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(jīng)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(jīng)濟運行的危害
（一）從節(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(jù)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(jù)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(chǎn)品質量，甚至出現(xiàn)次品，直接影響經(jīng)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(chǎn)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(jīng)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(jīng)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。
（三）鍋外水處理
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(jīng)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。
（四）鍋內水處理
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(jīng)濟運行，無疑是一件利國利民的事。
