锅炉水垢的形成及水垢的清洗

锅炉水垢的形成及水垢的清洗

锅炉是各工业部门、城市居民和公共设施的主要热能动力设备。锅炉按其功能分为采暖锅炉、工业锅炉和发电锅炉;按其使用压力分为低压锅炉、中压锅炉、次高压锅炉、高压锅炉、亚临界参数锅炉和超临界参数锅炉;按工作介质的循环方式分为自然循环锅炉、强制循环锅炉和直流锅炉;按燃料分为燃煤、燃气、燃油、电力锅炉。不管锅炉在运行过程中采取任何水处理方法，也只能有限地减少炉内结垢和延长锅炉运行时间，不能保证锅炉永不结垢。另外锅炉给水还会带入腐蚀金属的氧化物，使金属受热面上发生化学反应，造成垢下腐蚀。由于水垢和腐蚀，造成了锅炉导热性下降、排烟温度增高，使燃料消耗量增加、锅炉效率下降、金属过热;金属过热也会使强度下降，造成局部变形、鼓泡，使锅炉受到严重破坏，甚至引起爆炸事故。因此锅炉清洗是非常重要的。

1、水垢的形成

锅炉运行期间，受热面管壁经常产生一层白色固体的附着物，这就是人们常说的水垢。水在炉内被加热到饱和温度时，不断蒸发、浓缩，使炉水中钙、镁碳酸盐的浓度越来越高，当超过溶解度时，就会从水中分离出来，大部分附着在锅壁和管道上，影响传热，有的沉淀在锅底，易于排污排除。水在炉内加热后，重碳酸钙盐受热分解转化为难溶于水的碳酸钙，重碳酸镁分解成为碳酸镁，而碳酸镁分解又转化为难溶于水的氢氧化镁。随着锅炉水温度的提高，碳酸钙、硅酸钙在水中溶解度下降，故有一部分此类盐就从水中析出来形成水垢。

2、水垢的种类和性质

由于给水含盐和炉水的组成性质以及生成水垢的具体条件不同使生成的水垢的种类和性质就不同，按水垢化学成分可分为以下几种。

1)碳酸盐水垢：颜色为白色，在碱性炉水中pH>10，则形成松软垢渣沉淀;若炉水pH过低，则生成坚硬的水垢附着在锅炉壁上。

2)硫酸盐水垢：外观黄白色，是坚硬和质密的水垢，常附着在锅炉蒸发面上。

3)硅酸盐水垢：外观灰白色，这种垢非常坚硬导热性很差，容易在锅炉辐射受热面聚集。例如，水冷壁内最易沉积此垢。

4)含油水垢：外观发黑，当给水混入油脂后，就会结生含油的水垢，这种水垢比较疏软，常沉积在锅炉温度最高的部位上。

5)泥垢：泥垢是在泥水中含有流动性的固型物，当泥垢含量较大时，也易有少量附在锅炉蒸发面上，形成难以用水冲掉的再生水垢，一般均沉积锅底，随排污排出。

以上仅为水垢的大致分类，水垢的详细种类只有通过物理、化学分析的方法才能确定。目前发现的水垢已有几十种。要清除水垢，首先要了解水垢的主要成分。水垢简易判断方法见表1。

3、水垢的危害

水垢影响锅炉的正常运行，具体危害如下。

1)水垢的导热性能很差，比碳钢的导热性能低30～50倍。受热面有水垢后，热能传递困难，致使锅炉水吸热量减少，锅炉的蒸发量降低，排烟温度升高，造成排烟热损失增大。据试验，在锅炉壁上生成1mm厚水垢多耗煤5%～8%，锅炉效率降低1%～2%。

2)受热面结垢后，受热面壁温增加，强度降低，严重时引起金属过热，容易发生爆炸事故。

3)水垢的各种化学盐类，在不同条件下对金属起着腐蚀作用。

4)清除水垢不但增加了检修费用，浪费了人力、物力，而且使受热面受到损失，降低锅炉寿命。

4、锅炉水垢的清除

清除水垢前应了解水垢的性质和垢厚，水垢性质可根据外观及水源水质判断，最好是经过化学分析鉴别。结垢的厚度应当按水垢平均厚度来考虑。一般除垢方法可分两大类。

1)手工及机械除垢

这种方法可使用手锤、铲刀、刮刀、金属刷子、洗管器等工具用人力直接从锅炉壁上除去水垢。这种方法操作简单，易于实行，但劳动强度大，费时间长，易受锅炉结构型式的限制，除垢时锅炉壁易受机械损失。

2)化学除垢

碱洗法

清洗世界间才能疏软、龟裂和剥离。

酸洗法

1)烧碱喷射法：用质量分数50%～60%的烧碱熔液2～5kg，加热到80℃左右，装在喷雾器内，从手孔和人孔处向锅炉壁、炉管等处喷射，经过2～3h后，再用温水喷射一次洗去碱溶液及落掉的水垢片。操作时要作好防护工作，以免发生事故。

2)碱煮法：根据结垢程度，确定用药量，一般可保持碱的质量分数在3%左右为宜，碱煮药剂用量可参照表2(详细情况仍应根据反应方程进行计算)。在无磷酸三钠时，可用Na2CO3代替。对有严重的铁锈和污垢的锅炉，表2中药量可以增加50%以上。

碱煮时应注意以下事项。

(1)锅炉进药前应将水上到最低可见水位，碱煮过程维持最高水位，但碱水不可进入过热器中。

(2)碱煮过程要对水位进行分析，每1～2h取水样分析一次，直到磷酸盐含量达到稳定时为止。随着用清水换水，使炉水达到运行标准，查炉时间一般为30～60h。

(3)碱煮过程要逐渐加压到0.07～0.1MPa时，维持一段时间再降压，然后升到工作压力的75%。

(4)为防止碱灼伤，需备2%的硼酸和2%的高锰酸钾溶液。

(5)碱洗后应立即洗冲沉积物和泥渣，以防止再次硬化。

总之，碱洗比较简单，费用低，但水垢需要长时国内外比较成熟的水垢的清洗是酸洗除垢。此法比较有效、经济、简便、迅速。酸洗用酸有盐酸(HCl)、硫酸(H2SO4)、硝酸(HNO3)、氨基磺酸(NH2SO3H)、磷酸(H3PO4)、甲酸(HCOOH)、乙酸(CH3COOH)、羟基乙酸(CH2·OH·COOH)、柠檬酸(H3C6H5O7)、EDTA(乙二胺四乙酸)等。其它酸费用过高，故一般用盐酸。

当前国内外在酸洗除垢工作中，采用了不少的新技术，如用柠檬酸、柠檬酸氨和氨基磺酸等方法，也有的用特殊的有机酸和表面活性剂等。在用酸洗设备方面，目前大部分用耐酸泵、进、出水管道、药剂槽等，也有一些单位尝试使用全自动清洗平台。

1)酸洗除垢的原理

(1)溶解作用：盐酸能与钙、镁离子、碳酸盐和氢氧化物起作用，生成易溶于水的氧化物：CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑MgCO3+Mg(OH)2+4HCl=2MgCl2+3H2O+CO2↑

(2)剥离作用：盐酸不但能溶解锅炉金属表面的氧化物，而且能使附在金属表面的氧化物剥离下来：FeO+2HCl=FeCl2+H2OFe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O

Fe3O4+8HCl=2FeCl3+FeCl2+4H2O

(3)疏松作用：夹杂碳酸盐的永久性水垢、盐酸与碳酸盐化合产生大量的二氧化碳，伴随一定的搅拌作用使水垢疏散和脱离。

2)缓蚀剂的应用

酸既能除垢，但却又腐蚀金属，所以为使金属避免腐蚀，须在酸液中加缓蚀剂，以防止金属腐蚀，因此缓蚀剂对所有工业清洗是重要的，而且对锅炉除垢更是关键，常见缓蚀剂如下。

(1)乌洛托品：学名六亚甲醛四胺，白色固体，用于黑色金属/硫酸或盐酸溶液体系，可显著抑制腐蚀，缓蚀效率比较高，能减少氢对金属的渗透和损伤。

(2)若丁：是我国最早仿制的酸性介质缓蚀剂，由邻二甲苯硫脲、糊精、氯化钠和皂角粉混合而成。适用黑色金属/盐酸、硫酸或磷酸体系。一般使用质量分数0.2%～0.4%。

(3)沈1-D：是一种我国早期仿苏联的缓蚀剂产品，是苯胺、甲醛的缩合物，适用钢铁/盐酸体系。

(4)Lan-5：硝酸酸洗缓蚀剂，由苯胺、乌洛托品等组成，适用于钢铁/硝酸体系。

(5)Lan-826：多用酸洗缓蚀剂，是一种目前广泛应用的高效多能的缓蚀剂，适用多种金属/多种酸的体系。

(6)TPRl-6EDTA清洗专用缓蚀剂：由国家电力公司西安热工研究所生产，用于多种金属/无机酸和有机酸体系。

缓蚀剂的选择原则如下。

(1)缓蚀率高，缓蚀率一定要在98%以上;(2)易溶于酸液中;(3)稳定性好;(4)低毒，对环境污染少或无污染;(5)能阻氧向钢铁的扩散;(6)不影响酸类对除垢的影响。

3)酸洗除垢的技术条件

(1)锅炉通过检查必须要酸洗后，应对有结垢的炉管样品进行静态浸泡和强制循环酸洗的小型试验，然后确定切实可行的酸洗方案。

(2)若锅炉壁内部表面有严重的溃疡性腐蚀，应先将损伤比较严重的部分进行切换后再进行清洗，否则在酸洗过程中可能会引起渗透，影响酸洗工作顺利进行。

4)酸洗系统的确定酸洗系统应根据锅炉结构的特点、污脏的部位和程度以及现场设备的条件而定。通常有2种方法。

(1)静态浸泡酸洗：即把配好的酸液注入锅炉内，根据情况保持一定的温度(一般酸洗在常温下进行，需要加温，一定不可超过(55±1)℃，否则对锅

炉材质有腐蚀);让酸液在炉内浸泡一定的时间，然后将酸液排出炉内。此法缺点是在炉内酸液浓度均匀，效果不理想，其次是脱落的垢片积于锅筒、管内的底部，可能堵塞管道;优点是设备简单。

(2)强迫循环酸洗：采用这种系统时酸液一般从下联箱进入，再从另一回路的下联箱回至酸箱(此法应配酸洗溶液箱、流量计、输酸管道和耐酸防腐泵等，最好用先进的清洗平台)。强迫循环酸洗法是酸洗锅炉的趋势。

5)酸洗工艺条件

(1)酸洗温度越高，水垢清除的效果越好，但是对金属的腐蚀会因温度的升高而加速。故前述锅炉酸洗温度一定不能超过(55±1)℃，最好在常温下进行。

酸洗温度应加控制，一般控制在(55±1)℃为宜。根据经验，最好在常温下进行，对此应特别注意。

(2)盐酸的浓度应根据水垢的性质及水垢的厚度选择，为了减少酸洗时对金属的腐蚀，盐酸的质量分数一般为4%～6%，最大不超过12%。为了有效清除硫酸盐和硅酸盐水垢，应先用碱煮(先起疏软、龟裂、剥离、转型作用)，然后再进行酸洗。若单纯进行硅酸盐水垢和硫酸盐水垢清洗可在盐酸中加少量氢氟酸，质量分数应严格控制在0.5%～1%为宜。

(3)酸洗的时间：酸液和金属面接触的时间越长越对金属有腐蚀，因此酸洗中凡是静态浸泡应保持在4～8h，强制循环保持在2～4h，最多不可超过12h。水垢过厚可适当延长，具体判断应定期(30min)抽测酸液浓度*，当两次分析酸液浓度相差很小时，即认为反应结束。

(4)缓蚀剂的添加量应与酸液浓度有一定的比例。所用缓蚀剂的品种不同添加量也不同，一般应遵循说明书操作。

6)锅炉酸洗除垢的工艺过程

(1)检查炉体及管道，如有腐蚀、穿孔或裂缝应先修补，并作好检查记录，在可能情况下拍片，以便日后考查和比较清洗效果。垢样应进行分析。

(2)根据确定的清洗方案和系统，计算必要的清洗药剂和贮备设备。

(3)按照所采用的酸洗方法进行准备和安装(即准备防护用具及循环管道设备等安装)，同时可进行酸洗前锅炉的冲洗工作(先冲净炉内水渣及泥垢，以防止浪费酸液，降低酸洗效果)

(4)必须准备足够量的配药及冲洗用水，以免由于酸洗过程水量不足而影响酸洗工作的顺利进行;同时还要对酸的浓度和质量进行检查，以免混有其它酸和药剂。

(5)一切准备好，经有关人员检查后，回酸管路开始正常运行。

(6)酸洗进酸：把配好的缓蚀剂按规定的条件注入锅炉，要在半小时内把酸进完，为提高酸洗除垢效果，可将进酸管路接在水垢较厚的地方。

浸泡或循环：进酸完即为浸泡，在此过程中每隔半个小时取样化验一次，直至两次化验浓度差低于20%为止。

回酸(排酸)：浸泡，循环结束后，应在半小时内排掉炉内酸液，以防对锅炉的腐蚀。

中和余酸和水冲洗：酸液排完后，要中和冲洗，先用冷水冲洗几次，再把锅炉上满水加入1%的纯碱煮半小时后中和余酸，放出碱后，再用清水冲洗，直至排水水清为止。

钝化处理：使锅炉表面形成良好钝化膜，防止锅炉运行期腐蚀。

(7)清洗评价：检查锅炉及酸洗效果，以达国家相关标准为宜。

(8)锅炉清洗后的保养

短期停炉可采用压力保养法;停炉3个月之内可采用湿保养法，即将质量分数为10%的碱性保护液注入锅炉，其水溶液成分为氢氧化钠2kg/t或磷酸三钠钠5kg/t;锅炉长期使用可采用干法保养。

5、锅炉清洗的注意事项

1)锅炉清洗必须要有相应的专业资质单位来实施，电力系统锅炉清洗一般应有A、B资质证，至少须有C级证;对于低压锅炉清洗必须获有省级以上批准的资质证件。

2)在锅炉清洗前，工厂一定要作出清洗规划，在清洗工程中，甲乙两方必须密切配合，在安装临时管线、阀门、仪表时特别要注意安全，以防在清洗时破坏，严防药剂渗漏，若出现问题应立即采取防治措施。清洗结束后，应对汽包和联箱、管道中的污物、泥渣、沉积物等彻底清理清洗，废液排除一定要按综合环保标准办理。

6、结束语

锅炉的清洗国内外尽管已采取比较安全、经济、可靠的方法，但从环保和安全的角度考虑，锅炉的物理清洗、微生物清洗正渐受青睐。我国一些专业清洗企业正尝试用物理方法清洗锅炉，如蒸汽加氧吹洗法、高压水流喷射法、电解清洗法、超声波清洗法等。另外在管理和技术上，建议严格管理和控制，一切按锅炉清洗规范操作，要达到相关锅炉清洗标准。