锅炉水垢的形成、种类和危害

        水垢是附着在锅内受热面上的一层坚硬的沉淀物，很难将其清除，而水渣则是沉淀于锅内受热面上的泥渣，可以通过排污将其排除。
        一、锅炉水垢的形成原因
        1．由于锅内的水不断受热蒸发浓缩，水中可溶性盐类的浓度不断增大，并产生沉淀附着在受热面上。
        2．锅水被加热后，水中含有的重碳酸盐类会发生分解，生成不溶于水的钙镁沉淀物。
        3．水中部分钙、镁盐类的溶解度，随着水温的升高而下降，易在锅内受热强度大的受热面上析出。
        二、锅炉水垢的种类
        1．碳酸盐水垢  是较常见的一种水垢。这种水垢，以钙和镁的碳酸盐为主。随其生成条件不同，水垢结构也不同，它可以是坚硬的“锅石”，也可以是疏松海绵状的软质水垢。一般水垢中碳酸钙和碳酸镁含量在50％以上，称为碳酸盐水垢。它主要沉积在温度较低和蒸发率不高的部位和省煤器、加热器和给水管道中。当炉水连续蒸发时，钙、镁碳酸盐常生成坚实的结晶状水垢，在炉水剧烈沸腾的条件下碳酸钙常沉淀成较厚的泥垢。碳酸盐水垢的比重一般为2.37吨／米³(t／m³)。
        2．硫酸盐水垢    是一种组织致密、较坚硬的水垢。主要积结在温度最高、蒸发率最大的锅炉受热面上。一般把水垢中硫酸钙含量大于50％时，称为硫酸盐水垢。对于长期采用硫酸钙含量高和非碳酸盐硬度大的给水，还会产生鳞状水垢，这种水垢的导热系数仅为通常的硫酸盐水垢的1／2～1／3。硫酸盐水垢较碳酸盐水垢结构坚实，比重达 2.6吨／米³(t／m³)。
        3．硅酸盐水垢    具有非常大的坚硬度和很小的导热系数，是对锅炉受热面危害最大的一种水垢。主要沉积在受热强度较大的锅炉受热面上，其成分为水化硅酸钙 (5CaO·5SiO₂·H₂O)、硅灰石 (CaSiO₃)和镁橄榄石(Mg₂SiO₄)。一般含二氧化硅(SiO₂)在20％～25％的水垢，即称为硅酸盐水垢。
        4．混合水垢    由硫酸钙、碳酸钙、碳酸镁、硅酸钙、硅酸镁和铁的氧化物等混合组成。根据给水中钙、镁盐类的不同成分与数量，其水垢性质差异较大。如有的混合水垢中，掺有因金属腐蚀生成的三氧化二铁和四氧化三铁，铁的含量甚大，竞高达70％～90％。其导热系数与比重，也根据混合水垢物质的组成而差异较大。
        5．泥垢    主要是指沉降在锅壳、锅筒与联箱下部的泥层和悬浮在炉水中的杂质。其成分有碳酸钙、碱性镁盐 (MgCO₃)、氢氧化镁[Mg(OH)₂]、镁橄榄石 (Mg₂SiO₄)、铁铝氧化物、有机质和悬浮物等。其中絮状的氢氧化镁、磷酸镁等成分，很容易粘附在蒸发面上，形成难以冲刷的二次水垢。
        6．含油水垢    当水中含油量较大而水的硬度又较小时，易生成黑色疏松的含油水垢(其油质含量可占5％以上)，常沉积在炉内温度最高的部位上，这种水垢难以清除。
        水垢成分的简单定性试验方法，见表7— 7。
        表7—7    水垢的定性试验方法

水垢主要成分	颜色	鉴别方法
碳酸盐	白色	加盐酸可溶解，而且能生成大量气泡，溶液所剩残渣量极少
硫酸盐	黄白色	加盐酸后缓慢溶解，再加入氯化钡溶液后，生成大量的白   色硫酸钡沉淀
硅酸盐	灰白色	在热盐酸中，可缓慢溶解，溶解过程中残留有砂粒样或透   明状物质，用Na2CO3可在800℃下熔解
油垢	黑色	加入乙醚后，乙醚呈浅黄色
磷酸盐	黄白色	加硝酸溶解，加水稀释后，再加钼酸铵，即生成黄色的磷钼   酸铵
铁铝氧化物	棕褐色	加稀盐酸溶解后，溶液为黄色

        三、锅炉水垢的危害
        锅炉受热面内部不论积存什么性质和任何厚度的水垢，均是有害的。但对于给水中含有较多有害气体，且没有除氧装置时，锅炉受热面结有较薄的水垢[0.5毫米 (mm)以下]，对于防止金属腐蚀，具有一定保护作用。从经济与安全角度来衡量，这种做法也是权宜之计，根本的出路还要对给水除氧，使受热面清洁。
        水垢的危害主要有以下几点：
        1．增加耗煤量  水垢的导热系数仅为钢板导热系数的1／10～1／800，因此，当锅炉受热面内表面结有水垢时，为了保持受热面的蒸发强度，就要多供给热量，从而增加锅炉的耗煤量，且由于传热效率的降低，锅炉排烟温度也相应提高，增加了热量损失，降低了锅炉效率。实验数字表明，由于锅炉受热面上结有水垢，容易造成燃料损失 (表7— 8)。
        表7—8    由水垢造成的燃料损失

水垢成分	水垢的性质	水垢的厚度       [毫米(mm)]	燃料损失(％)。
碳酸盐     碳酸盐     碳酸盐     碳酸盐     硫酸盐     硫酸盐     硫酸盐     碳酸盐     碳酸盐     硫酸盐	硬     软     硬     硬     硬     硬     软     硬     软     硬	0.5     0.78     0.78     1.02     1.02     1.25     1.70     1.70     2.03     2.75	5.4     7.2     8.5     8.0     9.3     11.1     10.8     11.0     15.0     15.9

        2．降低受热面金属强度    钢材的机械强度随着温度的升高而降低。当低碳钢钢板温度超过315℃时，其机械应力即达到屈服点，如超过450℃时，钢板即产生蠕变。故当锅炉受热面内表面结有导热性差、且较厚的水垢时，受热面钢板不能被炉水所冷却，则易产生钢板过热、变形、龟裂甚至爆裂事故。常见的卧式外燃回火管锅炉锅壳前下部，由于蒸发强度高积垢较多极易发生凸出变形；水管锅炉水冷壁或主炉管，也有因结垢较厚、金属过热而发生爆管事故的。如水管内部结有3毫米(mm)厚水垢、管壁温度会由280℃增至580℃，钢材抗拉强度降低而造成钢管爆裂。
        3．增大检修量，缩短锅炉使用寿命     浪费工时、原料、危及工人安全。由于锅炉结垢，运行周期相对缩短，检修时间增加，造成原料、工时的很大浪费。为了清除水垢，检修人员要钻进锅炉内进行除垢工作。当用酸洗时又常与化学药品接触，给工人操作增加了不安全因素。由于要清理受热面上的水垢，无论采用机械方法或化学方法，均对钢材产生损害，或造成机械伤痕，或腐蚀金属表面，以致缩短锅炉使用寿命。
        4．水垢的导热系数很小   水垢能降低锅炉的传热效果，使锅炉的热效率下降。表7—9中列出不同水垢的平均导热系数。
        表7—9    各种不同水垢的平均导热系数

水垢种类及其化学成分	水垢特征	导热系数[瓦／米·K       (W／m·K)]
含油水垢	坚硬	0.12～0.17
硅酸盐水垢(SiO250％以上)	坚硬	0.06～0.23
硫酸盐水垢(CaSO450％以上)	坚硬致密	0.58～2.90
碳酸盐水垢(CaC03MgC0350％以上)	由无定形粉     末到坚硬	0.58～5.81
混合水垢	坚硬，致密	0.81～3.49

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