鍋爐的結垢、危害及防垢技術

鍋爐的結垢、危害及防垢技術

一、垢的生成

鍋爐水中的鈣、鎂離子濃度乘積超過濃度積、使鈣、鎂累從爐水中結晶出來，并附著在受熱面形成水垢，受熱面表面粗糙不平，有許多微小凸出的小丘，可能成為水中析出固體的結晶核心。金屬表面覆蓋著一層金屬氧化膜，由于其表面的“剩余化合鍵力”具有很大的吸附能力，也能成為金屬表面和水中析出的粘結層。對于新裝鍋爐在運行前不做鈍化處理或鈍化膜形成的不完整、已結垢鍋爐，這種現象更為明顯。水中鈣、鎂濃度超過濃度積的原因：

①隨著水溫升高，鈣、鎂鹽類在水中的溶解度下降;

②爐水不斷受熱蒸發，水中的鈣、鎂鹽類逐漸濃縮；

③水中某些鈣、鎂鹽類因受熱而發生“熱分解”作用，從易溶于水的物質變成難溶于水的物質而析出：

Ca(HCO₃)₂—CaCO₃+CO₂+H₂O

Mg(HCO₃)₂—Mg(OH)₂+2CO₂

二、垢的種類

①碳酸鹽水垢CaCO₃+ Mg(OH)₂ 白色，不堅硬，加入5%HCl溶解，并有大量的CO₂↑

逸出，多結生熱水鍋爐、軟化水做的不達標或沒有軟化水的蒸汽鍋爐；

②硫酸鹽水垢  CaSO₄ 白色或黃白色，垢質堅硬，不溶于酸，向液體中加入10% BaCl₂溶液，生成大量白色沉淀。

③硅酸鹽水垢 CaSiO₂ 白色或灰白色，堅硬，不溶于鹽酸，手感有毛刺感，加入HF緩慢溶解，加入Na₂CO₃在800℃下溶融；

④油垢  黑色，有彈性，手感滑膩，不溶于酸，加入乙醚后，呈淡黃色；一般使用地表水或給水被油污染的情況下，可能會結生油垢；

⑤氧化鐵垢 Fe₂O₃ Fe₃O₄ 二價氧化鐵為紅色，高價氧化鐵為黑色。加入5%HCl溶解，溶液呈黃色；

⑥磷酸鹽水垢

一般為白色，也有乳黃色，有加磷酸鹽藥劑史，但也有極少情況下因水質磷酸根超標結成的磷酸鹽水垢。其垢對酸堿的敏感程度都較差，清除時需要添加相應的助劑和提高溫度才可清除。

三、垢的危害

水垢的性質因水垢的種類而異，對鍋爐工作影響大的是水垢的導熱系數及硬度等物理性質，水垢的導熱系數是表示水垢傳導熱量多少快慢的系數，直接影響鍋爐的傳熱效果和金屬壁溫，影響鍋爐的安全性和經濟性；水垢的硬度是指水垢的堅硬程度，關系著鍋爐結垢后是否易于清除，清除水垢是否需要花費較高的代價，是否損壞鍋爐，對鍋爐的安全經濟運行也有重要影響。              

 

常見水垢的導熱系數和堅硬程度表：

水垢種類	碳酸鹽	硫酸鹽水垢	硅酸鹽垢	油 垢
導熱系數λ（W/m?k）	0.58～5.82	0.58～2.33	0.06～0.23	0.12
堅硬程度	隨析出場所而異	堅硬密實	堅 硬	堅 硬

   

普通碳鋼在常溫下的導熱系數為46.5 W/m?k,各種水垢的導熱系數小意味著水垢層傳熱性能差,傳熱阻力大。因而結垢對鍋爐工作的危害是：

1、浪費燃料，降低鍋爐的熱效率

由傳熱學所知，通過固體壁面傳熱量的多少取決于：

①、        壁面兩邊的溫度差

壁面兩邊的溫度差越大，傳熱量就越大。由火焰通過金屬壁面向水蒸汽。傳熱時，火焰溫度越高，水和蒸汽的溫度越低，壁面兩邊的溫差越大，傳遞的熱量越多。

②、        傳熱壁面面積的大小

壁面面積越大，傳遞熱量越多，壁面面積越小，傳遞熱量越少。

③、        導熱系數與壁厚的比值

壁面導熱系數截面越大，壁厚越小，其比值就越大，相應地傳遞熱量就越多；壁面導熱系數越小，壁厚越大，其比值越小，相應的傳熱量就越少。

當鍋爐受熱面結垢時，本來通過金屬壁面傳遞熱量變成了金屬層和垢層兩層壁傳遞熱量，此時傳熱面積變化不大，如果壁面兩邊的溫差也變化不大的話，由于垢層導熱系數非常小，傳熱壁面加厚，使得阻力，大大增加，傳熱量明顯降低。即使垢層僅有1mm厚即會明顯地降低產氣量，增高排煙溫度，造成能源浪費。

在沉積水垢的情況下，為了保持原有的蒸發量和蒸汽（熱水）參數，就得多燒燃料以提高火焰和煙氣溫度，這部分多投入的燃料就是因結垢而造成的燃料損失。據粗略估算，受熱面結1mm水垢，熱效率下降5%，鍋爐浪費燃料8%。

2、提高結垢部位金屬壁的溫度

金屬結垢后就會過熱，金屬會出現蠕伸、變型、鼓包，嚴重時發生過熱暴管。

水垢層是位于金屬壁面和受熱介質—水氣之間的，由于水垢層導熱系數小，有顯著的隔熱作用，結垢后大幅度提高金屬壁面的溫度。據估算，對蒸發受熱面，沉積水垢的爐膽常會過熱塌陷，沉積水垢的受熱鍋殼（鍋筒）常會過熱鼓包，沉積水垢的受熱面管子則常會過熱暴管。

3、影響介子流動

蒸發受熱面管子結垢后，由于吸熱量減少，流通截面減少，流動阻力增大，對鍋爐的循環造成不利的影響。結垢嚴重的時甚至堵塞管子，影響介子流動，無法清除時只好將鍋爐報廢。

4、造成經濟浪費

沉積水垢即使有法清除，需要大量的人力、物力、財力。造成經濟浪費，垢對金屬的改變，影響壽命引發鍋爐爆炸事件。

5、影響系統散熱

在眾多的生活供暖系統、給水溫度、回水溫度及散熱面積均符合國家規定標準，諸多的原因是系統管路結垢影響了流量，或者是散熱器結垢阻礙了散熱。

6、垢下腐蝕 

鍋爐的垢下腐蝕是相當嚴重，也非常普遍，因大部或局部的結垢所導致的腐蝕破壞也很多。

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