水垢对蒸汽发生器锅炉的危害

水垢对蒸汽发生器锅炉的危害

蒸汽发生器锅炉是工农业生产和人民生活中广泛使用的专用设备。它是生产蒸汽或热水的热力设备之一，其能量传递介质是水。蒸汽发生器锅炉水质对其安全运行和能耗有很大影响。当不需要蒸汽发生器锅炉水时，蒸汽发生器锅炉受热面会结垢，不仅浪费大量燃料，而且危及蒸汽发生器锅炉的安全运行。据有关资料显示，全国有近40万台蒸汽发生器锅炉。在年度事件核算中，水质不良、规模严重造成的事件超过事件总数的20%；因为形成规模，每年会浪费一千万吨燃料，造成数亿元的经济损失。本文试图介绍蒸汽发生器锅炉水垢的危害及其避免，以引起蒸汽发生器锅炉运行人员的高度重视。

一.水垢的组成和性质

水垢的构成是一个杂乱的物理化学过程，其成因有内因也有外因。一是水中有钙、镁离子等重金属离子，是水垢形成的根本原因，也叫内因；二是固体物质从过饱和蒸汽发生器锅炉水中沉淀分离出来，附着在金属受热面上，是水垢形成的外因。当富含钙、镁等盐类杂质的水进入蒸汽发生器锅炉时，吸收高温烟气传递的热量，钙、镁盐类杂质会发生化学反应，形成不溶物。随着蒸汽发生器锅炉水的不断蒸腾，会逐渐集中。当达到一定浓度时，分离出来的物质会变成固体沉积物，附着在锅筒、水冷壁管等受热面内壁上，形成一层“膜”，阻止传热。这层“膜”叫做尺度。

水垢的成分或成分比较乱，一般不是单一化合物，而是化学成分，富含其他化学成分。根据垢的化学成分，一般可分为碳酸盐垢、硫酸盐垢、硅酸盐垢、氧化铁垢、油垢、混合垢和泥垢。

水垢是一种导热性能很差的材料，仅为蒸汽发生器锅炉钢的十分之一到百分之几(钢的导热系数为46.5 ~ 58.2 W/m.k)，是“万恶之源”。在各种水垢中，硅酸盐水垢是比较坚硬的一种，导热作用非常小，容易附着在蒸汽发生器锅炉受热面较强的发汗面上，是损坏很严重的水垢。

二、水垢对蒸汽发生器锅炉安全经济运行的损害

1.降低蒸汽发生器锅炉热效率，浪费大量燃料。蒸汽发生器锅炉结垢后，受热面传热功能变差，燃料燃烧释放的热量不能迅速传递到蒸汽发生器锅炉水中，因此大量热量被烟气带走，构成了废气温度的增加和废气的热量损失，降低了蒸汽发生器锅炉的热效率。在这种情况下，为了保持蒸汽发生器锅炉的额定参数，需要向炉内添加更多的燃料，增加鼓风和诱导风，以加强焚烧。结果，许多未燃烧的材料从烟囱中排出，这实际上增加了燃料消耗。众所周知，蒸汽发生器锅炉的炉膛容积和炉排面积是确定的。无论添加多少燃料，燃料燃烧都是有限的，因此蒸汽发生器锅炉的热效率无法提高。蒸汽发生器锅炉结垢越厚，热效率越低，燃料消耗越大。试验数据表明，当结垢达到1.5 mm时，将多消耗6%的燃油；当为5 mm时，油耗达到15%；当为8 mm时，油耗增加到34%。就我国40多万台蒸汽发生器锅炉而言，如果只是部分蒸汽发生器锅炉被不同程度的水垢覆盖，浪费的燃料也是非常惊人的。

2、导致金属过热，强度降低，危及安全。蒸汽发生器锅炉受热面使用的钢材一般为碳钢，在使用过程中保证金属壁温在450以下。蒸汽发生器锅炉正常运行时，金属壁温一般在280以下。当蒸汽发生器锅炉受热面没有水垢时，金属受热后能迅速向水中传热，两者温差在30左右。但是如果受热面结垢，情况就大不一样了。比如工作压力为1.25Mpa的蒸汽发生器锅炉受热面覆盖1 mm厚的水垢(混合水垢)时，金属壁与蒸汽发生器锅炉水的温差会达到200左右。也就是说，金属壁温在钢的允许温度之内。但当尺度为3 mm时，金属壁温升至580，远远超过钢材的允许温度。所以此时钢材的抗拉强度会从3.92Mpa降低到0.98Mpa，蒸汽发生器锅炉受压部件在内压作用下会出现过热起泡、变形、泄漏甚至爆炸的情况。此外，金属壁温的增加会使金属拉伸，例如长度为1米的炉管每100拉伸1.2毫米，会导致没有弹性余量的受热面炉管开裂。实测数据表明，金属壁温随氧化皮厚度的增加而增加。水垢越厚，金属壁温越高，所以发生故障的概率越大。

3.破坏水循环。蒸汽发生器锅炉水循环有两种方式：自然水循环和强制水循环。前者是上升管和下降管中蒸汽和水的比重不同而产生的压力差引起的水循环。后者主要是靠水泵的机械动力强制循环。无论什么样的流通模式，都是通过规划来计算的，也就是说保证有一个满意的流通截面积。当炉管内壁形成水垢时，管内流动截面积会减小，移动阻力增大，破坏正常的水循环，从而增加火面金属壁温。管道安全被水垢堵塞时，水循环会完全停止，金属壁温会更高，长时间过度燃烧容易爆炸。水冷壁管均匀布置在炉膛内，吸收辐射热。如果在距离集箱约400 mm处的面向火的高温区域形成氧化皮，很有可能造成起泡、泄漏、扭曲、爆炸等故障。

4.增加维护量，浪费很多钱。一旦蒸汽发生器锅炉结垢，必须根除，以保证蒸汽发生器锅炉安全经济运行。因此，必须选择化学试剂，如酸和碱，以根除水垢。规模形成越厚，消耗的化学品越多，投入的资金越多。举个例子，一台1T/H蒸汽发生器锅炉，如果水垢均匀3 mm，需要0.5吨的化学药品才能去除一次水垢，加上人工成本，大概需要2500元左右。根据蒸汽发生器锅炉吨位的不同，如果加上吨位，就要加上所需化学品的三分之一，资金也相应增加。一般来说，消除滚筒中的结垢是方便的，但消除管中的结垢是相当困难的。不仅如此，如果发生爆管，更换新管时不方便焊接。修补鼓包时要求高，时间长，施工难度较大。一次大疱性斑贴矫正大概需要1-2万元。总之，无论是化学除垢还是修复采购数据，都会耗费大量的人力、物力和财力。

5.缩短蒸汽发生器锅炉使用寿命。一般蒸汽发生器锅炉在正常运行条件下，使用寿命可连续运行20年左右。但是为什么现在运营单位的蒸汽发生器锅炉大多达不到这种寿命？原因很多，其中一个就是规模的影响。滚筒起泡，修理后应适当减压以确保安全。因此，蒸汽压力较高的机组必须更换新蒸汽发生器锅炉。有些单位还会因蒸汽压力低而影响产品质量，甚至出现次品，直接影响经济效益。有的蒸汽发生器锅炉因为鼓泡面积大，变形严重，不得不报废；有些蒸汽发生器锅炉虽然可以整改，但因为修理费用太高，不值钱，只能报废。酸洗方法不当或频繁酸洗也会影响蒸汽发生器锅炉的使用寿命。另外，由于水垢富含卤素离子，在高温下会腐蚀铁，使金属内壁变脆，继续向金属壁深处发展，构成金属腐蚀，缩短蒸汽发生器锅炉使用寿命。

第三，规模的规避

为了保证蒸汽发生器锅炉的运行不结垢或薄垢，必须加强蒸汽发生器锅炉给水的处理，这是保证蒸汽发生器锅炉安全经济运行的重要环节。为避免结垢，一般采用以下方法来避免：

1.锅外水处理。该方法适用于各种蒸汽发生器锅炉。现在石灰和纯碱软化法对炉外水处理有很强的作用，就是在澄清水中加入适量的生石灰和纯碱，达到软化的目的。石灰-纯碱的软化方法有两种：冷法和热法。冷法在室温下进行，以将水中的残余硬度降低到1.5 ~ 2毫当量/升。热法是将水温加热到20 ~ 80，使水中的残余硬度降低到0.3 ~ 0.4毫当量/升。因此，应尽可能选择热方法来提高软化效果。离子交流软化法主要依靠钠离子交换器中的交流树脂进行软化处理。由于AC树脂吸附能力强，能吸附水中游离的钙镁离子，使蒸汽发生器锅炉给水硬度达到合格标准。离子交换剂有无机和有机两种。无机通讯树脂只能在外观上互相沟通，软化效果差，应用少。而有机交换树脂的特点是颗粒中心结构松散，交换反应可以在颗粒内外同时进行，软化效果好，因此应用广泛。

2.锅内水处理。该方法主要是在蒸汽发生器锅炉水中加入化学物质，与蒸汽发生器锅炉水中形成水垢的钙盐和镁盐一起形成松散的沉淀物，然后通过排污的方式将沉淀物排出炉外，以避免(或减少)蒸汽发生器锅炉结垢。炉内化学处理一般用于小型低压火管蒸汽发生器锅炉。常用的锅内水处理药物有磷酸三钠、碳酸钠(纯碱)、氢氧化钠(烧碱)、有机胶体(栲胶)。加药时，各种药物要先配成溶液，再加入锅内。一般磷酸三钠溶液浓度为5 ~ 8%，碳酸钠溶液浓度不超过5%，氢氧化钠浓度不超过1 ~ 2%。给药方式有两种：定期给药和连续给药。定期加药主要靠加药罐。连续给药时，在供水设备前，将药物依次送入供水系统。至于蒸汽蒸汽发生器锅炉，最好采用逐次加药的方法，使药液在蒸汽发生器锅炉内均匀。在选用蒸汽发生器锅炉水处理的地方，应加强蒸汽发生器锅炉排污，使形成的污泥和污物排出炉外，效果良好