水垢的形成机理、类型及清洗对策

PAGEPAGE4水垢的形成机理工业锅炉在使用过程中，由于给水水质不符合要求，以及操作管理不善等原因，在锅筒、管壁及汽包等部位会产生水垢，水垢形成的机理是比较复杂的。2.1给水水质工业锅炉几乎都是以原水或软化水作为给水，给水使锅炉产生水垢的原因比较多。水垢的形成过程是难溶盐的沉积过程，当炉水温度升高时，炉水中的盐类发生浓缩，当其浓度超过该温度下的溶解度时就会产生沉积；有些盐类，如硫酸钙、硫酸镁、磷酸钙等则随温度升高溶解度下降并析出；在炉水中，当二氧化硅的浓度对碱度而言偏高时也会析出；而可溶性重碳酸盐，如碳酸二氢钙、碳酸二氢镁则受热分解，产生难溶性盐也会导致沉积。如：水垢产生的严重程度与给水水质有着非常密切的关系，锅炉给水分原水与软化水。原水：也称生水，是未经任何处理的天然水(如江河水、湖水、地下水等)，一般由自备水源(地面水或地下水)或城市供水网取得，这种水水质差别很大，城市或市郊取用经过过滤处理的自来水水质较稳定，直接采用地下水的水质硬度大。有些单位取用附近未经过滤处理的江河水，水质不稳定，水中含有悬浮物、胶体物质及各种溶解性杂质，尤其是下雨季节，水中混有泥砂，水是黄色浑浊的。我们曾遇见过某厂在雨天用这种水作给水，使用这种水的锅炉极易沉积泥砂垢或泥砂与水垢结成一体的混合垢。软化水：常用钠离子交换水或炉内处理水，前者应用最多。经钠离子交换树脂处理的水，其硬度一般能满足工业锅炉的要求，司炉中只要定时排污，水垢不易沉积。但是有些单位，因为水处理设备容量小，处理的水量不足，有时则向炉内补充部分原水，从而加快了水垢的沉积。采用炉内加药处理的水，往往由于加药量不足或加药不及时及排污不严格等原因，水的硬度和碱度不易控制，使用这种水较使用离子交换水的锅炉更易产生水垢。当采用磷酸盐作为水处理剂时，还可能产生硬的粘附着的褐色磷酸铁垢。2.2腐蚀及腐蚀产物锅炉在使用过程中，受锅水中溶解氧、水垢及水渣、酸、碱、盐及温度等因素的影响，会产生各种形式的腐蚀。制糖厂的锅炉有其固有的特点，每年使用时间短(4～5个月)，停炉时间长(7～8个月)，停炉期间未加保护，从而加速了它的腐蚀。腐蚀的基本形式是电化学过程，即铁失去电子而生成离子如：腐蚀产物的类型则与腐蚀因素有关。溶解氧无论在中性、碱性或酸性介质中都可引起阴极去极化作用而导致钢铁的腐蚀，使其表面形成比较疏松的氢氧化物或四氧化三铁腐蚀产物，如：(在中性、碱性介质中)(在酸性介质中)在垢层下极易产生沉积物下腐蚀，此种腐蚀根据情况不同可出现碱腐蚀和酸腐蚀，前者腐蚀产物主要成分也是铁的氧化物，但严重的碱腐蚀可引起金属的苛性脆化。酸腐蚀是氢的去极化作用(2H++2e→H2)，腐蚀产物主要是可溶性盐。锅炉金属在高温下直接氧化或与含氧物质相互作用引起高温腐蚀，以及热水锅炉因温差变化造成的腐蚀，其腐蚀产物均是铁的氧化物，铁的氧化物的颜色有黑色、黄褐色及砖红色不等，因此有些锅炉炉膛、汽包等内表面呈红褐色等。2.3管理方面锅炉操作和管理不善也会产生或加速垢的形成，操作和管理含义颇多，比较如下反应：生成的磷酸钙也不溶于水，不能让其沉积，要及时冲洗干净。碱除垢可分碱洗和碱煮两种，碱液配方相同，即为：NaOH:3～5g/kg和Na3PO4:5～10g/kg。操作工艺如下。3.2.1碱洗温度90～95℃，循环8～24h，每小时测定一次碱的浓度，以判断药量是否足够及是否到了碱洗终点。碱洗后放空碱液，用水冲洗直至出口水pH值<9。3.2.2碱煮工艺流程及工艺参数为：水冲洗→加碱液→关闭各个门孔→升压(升至额定压力的20%～30%)维持8h→排污→补水到正常水位→升压(至额定压力的50%)维持24h以上→排碱→冲洗(至pH<9)。3.3硅酸盐水垢主要成分为硅酸化合物，如硅酸钙、硅酸镁等。外表呈灰白色，不溶于有机酸，在热盐酸中能缓慢溶解。如某厂水垢在盐酸中的不溶物为65.3%(质量百分数)，浸泡在浓盐酸中24h后仍无明显变化，这类水垢仅采用酸洗效果往往不佳，宜采用先碱煮后酸洗的连续去垢工艺。3.3.1碱煮加碱(氢氧化钠与磷酸三钠总浓度为10～20g/kg，必要时加入1～2g/kg的表面活性剂)→升压(至工作压力的50%)维持24h以上→排碱→冲洗(至pH<9)。3.3.2酸洗工艺同前面的碳酸盐水垢，为了加快去垢效果，最好在酸中加入适量氟化物，如氟化钠、氟化铵等。这类水垢较厚时，一次清洗很难彻底除净，最好采用间断多次清洗方法，即第一次清洗能达到基本要求(去垢率大于65%)，锅炉使用一年后再进行一次清洗可获得满意的效果。3.4铁锈垢主要成分为铁的氧化物，外表呈砖红色、咖啡色或黑色，内部呈灰色，干燥状态比较坚硬，可溶于较浓或热的盐酸。例如一种典型的铁锈垢，其氧化铁含量达85.5%(质量百分数)。这类垢宜选用盐酸作去垢剂，用加热循环的酸洗工艺进行清洗。如某宾馆燃油锅炉，垢为砖红色，垢厚1～2mm，用40～50g/kg的盐酸在50～60℃循环清洗5h，去垢效果较好。典型的氧化铁垢亦可采用碱煮工艺，碱本身不能溶解锈，因此单纯用碱煮方法不能除去锈垢，如某宾馆1t/h燃油炉的锈垢按碱煮工艺除垢效果不佳，在碱液中加入5～10g/kg的EDTA等络合剂可提高碱煮去垢效果。3.5泥砂垢主要成分为泥砂，往往是泥砂与水垢混杂在一起，外表颜色接近当地泥砂的颜色，垢与金属粘附比较牢固，与酸碱均不起化学反应。这类水垢直接采用酸洗效果不好，宜先用碱煮(碱煮工艺同前)，碱煮后视其表面状态决定是否需要继续进行酸洗。例如某糖厂蒸发量为20t/h锅炉，垢表面呈铁红色，经分析主要成分为泥砂，先采用盐酸加热循环去垢，效果很差，后用碱煮72h，炉内泥砂能去除干净。3.6混合垢其成分为上述各种垢的混合物，这是我们在清洗工作中碰到最多的一类水垢，垢的外表、硬度及在酸中的溶解性均与其组分有关。硅酸盐和硫酸盐含量多时，水垢硬度大，外观由白至灰白色，在盐酸中反应比较缓慢，放出的气泡也比较少。铁锈含量多时，垢的颜色比较深，与盐酸反应比较快。碳酸盐含量高时，垢比较脆，在酸中反应较激烈，产生气泡多。如某厂锅炉水垢为白带黄色块状，稍硬，放入盐酸中开始反应较激烈，半分钟后趋于平静，酸不溶物含量为38.4%(质量百分数)，氧化铁含量为15.3%(质量百分数)。这是一种比较典型的混合垢，选用酸洗法去垢，用盐酸或氨基磺酸均可，宜加热用泵打循环施工。如果垢中硅酸盐含量偏高时，应加入适量氟化钠或氟化铵以提高去垢速度和获得满意的效果。如某糖厂水垢外表为砖红色，厚度1.5～2.5mm，比较坚硬，成分为硅酸盐、硫酸盐和铁的氧化物，在稀盐酸中即使加热也无明显反应。实验室试验表明，加大盐酸浓度，提高清洗温度(60℃左右)可获得较好