的电极电位为依据的。锅炉运行情况复杂，在锅炉内基本上都同时存在化学腐蚀和电化学腐蚀情况。锅炉内常见腐蚀机理为：

阳极：Fe→Fe2++2e

阴极：O2+2H2O+4e→4OH-（中性环境）

2H++2e→H2（酸性环境）

锅炉的金属表面在中性环境中发生电化学腐蚀，Fe2+和OH-将生成Fe（OH）2，在氧气的作用下继续被氧化成没有保护性能的Fe（OH）3，从而加速铁的腐蚀；酸性环境中产生的氢有可能扩散到金属内，致使碳钢脱碳，破坏金相组织，导致钢铁的氢脆现象。电化学腐蚀通常发生在沉积物下，由于氧浓差电池的形成，使得腐蚀速度加快。一旦生成凹坑，由于处于酸性环境，使得腐蚀加剧，凹坑会越来越深。通常情况下，锅炉的炉水pH值大于7，炉水处于碱性条件下，酸性环境较小。但也有特殊情况的发生，如前文中所提到的某酒厂车间与另一家酒厂出现的锅炉腐蚀就是在酸性环境下造成的。因为这两家酒厂产酒发酵，生产环境中滋生很多微生物，锅炉供水中的微生物含量较高，微生物在炉水中热分解为有机酸（主要是乙酸，其次是甲酸），使得炉水中H+含量大增，从而使pH值下降，形成酸性环境，所以使得锅炉金属受热面发生电化学腐蚀及酸性化学腐蚀，锅炉很快被腐蚀穿孔。

在一般运行条件下，炉水的pH值在10～12之间，不会发生腐蚀。但当锅水的pH值大于13时，或沉积盐分与水反应生成碱（如NaOH），则在沉积物下生成高浓度的OH-，Fe（OH）3会转化成FeO22-，造成苛性脆化，严重时甚至会引起锅炉爆炸。一旦锅炉结垢，其垢下发生的腐蚀会更快。这是因为当金属表面有水垢时，由于它们的导热性差，水垢下面的管壁温度就会升高，渗到水垢下面的炉水就会急剧浓缩，而且不能和炉管中的炉水混合，结果水垢下的炉水中各种杂质的浓度变得很高，就可能使酸性或碱性变得更极端，从而加快腐蚀。因此严重的腐蚀会使金属内部结构破坏、穿孔、强度显著降低而爆管，缩短锅炉的使用寿命，增加维修成本。

2 锅炉水处理具体工作内容

根据上文所述，为了防止和减缓锅炉结垢、腐蚀，保证蒸汽质量良好，必须采取有效措施对锅炉水处理及水汽进行监督管理，使工业锅炉运行时的水质标准达到《工业锅炉水质》（GB/T1576-2008）要求。其具体工作主要为锅炉用水处理和水汽监督。

2.1 锅炉用水处理

锅炉用水处理即是对进入锅炉之前的水，即锅炉给水中的悬浮物、胶体物、有机物、各种溶解的盐类和气体进行处理，并对锅内水质进行调整，使锅炉给水和锅水的品质符合标准的过程。锅炉用水处理分为锅外水处理和锅内加药处理。

锅内加药处理法是通过向锅炉给水加一定数量的软水剂也称除垢剂或阻垢剂，使锅炉给水中的结垢物质转变成水渣，然后通过排污将其从锅内排出，从而达到减缓水垢结成的目的。这种水处理的好处是投资小、成本低。但是使用该方法必须要注意以下四点：（1）必须对症下药：即一定要做到什么样的水质，选择什么样的药剂；（2）必须量水投药：按上水的数量和质量，投加一定数量的药剂，切不可多投或少投；（3）必须科学排污：一定要按照化验结果进行科学的排污；（4）必须严格监督：一定要严格地监督锅水的品质，以指导加药和排污作业。锅炉进水加药处理时限制给水总硬度小于或等于4.0毫摩尔/升，额定蒸发量小于或等于4t/h，并且额定蒸汽压力小于或等于1.3MPa。这要求锅炉需定期清洗，保证热强度最大的受热面上每年可结水垢厚度不超过0.5毫米。

锅外水处理是采用水处理设备对锅炉给水进行处理，保证锅炉补给水符合标准要求。由于水源、水质和炉型的不同，锅炉水处理需要根据锅水的不同因地制宜地选择适当的水处理设备和系统。采用软化水装置供水（一般采用离子交换法），限定的给水硬度可达0.03毫摩尔/升，在锅炉定期清洗的情况下，能保证热强度最大受热面上每年积垢不超过0.1毫米。但是使用该方法时，部分设备对设备操作人员的要求比较高。如果操作不当或用水波动大时极不容易达到相关指标。对大参数容量的锅炉来讲，对水质的要求更严，投入和运行成本可能更大。

2.2 水汽监督

水汽监督对任何类型的锅炉都是十分重要的，其工作内容主要为对锅炉的给水、锅水以及蒸汽进行化学分析，检查水汽质量是否符合要求。水汽监督能及时发现锅炉水处理工作是否到位、水处理设备运行是否正常、加药处理是否得当、锅炉排污是否合适，对锅炉的安全经济运行起着哨兵监视作用。因此对水汽化验监督人员要求较高，要求其必须准确及时地化验相关数据。

3 结语

在实际工作中，锅炉水处理工作往往不被重视。因为水质不良出现的问题，并不像锅炉部件出现问题那样明显，不会立刻就暴露出来，而是需要一段时间的积累才会爆发，一旦爆发可能就无法挽救。为了防患于未然，必须提高对水处理工作的认识，从技术管理与经济管理上加强锅炉水处理工作力度，保障锅炉的安全稳定经济运行，促进社会经济发展。

参考文献

[1]张栓成，张兆杰.锅炉水处理技术（第2版）[M].郑州：黄河水利出版社，2010.

[2]工业锅炉水质（GB/T1576-2008）[S].

作者简介：王旭东（1976-），男，四川宜宾人，宜宾市特种设备监督检验所工程师，研究方向：热能工程。

（责任编辑：王 波）