广东省特种设备检测研究院东莞检测院 广东东莞 523000
摘要：锅炉由于使用水质存在问题会导致锅炉水垢的沉积，水垢会对锅炉的正常运行产生不利影响，造成生产安全隐患。所以在锅炉使用中要定期对其进行清洗，保证锅炉安全稳定的运行。本文首先就水质对锅炉的影响进行论述，之后针对锅炉化学清洗的技术方案进行说明。
关键词：锅炉；进水；结垢；化学清洗
1 前言
随着经济的发展，锅炉的使用量逐年增加，在多年的锅炉水介质检验检测工作中对其不符合项的跟踪发现，锅炉水硬度和碱度不达标会使受热面结垢，大大降低锅炉传热效率，堵塞管子，受热面金属过热损坏，如鼓包、爆管等。另外还会产生金属腐蚀，减少锅炉寿命，为保证在用锅炉在运行中能够保证热量正常传递，使运行达到锅炉的设计参数，保证锅炉的安全运行，实现节约能源的目的，锅炉使用单位大多能自觉地组织化学清洗[1]，而且进行锅炉的化学清洗是必不可少的。锅炉化学清洗包括新安装锅炉的清洗和运行中锅炉的清洗。新安装锅炉清洗主要是除去腐蚀产物、尘埃和油等从而建立可靠的运行环境，防止投产后产生闭塞区腐蚀；运行中的锅炉化学清洗是为了除去受热面上的水垢和腐蚀物，以消除产生金属腐蚀或局部超高温的诱因，以达到节能和安全的目的，并形成良好的钝化保护膜，以减少腐蚀，延长锅炉使用寿命[2]，为规范锅炉化学清洗工作，防止因化学清洗不当而危及人身安全和影响锅炉安全运行，质检总局颁布了TSG G5003-2008《锅炉化学清洗规则》。
2 锅炉运行中水质对锅炉的影响
2.1 进水水质纯度不高导致结垢
水在锅炉内受热沸腾蒸发后，为水中的杂质提供了化学反应和不断浓缩的条件。当这些杂质在锅水中达到饱和时，就有固体物质产生。产生的固体物质，如果悬浮在锅炉内就成为水渣；如果附着在受热面上，则称为水垢。锅炉结垢会产生如下几种危害：
浪费燃料:锅炉结垢后，使受热面的传热性能变差，燃料燃烧所放的热量不能及时传递到锅水中，大量的热量被烟气带走，造成排烟温度过高，排烟热损失增加，锅炉热效率降低。
受热面损坏：结了水垢的锅炉，由于传热性能变差，燃料燃烧的热量不能迅速地传递给锅水，致使炉膛和烟气的温度升高。因此，受热面两侧的温差增大，金属壁温升高，强度降低，在锅内压力作用下，发生鼓包，甚至爆破。
降低锅炉出力：锅炉结垢后，由于传热性能变差，要达到额定蒸发量，就需要消耗更多的燃料，但随着结垢厚度增加，炉膛溶剂是一定的，燃料消耗受到限制。因此锅炉出力就会降低。
2.2 腐蚀危害
2.2.1金属破坏：水中含有氧气、酸性和碱性物质都会对锅炉金属面产生腐蚀，使其壁厚减薄、凹陷，甚至穿孔，降低了锅炉强度，严重影响锅炉安全运行。
2.2.2 产生垢下腐蚀:含有高价铁的水垢，容易引起与水垢接触的金属腐蚀。而铁的腐蚀产物又容易重新结成水垢。
2.3蒸汽品质恶化
2.3.1蒸汽的溶解携带：水的溶解盐能力是其天然属性之一，这就使得水蒸气也同样具备这项能力。单位体积内的蒸汽所能溶解的盐类物质会随温度、压力不同而存在差异，通常情况下，蒸汽的溶解盐能力正比于蒸汽温度与压力。如果锅炉产生的蒸汽中含有较多盐类物质，那么蒸汽溶解携带较高，蒸汽品质相对较差，设备会因此发生高温现象，蒸汽设备积盐现象发生的概率也大幅提升。所生成的盐类物质会导致金属传热受阻。
2.3.2蒸汽的机械携带
首先对机械携带进行简单解释，机械就是蒸汽锅产生的蒸汽带走炉锅筒内的少量水滴的现象。蒸汽的溶解携带一般可被忽略不计，因为所含有的盐成分质量微小。但是机械携带现象会导致蒸汽含盐量骤增，主要是由于蒸汽会带走大量水分。在锅炉内会存在汽水分离装置，要想保证装置的正常运转需要水质达标，水质不合格会引发蒸汽质量降低。
3 锅炉化学清洗的技术方案
3.1 炉管结垢的化学原理
新的锅炉在刚运行时会形成致密的氧化膜在接触水的一面，反应机理是：
3Fe+4H2O=Fe3O4+4H2
氧化膜的形成对锅炉的正常运行具有积极的作用，炉管金属在氧化膜的作用下能够让腐蚀停止。随着锅炉的使用时间增加，会有疏松的水垢在氧化膜上富集，产生这一现象的原因是在锅炉进水中会有很多杂质，会对氧化膜产生腐蚀。如果使用铜合金制的设备，还会增加铜的沉积。化学清洗范围有汽包、炉水循环泵、下降管、下水包、水冷壁、省煤器及连接管道。根据此锅炉水冷壁特点及参数，具体清洗回路的划分为:Ⅰ和Ⅱ回路。其中:Ⅰ回路主要用于各阶段清洗药液的配制、升温和循环清洗。Ⅱ回路主要用于水冲洗。见图1和2。
水垢产生的危害已经在上文进行详细介绍，下面就锅炉的化学清洗进行说明。
3.2化学清洗的准备
在对锅炉进行化学清洗前需要对水垢成分进行认真分析，通过水垢的成分及厚度可以得到科学的化学清洗周期，同时还能够针对水垢的成分选择针对性较强的化学清洗剂。对于使用锅炉的企业来说，应该把锅炉的定期取样分析作为常规工作之一，以此来保证锅炉的安全运行。通常来说，高压电站的锅炉取样周期为2年，石油化工类企业的取样周期可适当延长。
3.3清洗工艺
在对锅炉进行清洗时候要选择适宜的清洗剂以及清洗工艺。首先是清洗剂的选择，在选择时候要将水垢的成分作为依据，兼顾锅炉的材质、环保等因素。目前在锅炉清洗上最常用的清洗剂是盐酸和乙二胺四乙酸（EDTA）。
3.3.1盐酸清洗
在锅炉清洗中应用盐酸是最简单的酸洗工艺，盐酸会与水垢中的主要碳酸盐发生反应，将难溶的碳酸盐转化为易容的氯化盐。在溶解盐类时候还能够让锅炉表面的金属氧化物被溶解，进而让水垢从炉管上脱落。利用盐酸清洗是弊端是会对锅炉金属部件造成腐蚀，因此需要配合缓释剂共同使用，让缓蚀剂起到保护金属设备的作用，弱化盐酸的腐蚀作用。在盐酸清洗时候，要提前配置好清洗剂，最终用作清洗的盐酸溶液浓度介于5%到10%之间，同时还需要按配比加入缓蚀剂。为了保证洗涤剂具有均匀的浓度，通常在锅炉内对其进行循环，循环时间控制在45分钟左右。
在酸洗锅炉时要对盐酸浓度进行关注，间隔45分测量一次pH值，如果两次测定的浓度差不足0.2%，表明盐酸已经停止与碳酸盐反应。经过45分钟的稳定就可以完成酸洗工作。当清洗结果满足要求之后，需要排空废酸后并用清水洗涤。最后把碳酸钠、磷酸钠等碱性溶液注入锅炉，加热至沸腾保持45分钟，冷却后排空碱性溶液并用清水冲洗。目的在于中和残留酸液并再次生成致密氧化膜。至此，整个盐酸清洗锅炉工作完结，对废酸要进行中和处理，不能直接排放。
3.3.2乙二胺四乙酸清洗
EDTA的清洗原理与盐酸不同，盐酸是溶解而EDTA是螯合，这就使得EDTA清洗具有显著优势。第一，不会在清洗过程中腐蚀金属设备；第二，能够同时除去铜制与铁质设备水垢；第三，锅炉内的清洗剂可以循环流动，清洗效果更加显著。
利用EDTA完成锅炉清洗工作时候，有两种不同的清洗剂加入方法。第一种：提前配置好EDTA清洗剂，注入标准液位。这种方式简单易操作，但是容易造成清洗剂的浪费，因为液体处于沸腾状态时会让液位上涨，超出刻线的清洗剂需要排出。第二种：在锅炉中注入标准液位的清水，待水沸腾后排出多余清水，之后加入清洗剂EDTA。
将EDTA作为清洗剂时，要严格控制液体浓度，保证EDTA质量浓度在10%之内。方便快捷的操作方法是，控制EDTA初始浓度在5%，之后缓慢加入分析纯的EDTA，达到标准浓度停止加药。为了让清洗效果得到加成，通常将清洗温度控制在130℃（上下浮动10℃），在实际清洗时候主燃烧室处于停止状态，利用点火器维持清洗剂的所需温度。
EDTA清洗锅炉分为两个步骤：
第一步将铜以外的水垢清除。EDTA溶液的腐蚀性明显弱于盐酸，基本可忽略不计，所以在清洗时候通常在锅炉内停留时间较长，该步骤终止的标志是2到4小时内清洗剂铁含量维持固定值。这一步骤的操作重点在于控制EDTA浓度超过1%，以此来保证较好的清洗效果。
第二步将铜水垢清除。在该步骤开始前要降低清洗剂温度，控制温度在65℃左右，之后将氧化剂加入锅炉中，常用的氧化剂有氧气和双氧水。铜杂质与氧化剂发生氧化反应，之后与EDTA发生螯合作用。与第一步相比，第二步的反应速度非常迅速，仅需要3小时左右就可以完成整个清洗作用。所加入的氧化剂除了能让铜发生氧化，还能够在设备表面形成氧化保护膜。最终得到的EDTA废液需要按照环保标准进行处理。
4 小结
对于锅炉设备来说，清洗能够保证锅炉设备的正常运行，在清洗工艺中化学清洗是最常用的方法。清洗浓度宜低逐渐升高，清洗用量宜少逐渐增多，清洗时间宜短逐渐延长，化学清洗以不腐蚀锅炉为前提。进行化学清洗能够减少能源消耗，提升设备的安全性能指标。在清洗过程中要分析水垢成分选择科学合理的化学清洗方法，保证最佳的清洗效果。
参考文献
[1]李兴.锅炉化学清洗质量评价方法探讨[J];清洗世界;2011，27(7):34-37.
[2]金栋，周英，杨麟，等.锅炉水处理及质量监督检验技术[M].北京：中国锅炉水处理协会，2011：496～497.
[3]陈怀满.土壤-植物系统中的重金属污染[M].北京:科学出版社，1996:27-28.
[4]赵多勇.工业区典型重金属来源及迁移途径研究[D].中国农业科学院，2012.
{5]乔志香，金春姬等.重金属污染土壤电动力学修复技术[J].环境污染治理技术与设备，2004，5(6):80-83.
[6]闫兴凤，李高平，王建党等.土壤重金属污染及其治理技术[J].微量元素与健康研究，2007，24(1):52-54
[7]周启星，宋玉芳.污染土壤修复原理与方法[M].北京:科学出版社，2004.
[8]骆永明，滕应.我国土壤污染退化状况及防治对策[J].土壤，2006，38(5):505-508.
论文作者:黎慧红
论文发表刊物:《基层建设》2018年第7期
论文发表时间:2018/5/25
标签：锅炉论文; 水垢论文; 化学论文; 盐酸论文; 蒸汽论文; 清洗剂论文; 浓度论文; 《基层建设》2018年第7期论文;