锅炉水垢的形成、种类和危害
水垢是附着在锅内受热面上的一层坚硬的沉淀物,很难将其清除,而水渣则是沉淀于锅内受热面上的泥渣,可以通过排污将其排除。
一、锅炉水垢的形成原因
1.由于锅内的水不断受热蒸发浓缩,水中可溶性盐类的浓度不断增大,并产生沉淀附着在受热面上。
2.锅水被加热后,水中含有的重碳酸盐类会发生分解,生成不溶于水的钙镁沉淀物。
3.水中部分钙、镁盐类的溶解度,随着水温的升高而下降,易在锅内受热强度大的受热面上析出。
二、锅炉水垢的种类
1.碳酸盐水垢 是较常见的一种水垢。这种水垢,以钙和镁的碳酸盐为主。随其生成条件不同,水垢结构也不同,它可以是坚硬的“锅石”,也可以是疏松海绵状的软质水垢。一般水垢中碳酸钙和碳酸镁含量在50%以上,称为碳酸盐水垢。结垢的位置:它主要沉积在温度较低和蒸发率不高的部位和省煤器、加热器和给水管道中。当炉水连续蒸发时,钙、镁碳酸盐常生成坚实的结晶状水垢,在炉水剧烈沸腾的条件下碳酸钙常沉淀成较厚的泥垢。碳酸盐水垢的比重一般为2.37吨/米3(t/m3)。
2.硫酸盐水垢 是一种组织致密、较坚硬的水垢。结垢的位置:主要积结在温度最高、蒸发率最大的锅炉受热面上。一般把水垢中硫酸钙含量大于50%时,称为硫酸盐水垢。对于长期采用硫酸钙含量高和非碳酸盐硬度大的给水,还会产生鳞状水垢,这种水垢的导热系数仅为通常的硫酸盐水垢的1/2~1/3。硫酸盐水垢较碳酸盐水垢结构坚实,比重达 2.6吨/米3(t/m3)。
3.硅酸盐水垢 具有非常大的坚硬度和很小的导热系数,是对锅炉受热面危害最大的一种水垢。结垢的位置:主要沉积在受热强度较大的锅炉受热面上,其成分为水化硅酸钙 (5CaO·5SiO2·H2O)、硅灰石 (CaSiO3)和镁橄榄石(Mg2SiO4)。一般含二氧化硅(SiO2)在20%~25%的水垢,即称为硅酸盐水垢。
4.混合水垢 由硫酸钙、碳酸钙、碳酸镁、硅酸钙、硅酸镁和铁的氧化物等混合组成。根据给水中钙、镁盐类的不同成分与数量,其水垢性质差异较大。如有的混合水垢中,掺有因金属腐蚀生成的三氧化二铁和四氧化三铁,铁的含量甚大,竞高达70%~90%。其导热系数与比重,也根据混合水垢物质的组成而差异较大。
5.泥垢 结垢的位置:主要是指沉降在锅壳、锅筒与联箱下部的泥层和悬浮在炉水中的杂质。其成分有碳酸钙、碱性镁盐 (MgCO3)、氢氧化镁[Mg(OH)2]、镁橄榄石 (Mg2SiO4)、铁铝氧化物、有机质和悬浮物等。其中絮状的氢氧化镁、磷酸镁等成分,很容易粘附在蒸发面上,形成难以冲刷的二次水垢。
6.含油水垢 当水中含油量较大而水的硬度又较小时,易生成黑色疏松的含油水垢(其油质含量可占5%以上),常沉积在炉内温度最高的部位上,这种水垢难以清除。
水垢成分的简单定性试验方法,见
表
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1— 1。
表1—1 水垢的定性试验方法
水垢主要成分
颜色
鉴别方法
碳酸盐
白色
加盐酸可溶解,而且能生成大量气泡,溶液所剩残渣量极少
硫酸盐
黄白色
加盐酸后缓慢溶解,再加入氯化钡溶液
后,生成大量的白色硫酸钡沉淀
硅酸盐
灰白色
在热盐酸中,可缓慢溶解,溶解过程中残留有砂粒
样或透明状物质,用Na2CO3可在800℃下熔解
油垢
黑色
加入乙醚后,乙醚呈浅黄色
磷酸盐
黄白色
加硝酸溶解,加水稀释后,再加钼酸
铵,即生成黄色的磷钼 酸铵
铁铝氧化物
棕褐色
加稀盐酸溶解后,溶液为黄色
三、锅炉水垢的危害
锅炉受热面内部不论积存什么性质和任何厚度的水垢,均是有害的。但对于给水中含有较多有害气体,且没有除氧装置时,锅炉受热面结有较薄的水垢[0.5毫米 (mm)以下],对于防止金属腐蚀,具有一定保护作用。从经济与安全角度来衡量,这种做法也是权宜之计,根本的出路还要对给水除氧,使受热面清洁。
水垢的危害主要有以下几点:
1.增加耗煤量 水垢的导热系数仅为钢板导热系数的1/10~1/800,因此,当锅炉受热面内表面结有水垢时,为了保持受热面的蒸发强度,就要多供给热量,从而增加锅炉的耗煤量,且由于传热效率的降低,锅炉排烟温度也相应提高,增加了热量损失,降低了锅炉效率。实验数字表明,由于锅炉受热面上结有水垢,容易造成燃料损失 (表1— 2)。
表1—2 由水垢造成的燃料损失
水垢成分
水垢的性质
水垢的厚度
[毫米(mm)]
燃料损失(%)。
碳酸盐
碳酸盐
碳酸盐
碳酸盐
硫酸盐
硫酸盐
硫酸盐
碳酸盐
碳酸盐
硫酸盐
硬
软
硬
硬
硬
硬
软
硬
软
硬
0.5
0.78
0.78
1.02
1.02
1.25
1.70
1.70
2.03
2.75
5.4
7.2
8.5
8.0
9.3
11.1
10.8
11.0
15.0
15.9
2.降低受热面金属强度 钢材的机械强度随着温度的升高而降低。当低碳钢钢板温度超过315℃时,其机械应力即达到屈服点,如超过450℃时,钢板即产生蠕变。故当锅炉受热面内表面结有导热性差、且较厚的水垢时,受热面钢板不能被炉水所冷却,则易产生钢板过热、变形、龟裂甚至爆裂事故。常见的卧式外燃回火管锅炉锅壳前下部,由于蒸发强度高积垢较多极易发生凸出变形;水管锅炉水冷壁或主炉管,也有因结垢较厚、金属过热而发生爆管事故的。如水管内部结有3毫米(mm)厚水垢、管壁温度会由280℃增至580℃,钢材抗拉强度降低而造成钢管爆裂。锅炉因水垢而引起的事故大约是锅炉事故总数的三分之一,还是上升趋势,不但造成设备的损坏,也威胁到人身的安全。 因此,在给水合格的情况下,锅炉运行时应严格控制锅内用水达到国家
标准
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;并在运行中防止水垢的生成,而且结垢后,需及时进行处理,必须彻底防止及清除锅炉炉内水垢及控制水质。要解决以上问题,目前最科学的方法是在锅炉运行加入综合性能好,功效全面的药剂运行保养及定期清洗除垢。
3.增大检修量,缩短锅炉使用寿命 浪费工时、原料、危及工人安全。由于锅炉结垢,运行周期相对缩短,检修时间增加,造成原料、工时的很大浪费。为了清除水垢,检修人员要钻进锅炉内进行除垢工作。当用酸洗时又常与化学药品接触,给工人操作增加了不安全因素。由于要清理受热面上的水垢,无论采用机械方法或化学方法,均对钢材产生损害,或造成机械伤痕,或腐蚀金属表面,以致缩短锅炉使用寿命。
4.水垢的导热系数很小 水垢能降低锅炉的传热效果,使锅炉的热效率下降。表1—3中列出不同水垢的平均导热系数。
表1—3 各种不同水垢的平均导热系数
水垢种类及其化学成分
水垢特征
导热系数[瓦/米·K (W/m·K)]
含油水垢
坚硬
0.12~0.17
硅酸盐水垢(SiO250%以上)
坚硬
0.06~0.23
硫酸盐水垢(CaSO450%以上)
坚硬致密
0.58~2.90
碳酸盐水垢(CaC03MgC0350%以上)
由无定形粉
末到坚硬
0.58~5.81
混合水垢
坚硬,致密
0.81~3.49