張燕 丁昆(青島市特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)研究院，山東 青島 266000)

0 引言

一旦出現(xiàn)了鍋爐水質(zhì)不良現(xiàn)象，這不僅會(huì)影響鍋爐運(yùn)行效率，也會(huì)導(dǎo)致用電和用煤量增加，降低蒸汽的品質(zhì)。工業(yè)生產(chǎn)時(shí)需要將煤或天然氣燃料等能源投入鍋爐，通過鍋爐燃燒，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為蒸汽熱能，但當(dāng)鍋爐熱工設(shè)備內(nèi)部存在水質(zhì)問題，就會(huì)危害設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。加強(qiáng)對(duì)水質(zhì)不良危害的研究，提出有效的控制措施，這將有利于延長鍋爐的使用壽命，提高工業(yè)生產(chǎn)效率。

1 工業(yè)水質(zhì)不良帶來的危害分析

1.1 水垢產(chǎn)生的危害

鍋爐屬于熱能設(shè)備，運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱水或水蒸氣，水在鍋爐內(nèi)作為能量的載體，是鍋爐運(yùn)行的介質(zhì)，一旦雜質(zhì)飽和或溫度滿足相應(yīng)條件，鍋爐內(nèi)就會(huì)出現(xiàn)水渣，水渣長時(shí)間附在鍋爐受熱面就會(huì)形成水垢。水垢會(huì)給鍋爐帶來以下危害：

(1)造成燃料的浪費(fèi)。水垢產(chǎn)生后，鍋爐表面熱傳遞效率下降，煤炭或天然氣等燃料燃燒時(shí)，釋放的熱量不能全部被鍋爐內(nèi)的介質(zhì)吸收，這部分熱量會(huì)以排煙為主要形式而損失。1mm的水垢會(huì)造成10%燃料的浪費(fèi)和消耗。

(2)造成鍋爐受熱面損壞。水垢產(chǎn)生后，使受熱面存在較大的溫差，鍋爐內(nèi)壁溫度上升，強(qiáng)度下降，最終導(dǎo)致內(nèi)部鼓包，甚至給工業(yè)生產(chǎn)帶來爆炸威脅。

(3)造成鍋爐出力的下降。結(jié)垢后鍋爐傳熱性能下降，為了滿足蒸發(fā)量，達(dá)到生產(chǎn)需要，人們會(huì)采用增加燃料的方式提高鍋爐運(yùn)行效率。當(dāng)爐膛的容積達(dá)到一定程度時(shí)，燃料加熱將會(huì)受到限制，最終鍋爐無法再出更多的力[1]。

1.2 腐蝕帶來的危害

腐蝕現(xiàn)象指的是金屬表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后，表面出現(xiàn)損壞的情況。鍋爐受熱面由金屬材料焊接而成，腐蝕問題將會(huì)對(duì)鍋爐運(yùn)行造成嚴(yán)重影響，其腐蝕主要有化學(xué)性質(zhì)的腐蝕和電化學(xué)性質(zhì)的腐蝕兩種。電化學(xué)腐蝕主要是金屬在腐蝕的同時(shí)伴隨電流產(chǎn)生，而鍋爐給水是電解質(zhì)溶液，所以在鍋爐中產(chǎn)生的腐蝕多為電化學(xué)腐蝕。分析造成鍋爐腐蝕的因素和危害，主要如下：

(1)氧對(duì)鍋爐產(chǎn)生腐蝕。溶解氧氣會(huì)加速鍋爐腐蝕，這在鍋爐中具有陰極去極化的作用，氧氣可以作為去極劑，吸收陰極電子，變成氫氧根，鐵被氧化變?yōu)槎r(jià)鐵離子，兩種物質(zhì)結(jié)合后變成了氫氧化亞鐵，沉淀后降低了二價(jià)鐵的濃度，加劇了腐蝕的速度。不僅如此，溶解氧也會(huì)給鍋爐和管道帶來腐蝕危害，影響設(shè)備和管道的使用壽命。

(2)二氧化碳具有腐蝕作用。鍋爐中的補(bǔ)給水是二氧化碳的來源，加入碳酸鹽阻垢劑，水中重碳酸鹽因熱量提升而分解，二氧化碳使水酸堿值降低，形成酸腐蝕。隨著腐蝕程度的加深，鍋爐金屬表面開始變薄，腐蝕性物質(zhì)會(huì)被帶入熱力系統(tǒng)，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)造成極大的危害。

1.3 雜質(zhì)堵塞帶來的危害

生產(chǎn)環(huán)境不同，鍋爐內(nèi)的水質(zhì)也會(huì)不一樣，如果水循環(huán)系統(tǒng)中出現(xiàn)了雜質(zhì)，且雜質(zhì)較多，會(huì)產(chǎn)生汽水共騰，并降低蒸汽的品質(zhì)。作為工業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，企業(yè)對(duì)水處理沒有投入過多的關(guān)注，水處理不合格，或水質(zhì)問題不受重視，導(dǎo)致水質(zhì)缺乏質(zhì)量保障，未經(jīng)過科學(xué)處理的水用于鍋爐中，導(dǎo)致鍋爐和水質(zhì)之間無法搭配。對(duì)于雜質(zhì)給鍋爐水質(zhì)帶來的危害，主要有以下幾種：

(1)懸浮物雜質(zhì)。鍋爐在長期使用中會(huì)有一定雜質(zhì)出現(xiàn)，且雜質(zhì)容易在鍋爐底部積聚，最終成為泥垢，使鍋爐受熱面產(chǎn)生一道障礙，不利于鍋爐熱量的傳遞。不僅如此，懸浮物雜質(zhì)會(huì)在管道與閥門位置積聚，影響鍋爐內(nèi)部水循環(huán)，同時(shí)蒸發(fā)面雜質(zhì)和水汽一同反應(yīng)并沸騰，蒸汽中的鈣鎂離子給鍋爐設(shè)備帶來污染問題。

(2)膠體雜質(zhì)。高溫情況下，膠體雜質(zhì)會(huì)和水垢粘結(jié)，后期無法徹底清除。如果水中含有過高的膠體，這將給蒸汽帶來威脅，導(dǎo)致水位標(biāo)志不夠準(zhǔn)確。在離子交換器當(dāng)中，膠體雜質(zhì)會(huì)產(chǎn)生反應(yīng)，不利于樹脂的應(yīng)用。

(3)溶解雜質(zhì)。采用離子交換法處理水中雜質(zhì)，降低其鈣鎂離子的含量。但如果鍋爐內(nèi)水的堿度較高，這將帶來腐蝕問題。由于鍋爐用水多為地下水，這類水不會(huì)與空氣接觸，溶解性較強(qiáng)。地下水和空氣接觸后會(huì)成為去極化劑，加深對(duì)鍋爐的腐蝕速度。如果水內(nèi)鐵離子過高，將會(huì)帶來鐵垢，微量離子會(huì)加速對(duì)金屬的腐蝕速度，從而影響鍋爐水質(zhì)。

2 加強(qiáng)工業(yè)鍋爐水質(zhì)控制的有效辦法

2.1 工業(yè)鍋爐結(jié)垢問題的防治措施

多數(shù)工業(yè)鍋爐會(huì)使用鈉離子交換的方式進(jìn)行水處理，通過這種辦法軟化水質(zhì)，避免結(jié)垢。水中如果含有鈣鎂離子，經(jīng)過離子交換器時(shí)，鈣鎂陽離子會(huì)被鈉離子置換，從而使容易產(chǎn)生水垢里的鈣鎂鹽類物質(zhì)，轉(zhuǎn)為鈉鹽后軟化水質(zhì)，此時(shí)水質(zhì)硬度可以下降到0.03mmol/L 以內(nèi)。除了采用鈉離子交換法之外，也能應(yīng)用陰陽離子交換和反滲透除鹽的方法進(jìn)行鍋爐結(jié)垢問題的處理。當(dāng)鍋爐額定蒸發(fā)量不超過4t/h 的時(shí)候，且額定蒸汽壓力不超過1.0MPa 時(shí)，可以在鍋爐內(nèi)加入化學(xué)藥劑，使水垢變?yōu)樗缮⒒蚩梢粤鲃?dòng)的水渣，所有水渣最終會(huì)沉降在鍋爐底部，經(jīng)過排污裝置排出鍋爐[2]。

做好工業(yè)鍋爐水質(zhì)檢測(cè)工作。

(1)懸浮物 經(jīng)過過濾后分離出來不溶于水的固體混合物的含量。懸浮物含量越高，水就越渾濁。對(duì)于小型工業(yè)鍋爐來說，如采用澄清的自來水為水源，運(yùn)行中可不監(jiān)測(cè)懸浮物含量。

(2)總硬度 通常指水中鈣鎂離子的總含量，是防止鍋爐結(jié)垢的一項(xiàng)重要指標(biāo)。對(duì)于鍋爐來說，硬度越小越有利于防止結(jié)垢。

(3)總堿度 水中能接受氫離子一類物質(zhì)的含量。由于堿度物質(zhì)能與硬度物質(zhì)反應(yīng)，生成疏松的水渣，可隨排污除去，從而防止鍋爐結(jié)垢，所以工業(yè)鍋爐的鍋水必須保持一定的堿度。但鍋水堿度太高，易影響蒸汽品質(zhì)，有時(shí)還會(huì)引起堿性腐蝕，因此鍋水堿度應(yīng)維持在一定范圍內(nèi)。

(4)pH 值 氫離子濃度的負(fù)對(duì)數(shù)，是溶液酸堿度的一項(xiàng)指標(biāo)。通常要求鍋爐水質(zhì)達(dá)到一定的堿性，有利于防止腐蝕和結(jié)垢。

(5)溶解氧 溶解于水中的氧氣含量。水中的溶解氧易造成鍋爐設(shè)備和給水管道的腐蝕，所以應(yīng)盡量除去。

(6)溶解固形物、電導(dǎo)率和氯離子 溶解固形物也稱為蒸發(fā)殘?jiān)?，可近似表示水中的總含鹽量。鍋水溶解固形物含量的變化可直接反映出鍋水的濃縮程度。當(dāng)其含量過高時(shí)，易造成蒸汽大量帶水，惡化蒸汽品質(zhì)，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)發(fā)生汽水共騰，因此需要合理的排污來控制其含量。由于溶解固形物的測(cè)定較為繁雜且費(fèi)時(shí)，一般鍋爐運(yùn)行中常用測(cè)電導(dǎo)率和氯離子來代替。

(7)PO43-磷酸根可消除殘余硬度，防止結(jié)垢，并可在金屬表面形成磷酸鐵保護(hù)膜，減緩腐蝕，所以鍋內(nèi)常加入磷酸鹽阻垢劑。

(8)含鐵量水中所含有的總鐵離子含量。如給水含鐵量過高，易造成鍋爐結(jié)生氧化鐵垢，并會(huì)引起垢下腐蝕。

(9)垢樣檢測(cè) 還應(yīng)做好垢樣檢測(cè)工作，以便及時(shí)展開鍋爐的除垢操作，防止鍋爐底部溫度過高，保護(hù)設(shè)備運(yùn)行安全。

2.2 工業(yè)鍋爐腐蝕問題的防護(hù)措施

解決鍋爐中氧氣和二氧化碳的問題是防止鍋爐腐蝕的重要手段。當(dāng)額定蒸發(fā)量超過10t/h 的蒸汽鍋爐，額定功率超過7.0MW 的承壓熱水鍋爐，應(yīng)對(duì)鍋爐給水進(jìn)行除氧處理?？梢圆捎靡韵路绞匠酰?/p>

(1)熱力除氧方式。按照亨利定律得知，氣體在水里的溶解度和氣體分壓力關(guān)聯(lián)。分壓力越大，溶解氧濃度就會(huì)越高，將水加熱到沸騰狀態(tài)時(shí)，其飽和蒸汽壓力能夠與汽水界面混合氣體總壓力相等，此時(shí)氧的分壓力為0，氧氣、二氧化碳可以解析出來，并達(dá)到除氧效果。使用除氧器可以去除氧氣和二氧化碳等氣體，設(shè)置0.2MPa 的壓力，水的飽和溫度為106℃，這時(shí)除氧效果最佳。

(2)化學(xué)除氧方法。向鍋爐給水中加入亞硫酸鈉或其他化學(xué)試劑，使藥劑和溶解氧產(chǎn)生反應(yīng)，并生成不帶有腐蝕性的物質(zhì)。亞硫酸鈉作為一種還原劑，使用時(shí)可將其配制為濃度在10%的溶液，應(yīng)用加藥泵將亞硫酸鈉加入水中。在鍋爐給水系統(tǒng)內(nèi)安裝加藥罐，依靠壓差將藥填入循環(huán)系統(tǒng)，也可以加入氫氧化鈉，調(diào)節(jié)循環(huán)水的酸堿值，從而在鍋爐金屬表面產(chǎn)生一層保護(hù)膜，防止金屬再次被腐蝕[3]。

2.3 優(yōu)化工業(yè)鍋爐水處理方式

2.3.1 采用補(bǔ)給水處理方法

由于鍋爐蒸汽在工業(yè)生產(chǎn)中有著不同的用途，人們對(duì)補(bǔ)給水會(huì)采取不同的處理方式。相關(guān)處理流程主要如下所示：

(1)補(bǔ)給水的預(yù)處理，按照水源決定選用哪種處理方式。如果是地表水，在預(yù)處理時(shí)應(yīng)去除水內(nèi)的懸浮顆粒、有機(jī)物、膠體物。加入混凝劑后，將雜質(zhì)聚合為大顆粒，實(shí)現(xiàn)雜質(zhì)的沉淀。

(2)補(bǔ)給水的軟化處理。使用天然或者人造的離子交換機(jī)，將硬質(zhì)鹽轉(zhuǎn)為不會(huì)結(jié)垢的鹽類物質(zhì)，避免鍋爐內(nèi)壁結(jié)垢。也可以采用氫鈉鉛離子交換的方式處理鍋爐水質(zhì)問題。

(3)補(bǔ)給水的除鹽處理。應(yīng)用陰陽離子交換樹脂方法有效除鹽。

2.3.2 采用凝結(jié)水處理方法

鍋爐運(yùn)行時(shí)會(huì)受汽輪機(jī)凝汽器冷卻水的影響，冷卻水泄露會(huì)給鍋爐帶來腐蝕問題，甚至引發(fā)污染現(xiàn)象。在處理凝結(jié)水的時(shí)候，應(yīng)按照鍋爐的具體類型和相關(guān)參數(shù)，針對(duì)凝結(jié)水對(duì)鍋爐產(chǎn)生的污染情況，選定處理方式。對(duì)于超臨界壓力鍋爐，應(yīng)處理全部凝結(jié)水；對(duì)于亞臨界壓力的鍋爐，可處理25%以上的凝結(jié)水，可使用纖維素覆蓋濾器和電磁過濾器作為處理設(shè)備，提升凝結(jié)水的處理效果。在給水除氧的時(shí)候，得知水中含有大量溶解氧，這會(huì)對(duì)鍋爐內(nèi)壁產(chǎn)生腐蝕，腐蝕性產(chǎn)物長期存在，溫度越高的位置就越容易產(chǎn)生銅銹，一旦銅銹發(fā)生堆積，這會(huì)給汽輪機(jī)的管道帶來爆管風(fēng)險(xiǎn)。因此，可采用化學(xué)除氧方法解決以上問題。在工作中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)水質(zhì)的有效監(jiān)測(cè)，安排專業(yè)檢測(cè)人員保證水質(zhì)處理工作的科學(xué)化和專業(yè)化，應(yīng)用先進(jìn)的水處理設(shè)備，及時(shí)排查設(shè)備故障問題，做好零部件的維修和更換，確保水質(zhì)檢查結(jié)果滿足鍋爐運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性要求。可在內(nèi)部加入磷酸鹽，使鍋爐內(nèi)壁產(chǎn)生一層保護(hù)膜，防止內(nèi)壁再次結(jié)垢。

3 結(jié)語

總而言之，現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)進(jìn)程下，鍋爐水質(zhì)不良現(xiàn)象將會(huì)對(duì)鍋爐的安全運(yùn)行產(chǎn)生巨大影響，無論是水垢的危害，還是腐蝕或雜質(zhì)堵塞帶來的危害，這都會(huì)影響鍋爐的熱效率，使鍋爐受熱面受損。因此，有必要針對(duì)鍋爐水質(zhì)的結(jié)垢問題和腐蝕問題采取有效的防治措施，應(yīng)用熱力除氧和化學(xué)除氧方法對(duì)鍋爐補(bǔ)給水和凝結(jié)水進(jìn)行有效處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐的保護(hù)。