锅炉结垢的原因及处理措施探讨

车 刚，宿爱香，薛会荣，陈 健，李 嫄

（泰安市质量技术检验检测研究院，山东 泰安 271000）

0 引言

就当前锅炉的运行情况来看，给水的水质往往是无法有效确保过滤效果的，当给水质量无法达到标准时，锅炉运行一段时间后便会在内侧受热面与管壁部位产生较多的黄色沉淀物质。这些黄色沉淀物质的成分有一定的不同，比如密度较为坚硬的称之为水垢，而呈悬浮状态存在于炉水中的则称之为泥渣或水渣。当锅炉出现结垢问题后，会引发较多的问题，当锅炉结垢至一定程度时，很容易便导致锅炉垢下腐蚀，直接影响到锅炉的使用寿命，且存在较大的安全风险。张海峰[1]在研究中指出，工业锅炉水垢有着十分大的危害性，最直接的危害便是影响传热和浪费燃料，若是未能得到有效的解决，很容易引发锅炉爆炸事件。为此，必须认真去做好锅炉结垢的处理工作。从当前锅炉结垢的处理来说，主要是秉承着“积极除垢、防腐为本”的原则，一旦锅炉结垢达到一定程度后，便要及时清洗，避免对锅炉的正常运行造成安全隐患。当前的锅炉结垢处理方法主要有两种，一种是机械除垢，另一种是化学清洗，化学清洗中主要有酸洗除垢和碱法除垢，均有着较好的应用效果。为确保这些锅炉结垢处理技术的应用要点，必须开展积极的研究工作。本文结合前人的理论与经验，重点讨论了锅炉结垢的处理要点与技术措施。

1 锅炉常见的水垢种类

锅炉水垢清洗之前的宏观样貌如图1 所示。把锅炉水垢捣碎研磨成粉状物后，使用电子扫描显微镜（SEM）对垢样进行扫描，其微观样貌如图2所示。

通过对锅炉水垢进行取样后，对样品在110 ℃条件下烘干2 h 除去水份，然后进行研磨粉碎，取实验样品0.100 0 g，加入混合助溶剂，在600 ℃灼烧1 h，在干燥器中冷却，称量再反复灼烧至恒重，再在950 ℃再灼烧1 h 至恒重[2]。通过化验灼烧后的样品，样品成分及含量如表1 所示。结果显示，锅炉垢样成分为钙镁铁垢为主的混合垢。

表1 锅炉水垢灼烧后的成分

按照成分与成因的不同，可以将锅炉所出现的水垢分为以下5种。

（1）硫酸钙水垢。硫酸钙水垢的显著特点是硬度较高，会沉积于锅炉受热温度最高的部位，往往面积较大，有着很强的附着能力，实际清除时会有较大的难度。锅炉之所以在运行过程中会产生硫酸钙水垢，主要的原因便是水中溶解硫酸钙的含量在50%以上。

（2）硅酸盐水垢。硅酸盐水垢的显著特点是坚硬，且不具有导热性能，多沉积在锅炉热应力较大的蒸发面之上。锅炉中产生硅酸盐水垢的原因主要有一点，即SiO2的含量在水中可以达到20%以上。可以说，硅酸盐水垢严重影响着锅炉的供热效果，同时也是一种顽固性水垢，实际清除的难度是很大的。

（3）含油水垢。含油水垢的油质含量通常可以达到5%以上，多沉积在锅炉温度最高的部位。含油水垢有着附着力强的特点，所以实际清除时会有较大的难度。

（4）混合水垢。混合水垢是锅炉运行过程中一种较为常见的水垢类型，多会在热力作用下形成。混合水垢的 成 分 主 要 有CaSiO3、CaCO3、CaSO4、Mg(OH)2，因 此可以说，混合水垢的成分是较为复杂的，且无法准确判断出哪一种最先形成。

（5）碳酸盐水垢。碳酸盐水垢多沉积在锅炉温度不高的部位，主要有两种存在形态，一是软质水垢，有着疏松海绵状的特性；二是硬质水垢，显著特点是硬度较高。之所以会形成碳酸盐水垢，原因多是因为水中的碳酸钙含量可以占比达到50%以上。

2 锅炉结垢的原因与危害性

2.1 锅炉结垢的原因

锅炉结垢的原因主要有以下3点。

（1）当分解水在高温状态下加热时，会在蒸发的过程中导致盐类、钙类、镁类相互之间发生化学分解反应，并形成一些难溶于水的物质，在长时间的沉积过程中导致锅炉结垢[3]。

（2）在一定的温度标准下，锅炉运行过程中会产生蒸发浓缩，盐类在不断蒸发的过程中会导致炉水大量浓缩与挥发，此时会导致水中镁盐类与可溶性钙的浓度增大。而一旦当水中镁盐类与可溶性钙的浓度达到一定值后，会形成过饱和溶液，物质便会从水中析出，继而导致锅炉结垢。

（3）在锅炉的运行过程中，炉水会处于不断加热的状态，在热蒸发的影响作用下，水量势必会发生浓缩变化，这是一种无法避免的现象。因此可以说，只要水中有可以构成硬度的物质，则锅炉必然会结垢，温度越高的部位越容易形成坚硬的水垢。

2.2 锅炉结垢的危害性

锅炉结垢会产生严重性的后果，轻则影响传热，浪费燃料，重则会引发锅炉爆炸，威胁人身与设备安全。总的来说，锅炉结垢的危害性集中体现在以下方面。

（1）当锅炉结生水垢，首先所造成的影响便是传热能力下降，燃料在燃烧过程中所产生的热量无法很好地传到水侧，此时锅炉的排烟温度升高，会浪费较多的燃料，整个运行成本也会增加[4]。

（2）在锅炉结垢后，因为热量无法及时有效地传递到水侧，所以会导致受热面的温度升高，长期处于高温状态时，锅炉的金属材料会发生较多的不良变化，比如强度会下降，更易出现鼓包和蠕变。除此之外，当锅炉的水管因为结垢而堵塞时，在很短的时间内便会发生爆管，造成严重的经济损失。

（3）锅炉结垢会诱发锅炉垢下腐蚀，锅炉的使用寿命随之缩短，日常运行安全受到影响。

（4）在长时间的研究过程中发现，当锅炉出现结垢和腐蚀时，很容易导致锅管穿孔，甚至会发生锅炉爆炸事件，严重威胁到设备安全与人身安全。

3 锅炉结垢的处理措施

3.1 机械除垢

在使用机械除垢方法时，所使用到的工具主要有钢丝刷、手锤、电动洗管器、扁铲，在机械除垢的过程中不会花费太多的成本，且操作方法是较为简单的。但机械除垢这一方法也存在较多的局限性，比如劳动强度较大，除垢的效果无法得到有效的保障，往往在清洗过程中很容易损坏金属表面。因此，只能将机械除垢方式应用在结垢面积小、构造简单的小型锅炉中。随着近年来锅炉结垢清洗技术的发展，专用于清洗的高压水枪得到了较为广泛地应用，有效地提升了机械除垢的效果，使用起来较为方便，但依然只能应用在结构较为简单的小型锅炉与工业锅炉中。

3.2 酸洗除垢

在当前所使用的锅炉除垢方法中，酸洗除垢的效果是非常值得肯定的，但这一种方法若是使用不当则很容易影响到除垢效果，甚至腐蚀到金属。为发挥出酸洗除垢的最佳效能，实现预期的除垢效果，必须严格遵循《锅炉化学清洗规则》，按照规范标准来进行除垢作业。在正式进行酸洗除垢前，工作人员需要先采集锅炉内具有代表性的垢样进行化验，以此来制定出清洗方案。在进酸开始时要在锅炉内部与酸箱内部挂入腐蚀指标片，待退酸后方可以取出[5]。在酸洗过程中，要严格按照清洗方案来控制好酸洗工艺流程、酸洗液的温度与浓度、酸洗时间，并且在酸洗过程中需要不断取样化验，详细记录化验数据，待整个清洗工作完成后必须进行酸洗质量测定。对于工业锅炉来说，酸洗作业完成后必须达到以下的标准。

（1）除垢率

若是水垢的主要成分是碳酸盐，则在清洗后要确保除垢面积达到原水垢覆盖面积的80%以上。在清洗硫酸盐水垢和硅酸盐水垢时，要确保除垢面积可以达到原水垢覆盖面积的60%以上。若是在测定过程中发现除垢率未达到要求，则应该将锅炉的锅水碱度控制在水质标准内，让锅炉运行一个月的时间后再去停炉，此时再去使用人工方法或高压水枪来清洗已经脱落的垢渣和残垢[6]。

（2）钝化膜

酸洗除垢完成后要确保锅炉的表面有良好的钝化保护膜，金属表面不存在二次浮锈，且不存在点蚀。

（3）腐蚀速度

可以使用腐蚀指示片来测定锅炉的腐蚀速度，确保腐蚀速度的平均值低于6 g/(m2·h)，腐蚀总量始终控制在72 g/m2以下。

（4）炉管畅通

待完成清洗工作后要确保锅炉内的所有对流管与水冷壁管畅通无阻，若是在清洗之后发现堵塞的管子未有效疏通，则要及时安排检修单位去更换。

3.3 碱法除垢

碱法除垢在锅炉除垢中的效果同样是值得肯定的，但整体效果不及酸洗除垢。具体来说，碱法除垢这一方法可以让水垢发生转型，并可以促使水垢自动脱落，不过单纯使用碱法除垢无法起到最佳的效果，所以可以考虑去机械除垢结合起来使用。从当前碱法除垢的实际使用效果来看，碱法除垢在硅酸盐、硫酸盐为主的水垢清除中有较好的效果，但在碳酸盐水垢的清除中效果不佳[7]。目前主要将碱法除垢这一方法应用在两种场景中，一是新安装的锅炉，主要进行除锈和除油污，二是酸洗前的除油清洗和垢型转化。

在使用碱法除垢来开展锅炉结垢的清除时，要结合锅炉的实际结垢量和脏污的程度来确定碱洗药剂用量，通常在除垢时的用量（每吨水的用量）要控制为：碳酸钠3～6 kg，氢氧化钠2～4 kg，工业磷酸三钠5～10 kg。需要特别注意一点，在正式将碱洗药剂加入到锅炉时，要先在溶液箱中配制成一定的浓度，而后再使用泵送的方式进入到锅炉内，并确保循环均匀[8]。在碱法除垢作业完成后，专业人员要及时去测定除垢效果，尤其是要及时检查锅炉的各个检查孔，并及时使用高压水力来进行辅助性的清垢，避免松软的水垢再一次变硬[9]。总的来说，在使用碱法除垢的过程中，要严格去按照相关的除垢标准，同时注意锅炉金属的保护，有效完成除垢作业任务。

3.4 清洗后锅炉水垢的SEM评价

清洗后水垢的微观样貌如图3 所示。在20 kV 高压、1 000倍电子电镜扫描条件下观察，经碱煮转化和酸洗后的混合垢样，垢样微观形貌发生了根本的改变，呈现出杂乱交错的晶体的疏散样貌，或为细微的颗粒垢渣。实验结果表明，细微的晶体或垢渣颗粒很容易从炉壁上脱落，悬浮或分散溶解于清洗液中，并随污水排出设备。

图3 清洗后水垢的微观样貌

4 结束语

通过本文的论述，可以知晓当前所使用的机械除垢、酸洗除垢、碱法除垢均在锅炉结垢清除中有着较好的效果，值得推广应用。但这些技术在使用过程中会有较多的注意要点，所以在使用具体的除垢方法时，要始终遵循相关的规范标准，严格按照既定流程开展除垢作业，实现预期的锅炉除垢目标。后续要进一步加大研究力度，以此来掌握锅炉结垢处理的更多专业技术，以此来充分确保锅炉运行的安全与稳定。