浅析锅炉结垢的形式、危害及措施

朱爽

摘 要：锅炉水质情况对锅炉的安全运行起着至关重要的作用。本文探讨分析锅炉水的来源及锅炉运行过程中水垢的形成原因，及水垢对锅炉安全运行的危害，避免锅炉结垢应该采取的有效措施，以达到彻底防垢、除垢的最佳运行效果。

关键词：锅炉；水垢；水质；危害；对策；措施

锅炉用水是天然水经过各种水处理工艺后除去悬浮物、胶体和无机的阳离子、阴离子等水中杂质后所得的除盐水。由于除盐水在除盐过程中不可能去除全部的阴阳离子，这些水体进入锅炉经锅炉加热后就容易形成水垢。水垢导热能力较差，降低锅炉热传递效果，结垢严重还会因为锅炉爆炸。因此，锅炉用水水质的好坏，对其安全运行及能源消耗有很大的影响。

一、锅炉结垢的原理

水在锅炉内受热沸腾蒸发后，为水中杂质提供了化学反应和不断浓缩的条件。当这些杂质在锅炉水中达到饱和时，就有固体物资产生。产生的固体物资，如果悬浮在锅炉水中就成为水渣，如果附着在受热面上，则成为水垢。当含有钙、镁等盐类杂质的水进入锅炉后，吸收高温烟气传给的热量，钙、镁盐类杂质便会发生化学反应，生成难溶物资。随着炉水的不断蒸发逐渐浓缩，当达到一定浓度时，析出物就会成为固体沉淀析出，附着在锅炉受热面上，形成一层“膜”，阻碍热量传递，这层“膜”即为水垢。

二、锅炉结垢形式

1.颗粒污垢。悬浮于流体的固体微粒在换热表面上的积聚。这种污垢也包括较大固态微粒在水平换热面上因重力作用形成的沉淀层，即所谓沉淀污垢和其他胶体微粒的沉积。

2.结晶污垢。溶解于流体中的无机盐在换热表面上结晶而形成的沉积物，通常发生在过饱和或冷却时。典型的污垢如冷却水侧的碳酸钙、硫酸钙和二氧化硅结垢层。

3.化学反应污垢。在传热表面上进行化学反应而产生的污垢，传热面材料不参加反应，但可作为化学反应的一种催化剂。

4.腐蚀污垢。具有腐蚀性的流体或者流体中含有腐蚀性的杂质对换热表面腐蚀而产生的污垢。通常，腐蚀程度取决于流体中的成分、温度及被处理流体的 pH 值。

三、锅炉结垢的危害

1.能源浪费。当锅炉受热面结垢时，为了保持原有的蒸发量和蒸汽（热水）参数，就得多烧燃料以提高火焰和烟气温度，这部分多投入的燃料就是因结垢而造成的燃料损失。据粗略估算，受热面结1mm水垢，热效率下降5%，锅炉浪费燃料8%。

锅炉结垢后将严重影响受热面传热，降低热效率，降低蒸汽出力，增加燃料消耗。根据测定，水垢厚度与浪费燃料的关系见下表。

2.引起安全事故，缩短锅炉使用寿命。受热面结生水垢后，金属的热量由于受水垢的阻碍而难于传热给锅水，由于水垢层导热系数小，有显著的隔热作用，结垢后大幅度提高金属壁面的温度，当温度超过了金属所能承受的允许温度时，金属强度显著降低，从而导致金属过热变形，金属会出现蠕伸、变型、鼓包，严重时发生过热暴管严重时将造成鼓包、裂缝，甚至爆管等事故。

一般锅炉在正常使用情况下能够连续运行20年左右，而水垢中含有卤素的离子，在高温下对铁有腐蚀作用，会使金属内壁变脆，并不断向金属壁的深处发展，造成金属的腐蚀。锅炉结垢后还会引起垢下腐蚀等危害。有些结构紧凑或结构复杂的锅炉，一旦受热面结垢，就极难清除，严重时只好采用挖补、割换管子等修理措施，不但费用大，而且还会使受热面受到严重损伤。所有上述这些危害都将大大缩短锅炉的使用寿命。

3.堵塞管道，破坏水循环。发受热面管子结垢后，由于吸热量减少，流通截面减少，流动阻力增大，对锅炉的循环造成不利的影响。结垢严重的时甚至堵塞管子，或造成爆管事故，影响介子流动，无法清除时只好将锅炉报废。

四、水垢预防措施

1.添加化学药剂。为了防止锅炉水垢的产生，一般采取锅炉内水处理和锅炉外水处理的方法。

锅炉外水处理是利用离子交换软化设备将含有杂质的水软化后，达到锅炉用水的水质要求后再进入锅炉，达到预防锅炉结垢的目的。

锅炉内水处理是向锅炉内投加一些化学药剂，使其也锅炉内的（主要是钙、镁盐类物质）发生化学或物理变化，而生成松软的水渣，并通过排污的方法达到预防锅炉结垢的目的。

采用锅内加药处理，控制锅水PH值。这是系统防腐的必要条件，同时也是最简单、最有效的方法。当锅炉循环水PH值低于10时可增加磷酸三钠和氢氧化钠药量进行调整，将PH值控制在10～12之间，使锅水中的钙、镁离子形成疏松的水渣，通过排污排出炉外。

协调 pH-磷酸盐处理是一种既严格又合理的锅内水质调节方法。它不仅能防止钙、镁水垢的产生，而且能防止锅炉炉管的腐蚀。这种处理实质上是按照给水硬度和堿度的大小，向锅内加入不同比例的磷酸盐，即磷酸三钠和磷酸氢二钠（或磷酸二氢钠）。加入磷酸氢二钠或磷酸二氢钠主要是为了中和由给水带入锅炉水中的游离氢氧化钠，反应如下：

Na2HPO4十 NaOH →Na3PO4十 H2O

而磷酸三钠在水中能按下式建立水解平衡：

Na3PO4十 H2O Na2HPO4十 NaOH

所以，这时加入的磷酸三钠除了可维持锅炉水中有一定量的过剩磷酸根外，还因其水解能产生一定量的氢氧化钠，也可维持锅炉水的 pH值。当锅炉水产生局部蒸发浓缩时，水解平衡向着生成磷酸三钠的方向进行，这就不会使氢氧化钠浓缩到对金属有危害的程度，即使在很高的热负荷下，也能防止金属被浓碱所腐蚀。

2.充分利用临近锅炉的排污水。由于低压锅炉防止腐蚀主要是消除补水中的CO2和游离O2，那么就可以在一个同时设有2台以上锅炉的锅炉房内，对邻近锅炉的排污水通过沉淀，等排出水渣后，再作为补给水使用，这样一方面可以对邻近锅炉的排污水进行二次利用，另一方面又可以满足补水的水质和防腐要求。

3.安装电化水处理装置。安装电化水处理装置，使水在进入锅炉之前就被处理，处理完的水进入锅炉后无论怎样加热都不会出现水垢。这种除垢系统（电解除垢）是利用电化学原理研制出来的新一代环保节能型水处理系统。该系统具有以下几方面优点：（1）超环保。首创高频变频电解纯物理方式吸垢除锈，不需要化学药剂，避免管道及换热设备腐蚀；（2）超节能。自身功率为0.3—4.5Kw，却可以提升系统5-25%综合效果，节约能耗5-20%；（3）超节水。基本不需要排污，同比目前行业水处理法节水量超过90%以上；（4）超智能。全天候无需人员值守，管理方便简单，无需专人管理。

目前，电化学水处理（电子除垢）系统作为新一代环保、节能产品已逐步普及到各行各业。

4.做好停炉保养工作。通常短期停炉采用湿法保养，长期停炉采用干法保养。干法保养是将炉膛灰渣清除后，将盛装生石灰块或氯化钙的容器放在锅筒、炉膛及烟道中，同时将检查门、炉门、出灰门以及通用挡板加以密封，防止潮气进入。

五、结语

对于锅炉运行来说，水质的监督及检测是极为重要的，应按国家水质标准的有关规定要求，认真做好水质的处理工作，各级锅炉监察部门及检验部门应加强对水质的监督、检测工作，使每个使用单位引起足够的重视，这对确保锅炉及受压元件的安全可开运行及节省能源十分重要。