福建省锅炉压力容器检验研究院南平分院 福建南平 353000
摘要：工业锅炉水垢的存在严重的危害着锅炉的运行，垢样分析对于锅炉的清洗极为重要，垢样分析经过了几十年的发展，技术越来越成熟。文章重点就国内工业锅炉的垢样分析进行论述，以供参考。
关键词：工业锅炉；垢样分析；研究；分析
引言
锅炉是工业生产和人民生活中广泛使用的特种设备，是生产蒸气或热水的热工设备之一，其传能介质原料是水。锅炉用水水质的好坏，对其安全运行及能源消耗有很大的影响。当锅炉用水不合要求时，锅炉受热面就会结生水垢，因而不仅浪费大量的燃料，还会危及锅炉安全运行。据有关资料介绍，目前全国有近40万余台锅炉，在每年的事故统计中，因水垢严重引起的事故超过事故总数的20％，结生水垢每年要浪费燃料达千万吨，并造成几亿元的经济损失。福建浦城某企业2014年2月投用的一台型号SZL20-1.25-WⅡ.AⅠ的锅炉发生爆管事故，上下锅筒水冷壁管堆集大量的垢样（如图）。
1工业锅炉垢样概述
1.1水垢的形成及性质
水垢的形成是一个复杂的物理化学过程，其原因有内因和外因两个方面：一是水中有钙、镁离子及其它重金属离子存在，是水垢形成的根本原因；二是固态物质从过饱和的炉水中沉淀析出并粘附在金属受热面上，是水垢形成的外因。当含有钙、镁等盐类杂质的水进入锅炉后，吸收高温烟气传给的热量，钙、镁盐类杂质便会发生化学反应，生成难溶物质析出。随着炉水的不断蒸发逐渐浓缩，当达到一定浓度时，析出物就会成为固体沉淀析出，附着在锅筒、水冷壁管等受热面的内壁上，形成一层“膜”，阻碍热量传递，这层“膜”称之为水垢。水垢的组成或成分是比较复杂的，通常都不是一种单一化合物，而是以一种化学成分为主，同时含有其它化学成分。按其水垢的化学成分，一般可分为碳酸盐水垢、硫酸盐水垢、硅酸盐水垢、氧化铁水垢、含油水垢、混合水垢及泥垢等几种。
1.2垢样的分类
水垢往往不是单一的化合物，但经常以某种组分为主出现，其物理特性及化学特性因水质的不同、生成部位的不同有很大的区别。以二级钠离子交换软化水作为锅炉补给水的中、高压锅炉，其锅垢组分以硅酸盐为主；以除盐水作为锅炉补给水的高压或超高压以上的锅炉，其水垢组分主要为铁，铜的氧化物；以一级钠离子交换软化水作为锅炉补给水的中低压锅炉，其水垢成分主要为碳酸钙、硫酸钙以及硅酸钙等。按水垢的化学组成可将其大致分为以下几类：第一，钙镁垢，以钙镁盐类为主，常在给水管路、省煤器、锅筒、水冷壁管和下联箱等部位生成，钙镁垢的生成速度主要与锅炉的热负荷和结垢物质的离子浓度有关；第二，硅酸盐垢，该水垢的成分比较复杂，大部分是铁、铝的硅酸化合物，化学组分及结构与一些天然的矿物基本相同；第三，氧化铁垢，主要生成在一些高参数大容量锅炉热负荷比较高的管壁上，主要与炉水中铁的氧化物含量和锅炉的热负荷有关；第四，铜垢，热力设备的含铜部件遭受腐蚀时，腐蚀产物进入锅炉内部，形成铜垢，防止铜垢最重要的就是严禁超负荷运行；第五，磷酸盐铁垢，通常发生在分段蒸发锅炉的盐段水冷壁上，该水垢一旦生成，发展速度快，短时间内就可发生爆管事故，因此在运行时应尽量减少锅水含铁量。
2工业锅炉水垢的危害
2.1降低锅炉热效率
锅炉炉膛容积和炉排面积是一定的，无论投加多少燃料，燃料燃烧是受到限制的，因而锅炉的热效率也就不可能提高，但是水垢的导热性能很差，它比钢铁的导热能力低几十倍甚至更低，水垢的存在会使锅炉的受热面传热情况变坏，排烟温度增高，增加燃料消耗量。根据试验，在锅炉内壁如有1mm厚的水垢，就要多消耗煤3％-5％，全国因水垢造成的锅炉燃料浪费触目惊心。
2.2锅炉钢板因温度升高而过热变形
锅炉钢板如结有水垢，又要维持一定的出力，就需要增加一定的热量，因此当有水垢存在时，只有增高锅炉火侧的温度才行，这样水垢越厚，导热性越差，锅炉火侧的温度越高，钢板温度也越高。金属就会因过热而开始蠕动变形，水处理不好，造成堵管曝管、锅炉烧坏和报废。
2.3破坏水循环系统
锅炉水循环有自然水循环和强迫水循环两种形式，前者是靠上升管和下降管的汽水比重不同产生的压力差而进行的水循环，后者主要是依靠水泵的机械动力的作用而迫使循环的。无论是哪一种循环形式，都是经过设计计算的，也就是说保证有足够的流通截面积。当炉管内壁结生水垢后，会使得管内流通截面积减少，流动阻力增大，破坏了正常的水循环，使得向火面的金属壁温升高。当管路安全被水垢堵死后，水循环则完全停止，金属壁温则更高，长期下去就易因过烧发生爆管事故。
2.4影响锅炉使用寿命
一般锅炉使用寿命，在正常使用条件下，能够连续运行20年左右，但如果有水垢的影响寿命会严重缩短。主要是因为清除水垢的方法是酸洗法，当酸洗方法不当或酸洗频繁会影响锅炉的使用寿命。另外，因为水垢中含有卤素的离子，在高温下对铁有腐蚀作用，会使金属内壁变脆，不断地向金属壁的深处发展，造成金属的腐蚀，缩短锅炉使用寿命。
3国内工业锅炉的垢样分析方法
目前对于锅炉垢样的分析广泛采用经典分析法，国内一些研究人员利用化学滴定、物理灼烧以及比色等方法对工业锅炉水垢进行了仔细的分析，通过高温灼烧测定出垢样中有机物、碳酸盐的含量，通过酸洗和滴定测定出硅酸盐和重金属离子的含量，从而间接得出该垢样的各组分含量，结果如下。
垢样组分含量
以上测定显示，时代的前行和技术的进步使垢样的分析更为真实和具体，经典分析有着测定费用低，对仪器设备要求低、易操作等优点，但是经典分析方法都有一些共同缺点，例如方法步骤繁多，费时费力，数据准确但不精确（测不到 100％全组分）。
结束语
综上所述，垢样的分析对于工业锅炉的正常运行具有无可替代的作用，它直接反映了锅炉炉内水质的优劣。垢样化学分析方法具有以下优点，即测定费用低，对仪器设备要求低，易操作，同时也存在以下缺点，即限量高，对微量元素难以检测出来，只对预存在的几种元素进行测定，不能满足群组分的测定，步骤繁多，费时费力，所以还需加强研究，使其分析效果更佳。
参考文献：
[1]李洪文，凌琰.中压锅炉垢样的定量分析[J].清洗世界，2014，30（07）：34-36+39.
[2]檀朝东，魏新春，王卓飞，黄素娟.克拉玛依油田蒸汽锅炉结垢类型及成因分析[J].中国石油和化工，2007（18）：44-47.
论文作者:李淑梅
论文发表刊物:《基层建设》2019年第18期
论文发表时间:2019/9/16
标签：水垢论文; 锅炉论文; 水循环论文; 组分论文; 工业锅炉论文; 酸洗论文; 燃料论文; 《基层建设》2019年第18期论文;