浅谈锅炉水垢的形成及危害

蔡　敏

目前漳州市的工业锅炉中约有40％无给水处理设施，尤其是小蒸发量锅炉更为普遍。有些即使有水处理设备，也时有因操作管理不当或无管理，而使水处理设施形同虚设。炉内仍有不同程度的水垢形成。以2007年的漳州市的检验情况来看。水垢不合格的约占总检验数的60％以上，且有相当一部份锅炉的垢厚为1～3mm左右，有的竟高达8mm以上；这些炉不但耗能严重，而且严重危害到锅炉的安全运行。下面从几个方面来说明锅炉水垢的产生及危害：

1、水垢的形成

含有杂质的给水未进行处理就进入锅炉，在锅炉运行一定时间后，经过不断的蒸发、浓缩。当锅水中的杂质(溶解固形物)的浓度达到饱和程度时，就会产生沉淀。粘附在锅筒及管壁上形成一层白色硬皮，称为水垢，水垢形成的主要原因是由于锅炉给水中含有溶解度较小的钙、镁盐类，也就是所谓硬度。

在锅炉内钙、镁盐生成的沉淀物有两种形式存在：一种是形成坚硬的水垢，牢固地附着于管壁及锅筒壁上。还有一种是形成沉渣，沉渣可能粘结于壁上，也可能悬浮在水中，它又分为两种：①流动性的沉渣；这种沉渣可用排污的方法排掉。②粘性的沉渣。易粘结于管子斜度小或水流速度低的地方，而形成二次水垢。

1.1初生水垢的结生过程

1.1.1受热分解

含有硬度的给水进入锅炉后，在加热过程中，一些钙、镁盐类由于受热分解，使溶于水的物质转变为固相晶粒，附着于锅炉钢板上结为水垢。

1.1.2溶解度降低

一些如CaSO₄、CaSiO₃等结垢物质。属于具有负溶解度系数的物质，即随温度的升高，溶解度降低，因此非常容易在蒸发面上温度最高的部位沉积为水垢。

1.1.3相互反应

给水中原来溶解度较低的盐类，在锅炉的个体条件下，和其他盐类相互反应，生成了难溶的化合物。

1.1.4水的蒸发、浓缩

由于锅炉水的不断蒸发、浓缩，水中溶解盐的浓度不断增大，当达到过饱和程度时，在蒸发面上析出晶母或以原有的水垢颗粒为结晶中心。生长为水垢。

1.1.5金属表面的离子化

洁净的锅炉蒸发面，由于金属离子化(Fe0→Fe2+)，使锅炉金属表面带负电符。而一些结垢物质，常带正电荷。这样由于静电吸引作用。使结垢物质沉积在金属表面而结生水垢。

1.2再生水垢的结生过程

再生水垢是指生成水垢的盐类，在形成泥垢以后，重新附着于蒸发面上的产物。

1.2.1泥垢的转化

锅炉水中呈悬浮状态的泥渣为泥垢：含有泥垢的物质，如Mg(OH)₂、Mg₃(PO₄)₂等，性质很粘，如排污不及时，很容易粘附在蒸发面上转化为水垢。

1.2.2相互反应

已形成的泥垢和水垢之间，或泥垢与金属腐蚀物之间。在锅炉蒸发面上的高温条件下，进行了局部反应，使泥垢转化成了水垢，如：

CaCO₃+MgSiO₃→CaSiO₃↓+MgCO₃

泥垢水垢水垢

MgCO₃+H₂O→Mg(OH)₂+CO₂↑

水垢

1.2.3锅炉运行状况

锅炉蒸发强度高、循环性能好，锅炉水中的泥垢呈悬浮状态。就难以转化为水垢，如果锅炉蒸发强度低、循环性能差。泥垢易沉积在蒸发面上，就比较容易转化成水垢。

2、水垢的种类

2.1钙、镁水垢

在钙、镁水垢中，以钙镁盐类为主。有时可达90％以上。按其成份又可分为碳酸盐水垢、硫酸盐水垢、硅酸盐水垢和混合垢四种。

2.2氧化铁垢

氧化铁垢的主要成份是铁的氧化物。其次有少量的金属铜、铜的氧化物及钙、镁、硅和磷酸盐。氧化铁垢大都发生在大型锅炉热负荷最高的喷燃器和燃烧带附近的管壁上。氧化铁垢的外表面呈咖啡色。内层呈灰色，垢下常有少量白色盐类，铜及铜的氧化物在铁垢中是均匀分布的。

3、水垢的危害

3.1水垢引起的传热损失

水垢的导热系数比钢铁的导热系数小几十倍甚至几百倍，使受热面的传热性能变差，燃料燃烧所放出的热量不能迅速地传递到锅水中，使大量的热量被烟气带走，造成排烟温度升高。排烟热能损失增加，使锅炉的热效率降低，而为了保持锅炉的出力必须加大燃料的投入，提高炉膛和烟气的温度从而造成燃料的损失。从下表可以看出，当垢厚在1mm时，燃料损失大约增加10％，我国目前大约有60万台工业锅炉，消耗的燃料几乎占我国煤炭总产量的1／3，若以50％的运行锅炉结垢1mm厚的话，那么煤的损失量也是一项惊人的数据。

3.2由于结垢给锅炉的安全运行带来严重的隐患。

锅炉如结有水垢，又要保持一定的出力，这样只有增加火侧的温度才行。由下面“壁温与水垢的关系”图中可以看出，水垢越厚。导热系数越差，锅炉火侧的温度就得越高。经试验得出数据，对于工作压力为1.37MPa的锅炉，火侧的温度在900℃～1200℃之间，水侧的温度为197℃，在没有结生水垢时的锅炉钢板温度只有215℃～250℃。同类型的锅炉。当锅炉钢结有0.8-1.0毫米的混合水垢时，钢板温度比无垢时提高了134℃－160℃。20#钢板当达到315℃时，金属的各项塑性指标开始下降，当达到450℃时，金属会因过热而蠕动变形。因此水处理不好，锅炉结生水垢。很容易使锅炉金属应力超过材料屈服限而产生事故或使钢板烧坏。

例如：锅炉水垢常常生成在热负荷很高的水冷壁管上，因水垢的导热性差，导致金属管壁局部温度大大升高。当温度超过金属所能承受的允许温度时，金属因过热而蠕变，强度降低。在管内工作压力下，金属管会发生鼓包、穿孔和破裂，引起锅炉管子的过热和爆管事故。

3.3水垢导致金属发生沉积物下腐蚀。

锅炉内有水垢附着的条件下，从水垢的孔、缝隙渗入的锅水，在沉积的水垢层与金属之间急剧蒸发。在水垢层下，锅水中的溶解物可能被浓缩到很高的浓度。其中，有些物质在高温高浓度的条件下会对金属发生严重的腐蚀，如NaOH等。结垢、腐蚀过程相互促进，会很快导致锅炉金属的损坏，以致锅炉发生爆炸事故。

3.4增加锅炉的检修量及运行成本。

锅炉或热力设备结垢后，安全运行的时间缩短，为了保证生产安全，避免生产中发生事故，不得不把锅炉或热力设备停下来进行检修检查。特别是由于水垢引起锅炉的泄漏、裂纹、鼓包、变形、腐蚀等，迫使锅炉不得不提前检修，从而加大检修费用增加锅炉的运行成本。

以上分析以及我所往年检验报告的资料显示，漳州市运行锅炉受压元件的修理事故显示有80％以上是由于锅炉结垢或锅炉水质等原因造成的，其直接造成的是锅筒等受压元件的变形、过烧、裂纹而导致锅炉停产返修。其所造成的直接和间接经济损失是可想而知的。为了锅炉的安全运行，为我国有限能源的充分合理利用，让我们努力搞好锅炉的水处理工作。防止和减少锅炉水垢的产生。以保证锅炉的安全运行。

编辑陈志华