淺談鍋爐水質與安全節(jié)能運行
鍋爐用水水質的好壞，直接影響到鍋爐的安全、經濟運行。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
水是一種良好的溶劑，可以溶解許多雜質。水中的雜質按顆粒直徑大小分為懸浮物、溶解物、膠體物三大類。水垢的形成是一個復雜的物理化學過程，其原因有兩個方面：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；二是固態(tài)物質從過飽和的爐水中沉淀析出并粘附在金屬受熱面上，是水垢形成另外原因。當含有鈣、鎂等鹽類雜質的水進入鍋爐后，吸收高溫煙氣傳給的熱量，鈣、鎂鹽類雜質便會發(fā)生化學反應，生成難溶固體物質析出。所析出固體物質就會附著在鍋筒、水冷壁管等受熱面的內壁上，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。
二、水垢對鍋爐安全、經濟運行的危害
?。ㄒ唬墓?jié)能減排角度出發(fā)，鍋爐水垢存在以下危害：
1、降低鍋爐熱效率，浪費大量燃料。鍋爐結生水垢后，受熱面的傳熱性能變差，燃料燃燒時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。實驗數(shù)據表明，當結生水垢達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57.82萬臺鍋爐來看，如果僅一部分鍋爐結有不同程度的水垢的話，所浪費的燃料也是十分驚人的。
2、縮短鍋爐使用壽命，浪費大量資金。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。而現(xiàn)在部分使用單位的鍋爐沒有達到這一壽命，其原因是多方面的，其中之一就有水垢的影響。鍋爐結垢嚴重引發(fā)鍋筒鼓包、水冷壁或對流管束爆管。鍋筒挖補修復后，要根據實際情況對其適當降壓使用，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品質量，甚至出現(xiàn)次品，直接影響經濟效益。
（二）從鍋爐運行安全角度出發(fā)，鍋爐結生水垢存在以下危害：
1、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。當爐管內壁結生水垢后，會使得管內流通截面積減少，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。當管路完全被水垢堵死后，水循環(huán)則完全停止，金屬壁溫則更高，長期下去就易因過燒發(fā)生爆管事故。
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的鍋爐受熱面結有1毫米厚水垢時（混合水垢），金屬壁溫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。但當水垢達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4.0Mpa下降到1.0Mpa，鍋爐受壓元件就會在內壓作用下發(fā)生過熱鼓皰、變形、泄漏，甚至爆炸。
三、水垢的預防與清除
要保證鍋爐不結垢或薄垢運行，就要加強鍋爐給水處理，這是保證鍋爐安全和經濟運行的重要環(huán)節(jié)。預防水垢生成，通常采用下列方法：人工、機械除垢：一要靠人工錘、刮、鏟等清除水垢，最后沖洗排盡。這個方法除垢效率低、勞動強度大，隨著化學清洗技術的提高，目前很少使用。
（一）機械除垢
依靠專門的清洗工具，如帶有電機、鋼絲軟帶的電動洗管器。清除水垢的物理過程是：當轉軸上的銑刀因電機驅動與軟軸一起轉動時，銑刀和水垢接觸，銑刀不僅跟著軟軸轉，同時也沿管壁移動，將水垢研碎、研細直到剝落。
直徑為35mm～100mm的管內水垢均可清除。
（二）化學除垢
化學除垢分堿洗法和酸洗法，堿洗法就是將不同品種、不同濃度的堿液注入鍋爐，然后在一定的壓力下進行煮爐，從而達到堿洗的目的。酸洗除垢時，酸不僅能清除鍋爐受熱面上的水垢，同時也能與金屬反應，從而使鍋爐遭到腐蝕或穿孔。因此酸洗的技術與要求比較高，鍋爐酸洗除垢時，必須請具有相應酸洗級別的酸洗單位來進行。
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這種方法適用于各種鍋爐。目前鍋外水處理效果可靠的有石灰──純堿軟化法，是向已經澄清的水中加入適量的生石灰和純堿達到軟化目的。石灰──純堿軟化法有冷法和熱法兩種。冷法是在室溫下進行，使水中殘余硬度降至1.5～2毫克當量/升；熱法是將水溫加熱到20～80℃，使水中殘余硬度降至0.3～0.4毫克當量/升。
離子交換劑分無機和有機兩大類：無機交換樹脂只能進行表面交換，軟化效果差，使用較少；而有機交換樹脂的特點是顆粒核心結構疏松，交換反應在顆粒表面和內部可以同時進行，軟化效果較好。
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此法主要是向爐水中加入化學藥品，與爐水中形成水垢的鈣、鎂鹽形成疏松的沉渣，然后用排污的方法將沉渣排出爐外，起到防止（或減少）鍋爐結垢的作用，爐內加藥水處理一般用小型低壓火管鍋爐。鍋內水處理常用的藥品有：磷酸三鈉、碳酸鈉（純堿）、氫氧化鈉（火堿）及有機膠體（栲膠）等。凡采用鍋內水處理的，應加強鍋爐排污，使已形成的泥渣、泥垢等排出爐外，收到較好的效果。
四、結束語
筆者認為，水處理工作是否落實到實處，關鍵在于管理。如果有了水處理設備而不用，等于沒有水處理。因而，這就需要鍋爐使用單位領導樹立“安全第一，預防為主”的思想，真正認識到水處理工作在鍋爐安全運行、節(jié)能減排工作中的重要性。在能源日益緊缺的今天，加強對鍋爐用水質量的管理，促進節(jié)能減排工作的開展，保證鍋爐安全、經濟運行，無疑是一件利國利民的事。
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