水垢的形成與危害

鍋爐是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活中廣泛使用的特種設(shè)備，是生產(chǎn)蒸氣或熱水的熱工設(shè)備之一，其傳能介質(zhì)原料是水。鍋爐用水水質(zhì)的好壞，對(duì)其安全運(yùn)行及能源消耗有很大的影響。當(dāng)鍋爐用水不合要求時(shí)，鍋爐受熱面就會(huì)結(jié)生水垢，因而不僅浪費(fèi)大量的燃料，還會(huì)危及鍋爐安全運(yùn)行。據(jù)有關(guān)資料介紹，目前全國(guó)有近40萬(wàn)余臺(tái)鍋爐，在每年的事故統(tǒng)計(jì)中，因水質(zhì)不良，水垢嚴(yán)重引起的事故超過(guò)事故總數(shù)的20%；由于結(jié)生水垢，每年要浪費(fèi)燃料達(dá)千萬(wàn)噸，并造成幾億元的經(jīng)濟(jì)損失。本文試圖對(duì)鍋爐水垢的危害及其預(yù)防作一介紹，以引起鍋爐使用單位的高度重視。

    一、 水垢的形成及性質(zhì)

    水垢的形成是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程，其原因有內(nèi)因和外因兩個(gè)方面。一是水中有鈣、鎂離子及其它重金屬離子存在，是水垢形成的根本原因也叫內(nèi)因；二是固態(tài)物質(zhì)從過(guò)飽和的爐水中沉淀析出并粘附在金屬受熱面上，是水垢形成的外因。當(dāng)含有鈣、鎂等鹽類雜質(zhì)的水進(jìn)入鍋爐后，吸收高溫?zé)煔鈧鹘o的熱量，鈣、鎂鹽類雜質(zhì)便會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成難溶物質(zhì)析出。隨著爐水的不斷蒸發(fā)逐漸濃縮，當(dāng)達(dá)到一定濃度時(shí)，析出物就會(huì)成為固體沉淀析出，附著在鍋筒、水冷壁管等受熱面的內(nèi)壁上，形成一層“膜”，阻礙熱量傳遞，這層“膜”稱之為水垢。

    水垢的組成或成分是比較復(fù)雜的，通常都不是一種單一化合物，而是以一種化學(xué)成分為主，并同時(shí)含有其它化學(xué)成分。按其水垢的化學(xué)成分，一般可分為碳酸鹽水垢、硫酸鹽水垢、硅酸鹽水垢、氧化鐵水垢、含油水垢、混合水垢及泥垢等幾種。

    水垢是一種導(dǎo)熱性能極差的物質(zhì)，僅為鍋爐鋼材的十分之一到數(shù)百分之一（鋼材的導(dǎo)熱系數(shù)為46．5～58．2w/m．k），是“百害之源”。在各種水垢中，硅酸鹽水垢zui為堅(jiān)硬，導(dǎo)熱性能非常小，容易附著在鍋爐受熱面zui強(qiáng)的蒸發(fā)面上，是危害zui大的一種水垢。

    二、 水垢對(duì)鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的危害

    1、 降低鍋爐熱效率，浪費(fèi)大量燃料。鍋爐結(jié)生水垢后，受熱面的傳熱性能變差，燃料燃燒時(shí)所放出的熱量不能迅速傳遞給爐水，因而大量熱量被煙氣帶走，造成排煙溫度升高，增加排煙熱損失，使鍋爐熱效率降低。在這種情況下，要想保住鍋爐額定參數(shù)，就必須更多地向爐膛投加燃料，并加大鼓風(fēng)和引風(fēng)來(lái)強(qiáng)化燃燒。其結(jié)果是使大量未*燃燒的物質(zhì)排出煙囪，無(wú)形中增加了燃料消耗。大家知道，鍋爐爐膛容積和爐排面積是一定的，無(wú)論投加多少燃料，燃料燃燒是受到限制的，因而鍋爐的熱效率也就不可能提高。鍋爐中水垢結(jié)生得越厚，熱效率就越低，燃料消耗就越大。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，當(dāng)結(jié)生水垢達(dá)1.5毫米時(shí)，就要多消耗6%的燃料；為5毫米時(shí)，燃料消耗就要達(dá)到15%；為8毫米時(shí)，燃料消耗量則增至34%。就我國(guó)目前40余萬(wàn)臺(tái)鍋爐來(lái)看，如果僅一部分鍋爐結(jié)有不同程度的水垢的話，所浪費(fèi)的燃料也是十分驚人的。

    2、 引起金屬過(guò)熱，強(qiáng)度降低，危及安全。鍋爐受熱面使用的鋼材，一般均為碳素鋼，在使用過(guò)程中，允許金屬壁溫在450℃以下。鍋爐在正常運(yùn)行時(shí)，金屬壁溫一般在280℃以下。當(dāng)鍋爐受熱面無(wú)垢時(shí)，金屬受熱后能很快將熱量傳遞給水，此時(shí)兩者的溫差約為30℃。但是，如果受熱面結(jié)生水垢，情況就不大一樣了。例如，當(dāng)工作壓力為1．25Mpa的鍋爐受熱面結(jié)有1毫米厚水垢時(shí)（混合水垢），金屬壁與爐水溫差就會(huì)達(dá)到200℃左右。也就是說(shuō)此時(shí)金屬壁溫在鋼材允許溫度之內(nèi)。但當(dāng)水垢是3毫米時(shí)，金屬壁溫則上升到580℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了鋼材的允許溫度。因而，這時(shí)鋼材的抗拉強(qiáng)度就會(huì)由原來(lái)的3．92Mpa下降到0．98Mpa，鍋爐受壓元件就會(huì)在內(nèi)壓作用下發(fā)生過(guò)熱鼓皰、變形、泄漏，甚至爆炸。另外，金屬壁溫的升高會(huì)使金屬伸長(zhǎng)，如1米長(zhǎng)的爐管，每升100℃，伸長(zhǎng)1.2毫米，這對(duì)于沒(méi)有伸縮余量的受熱面來(lái)說(shuō)，就會(huì)引起爐管的龜裂。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明，金屬壁溫是隨著水垢厚度增加而增加的，水垢越厚，金屬壁溫就越高，因而事故發(fā)生的機(jī)率就越大。

    3、 破壞水循環(huán)。鍋爐水循環(huán)有自然水循環(huán)和強(qiáng)迫水循環(huán)兩種形式。前者是靠上升管和下降管的汽水比重不同產(chǎn)生的壓力差而進(jìn)行的水循環(huán)。后者主要是依靠水泵的機(jī)械動(dòng)力的作用而迫使循環(huán)的。無(wú)論是哪一種循環(huán)形式，都是經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算的，也就是說(shuō)保證有足夠的流通截面積。當(dāng)爐管內(nèi)壁結(jié)生水垢后，會(huì)使得管內(nèi)流通截面積減少，流動(dòng)阻力增大，破壞了正常的水循環(huán)，使得向火面的金屬壁溫升高。當(dāng)管路安全被水垢堵死后，水循環(huán)則*停止，金屬壁溫則更高，長(zhǎng)期下去就易因過(guò)燒發(fā)生爆管事故。水冷壁管是均勻布置在爐膛內(nèi)的，吸收的是輻射熱。在離聯(lián)箱400毫米左右的向火面高溫區(qū)，如果結(jié)生水垢，就zui易發(fā)生鼓皰、泄漏、彎曲、爆破等事故。

    4、 增加檢修量，浪費(fèi)大量資金。鍋爐一旦結(jié)垢，就必須要清除，這樣才能保證鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。因此，清除水垢就必須要采用化學(xué)藥劑，如酸、堿等。水垢結(jié)生得越厚，消耗的藥劑就越多，投入的資金也就越多。例如，1T/H型鍋爐若平均結(jié)垢3毫米，除一次垢就需藥劑0.5噸，加上人工費(fèi)，就需資金2500元左右。按照鍋爐噸位的不同，噸位增加，所需藥劑就增加三分之一，資金也相應(yīng)增加。一般鍋筒內(nèi)結(jié)垢，消除略方便，但若管內(nèi)結(jié)垢，消除就相當(dāng)困難。不僅如此，若發(fā)生爆管事故，換上一節(jié)新管時(shí)，焊接很不方便。鍋筒鼓皰挖補(bǔ)時(shí)，要求高，時(shí)間長(zhǎng)，施工更為困難。一次大的鼓皰挖補(bǔ)修復(fù)，就要耗費(fèi)資金1至2萬(wàn)元左右?？傊瑹o(wú)論是化學(xué)除垢還是購(gòu)買材料修理，都要花費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力。

    5、 縮短鍋爐使用壽命。一般鍋爐使用壽命，在正常使用條件下，能夠連續(xù)運(yùn)行20年左右。但為什么現(xiàn)在大部分使用單位的鍋爐沒(méi)有達(dá)到這一壽命呢？其原因是多方面的，其中之一就有水垢的影響。鍋筒發(fā)生鼓皰，挖補(bǔ)修復(fù)后，應(yīng)該對(duì)其適當(dāng)降壓使用，以確保安全。這樣一來(lái)，對(duì)于要求蒸汽壓力較高的單位來(lái)說(shuō)，就不得不更換新的鍋爐。有些單位也會(huì)因蒸汽壓力過(guò)低而影響產(chǎn)品質(zhì)量，甚至出現(xiàn)次品，直接影響經(jīng)濟(jì)效益。有些鍋爐因鼓皰面積過(guò)大且變形嚴(yán)重而不得不作報(bào)廢處理；有的鍋爐雖然可以修復(fù)，但因修理費(fèi)用過(guò)高，無(wú)價(jià)值，也不得不報(bào)廢。當(dāng)酸洗方法不當(dāng)或酸洗頻繁也會(huì)影響鍋爐的使用壽命。另外，因?yàn)樗钢泻宣u素的離子，在高溫下對(duì)鐵有腐蝕作用，會(huì)使金屬內(nèi)壁變脆，并不斷地向金屬壁的深處發(fā)展，造成金屬的腐蝕，縮短鍋爐使用壽命。