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備，是生產(chǎn)蒸氣或熱水的熱工設備之一，其傳能介質(zhì)原料是水。鍋爐用水水質(zhì)的好壞，對其安全運行及能源消耗有很大的影響。當鍋爐用水不合要求時，鍋爐受熱面就會結(jié)生水垢，因而不僅浪費大量的燃料，還會危及鍋爐安全運行。據(jù)有關(guān)資料介紹，目前全國有近40萬余臺鍋爐，在每年的事故統(tǒng)計中，因水質(zhì)不良，水垢嚴重引起的事故超過事故總數(shù)的20%；由于結(jié)生水垢，每年要浪費燃料達千萬噸，并造成幾億元的經(jīng)濟損失。本文試圖對鍋爐水垢的危害及其預防作一介紹，以引起鍋爐使用單位的高度重視。

    一、 水垢的形成及性質(zhì)

    水垢的形成是一個復雜的物理化學過程，其原因有內(nèi)因和外因兩個方面。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。當含有鈣、鎂等鹽類雜質(zhì)的水進入鍋爐后，吸收高溫煙氣傳給的熱量，鈣、鎂鹽類雜質(zhì)便會發(fā)生化學反應，生成難溶物質(zhì)析出。隨著爐水的不斷蒸發(fā)逐漸濃縮，當達到一定濃度時，析出物就會成為固體沉淀析出，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雜的，通常都不是一種單一化合物，而是以一種化學成分為主，并同時含有其它化學成分。按其水垢的化學成分，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為堅硬，導熱性能非常小，容易附著在鍋爐受熱面zui強的蒸發(fā)面上，是危害zui大的一種水垢。

    二、 水垢對鍋爐安全、經(jīng)濟運行的危害

    1、 降低鍋爐熱效率，浪費大量燃料。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，并加大鼓風和引風來強化燃燒。其結(jié)果是使大量未*燃燒的物質(zhì)排出煙囪，無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。實驗數(shù)據(jù)表明，當結(jié)生水垢達1.5毫米時，就要多消耗6%的燃料；為5毫米時，燃料消耗就要達到15%；為8毫米時，燃料消耗量則增至34%。就我國目前40余萬臺鍋爐來看，如果僅一部分鍋爐結(jié)有不同程度的水垢的話，所浪費的燃料也是十分驚人的。

    2、 引起金屬過熱，強度降低，危及安全。鍋爐受熱面使用的鋼材，一般均為碳素鋼，在使用過程中，允許金屬壁溫在450℃以下。鍋爐在正常運行時，金屬壁溫一般在280℃以下。當鍋爐受熱面無垢時，金屬受熱后能很快將熱量傳遞給水，此時兩者的溫差約為30℃。但是，如果受熱面結(jié)生水垢，情況就不大一樣了。例如，當工作壓力為1．25Mpa的鍋爐受熱面結(jié)有1毫米厚水垢時（混合水垢），金屬壁與爐水溫差就會達到200℃左右。也就是說此時金屬壁溫在鋼材允許溫度之內(nèi)。但當水垢是3毫米時，金屬壁溫則上升到580℃，遠遠超過了鋼材的允許溫度。因而，這時鋼材的抗拉強度就會由原來的3．92Mpa下降到0．98Mpa，鍋爐受壓元件就會在內(nèi)壓作用下發(fā)生過熱鼓皰、變形、泄漏，甚至爆炸。另外，金屬壁溫的升高會使金屬伸長，如1米長的爐管，每升100℃，伸長1.2毫米，這對于沒有伸縮余量的受熱面來說，就會引起爐管的龜裂。實測數(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)生的壓力差而進行的水循環(huán)。后者主要是依靠水泵的機械動力的作用而迫使循環(huán)的。無論是哪一種循環(huán)形式，都是經(jīng)過設計計算的，也就是說保證有足夠的流通截面積。當爐管內(nèi)壁結(jié)生水垢后，會使得管內(nèi)流通截面積減少，流動阻力增大，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，長期下去就易因過燒發(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)濟運行。因此，清除水垢就必須要采用化學藥劑，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，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，消除就相當困難。不僅如此，若發(fā)生爆管事故，換上一節(jié)新管時，焊接很不方便。鍋筒鼓皰挖補時，要求高，時間長，施工更為困難。一次大的鼓皰挖補修復，就要耗費資金1至2萬元左右?？傊瑹o論是化學除垢還是購買材料修理，都要花費大量的人力、物力和財力。

    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)運行20年左右。但為什么現(xiàn)在大部分使用單位的鍋爐沒有達到這一壽命呢？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，挖補修復后，應該對其適當降壓使用，以確保安全。這樣一來，對于要求蒸汽壓力較高的單位來說，就不得不更換新的鍋爐。有些單位也會因蒸汽壓力過低而影響產(chǎn)品質(zhì)量，甚至出現(xiàn)次品，直接影響經(jīng)濟效益。有些鍋爐因鼓皰面積過大且變形嚴重而不得不作報廢處理；有的鍋爐雖然可以修復，但因修理費用過高，無價值，也不得不報廢。當酸洗方法不當或酸洗頻繁也會影響鍋爐的使用壽命。另外，因為水垢中含有鹵素的離子，在高溫下對鐵有腐蝕作用，會使金屬內(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。