锅炉水质对安全和节能的影响及对策

锅炉水质对锅炉安全和节能的影响及对策

王　建

陕西省锅炉压力容器检验所

1　前　言

锅炉给水不管是采用地面水还是地下水，或多或少都含有各种杂质，这些杂质大致可分为三类：①固态杂质，它包括悬浮固体、胶溶固体、溶解于水的盐类；②气态杂质，有二氧化碳和氧气；③液态杂质，有酸类、油类、工业废液。这些杂质未经处理进入锅炉，对锅炉的安全和节能都带来影响，分析这些杂质对锅炉安全的危害，采取相应的对策，对锅炉安全、经济运行，节能减排有着重要的意义。

2　锅炉给水所含杂质的危害

2.1　结垢

锅炉给水如果不经处理就进入锅炉，在加热过程中，原来溶解于水中的某些盐类，由于溶解度随温度的升高而降低，使炉水成为某些盐类的过饱和溶液，在和水接触的受热面上会产生一层固态沉淀，结附在锅筒内壁或管子内壁，形成坚硬的水垢，如CaCO₃、CaSO₄、Mg （OH）₂水垢。水温升高某些钙、镁盐类受热分解，生成难溶解的沉淀物。例如：

水垢的存在等于受热面上增加一层热阻，阻碍了热量的传递。经测定水垢的导热系数是金属的导热系数的几十分之一，使燃料放出的热量不能有效地传递给水，水汽侧得不到热量，烟气侧热量随排烟而损失掉，锅炉出力降低，浪费燃料，污染环境，增加大气的温室效应。经测定水垢厚度为1㎜时，生产同样数量的蒸汽或热水，要多消耗2％～3％的燃料。

结附在锅炉受热面的水垢，使金属壁面冷却受到影响，导致受热面壁温升高，长时间的高壁温使金属的机械性能发生变化，强度降低，造成受热面产生变形、鼓疱、爆管，甚至爆炸事故。

锅炉受热面水管结垢后，管内流通截面积减小，增加了水循环的流动阻力，结垢严重时，锅炉受热面水管甚至被完全堵塞，破坏了正常的锅炉水循环，使锅炉水冷壁管得不到有效的冷却而被烧坏，被迫停炉检修，浪费人力、物力，造成损失。

2.2　腐蚀

锅炉设备的腐蚀，包括锅炉给水系统和锅炉本体的金属表面在周围介质的作用下，产生化学或电化学反应，生成一种新的物质，从而使金属发生破坏。这种腐蚀可能是整体的，也可能是局部的；可能是均匀的，也可能是非均匀的。给水系统发生的腐蚀属于电化学腐蚀，是由氧、二氧化碳所产生的腐蚀。锅炉本体的腐蚀，是给水系统氧腐蚀的继续，即给水系统的氧未全部消耗完时，剩余的氧进入锅炉，导致锅炉本体发生腐蚀。

2.2.1　CO₂腐蚀

溶解于锅炉给水中的盐类在锅炉运行中随着温度和压力升高，分解出对锅炉有害的物质CO₂，如碳酸盐的分解：

碳酸盐分解产生的CO₂溶解于水，形成碳酸，碳酸与金属反应，使金属均匀腐蚀而变薄。二氧化碳腐蚀属于电化学腐蚀，当水中含有CO₂时，碳酸对锅炉的腐蚀就一直进行下去直到CO₂消耗完为止。

其次碳酸盐分解使炉水中存在大量的氢氧根，氢氧根浓度过高，导致锅炉产生苛性脆化，进一步危害锅炉的安全运行。

2.2.2　O₂腐蚀

锅炉给水一般都与大气接触，常温下水中氧含量约为10㎎/L，水温升高，溶解氧含量减小；反之溶解氧含量增大。溶解氧随锅炉给水进入锅炉时，与金属接触产生电化学腐蚀，反应如下：

腐蚀的结果是在金属表面形成鼓疱，直径1～30mm，鼓疱表面的颜色为黄褐色或砖红色等，下面是一层黑色粉末，这些都是腐蚀产物。腐蚀产物被清除后金属表面出现凹坑，这种腐蚀也称为溃疡腐蚀。给水系统氧腐蚀的部位通常在给水管道和省煤器。锅炉本体的氧腐蚀，是由于给水系统中的氧未消耗完时进入锅炉，从而引起锅炉本体的腐蚀。

2.3　污染蒸汽

锅炉给水中含有杂质时，某些杂质能溶解于蒸汽使蒸汽品质下降，当蒸汽进入用汽设备时，在一定的条件下，这些杂质会在用汽设备上沉淀结垢，对用汽设备进行腐蚀，给用汽设备的安全造成威胁。

2.4　影响金属腐蚀的因素

锅炉给水中含有氧是引起金属腐蚀主要因素。锅炉给水中的PH值也是引起金属腐蚀的一个因素，pH值越低，水的酸度越大，腐蚀越严重。随着pH值的增大，腐蚀速度降低，当pH值接近12时，腐蚀速度将会很小。温度也是引起金属腐蚀因素，随着温度的升高，腐蚀速度加快。给水中所含盐类的化学性质和浓度等因素对金属腐蚀都会产生影响。

3　控制给水质量的措施

锅炉给水质量，对锅炉节能减排，安全运行，延长锅炉寿命有直接的影响，锅炉结垢的原因是锅炉给水中含有钙、镁盐类。控制锅炉给水质量，可防止锅炉结垢、腐蚀，是保证锅炉安全、经济运行，节能减排，延长锅炉寿命的有效措施。锅炉使用单位可从以下几个方面入手，对锅炉给水质量进行监控。(www.xing528.com)

3.1　炉内加药处理

根据锅炉给水质量，定期向锅炉水箱、给水管道内投加软化水的药剂。常用的有碳酸钠、氢氧化钠、磷酸三钠等，经化学、物理作用，使给水中能形成水垢的各种盐类转化成非粘附性的泥渣状态的沉淀，通过锅炉排污排除，以达到防止或减轻锅炉结垢的目的。

3.2　钠离子交换法

水中含有的钙、镁盐类是形成硬度的物质，为防止在金属壁上产生结垢，可用不形成硬度的钠离子将水中的钙、镁离子置换掉，使水软化，其反应如下：

从上式看出水中的钙、镁离子，被钠离子置换出来，而钙、镁离子留在交换剂中，这一过程降低了水的硬度，但水中的碱度不变。

3.3　加酸

控制锅炉给水的碱度，可保证锅炉安全、经济运行，以获得高品质的蒸汽。从钠离子交换软化反应式可知经过钠离子交换以后的水，只降低了水的硬度，水中的碱度并没有变化。所以在这样的水中适量加酸，是为了与碱发生中和反应。其反应如下：

从反应看出加酸后，碱度已被除去，但脱碱过程中又产生了CO₂，若不除去CO₂，可引起系统的腐蚀，所以加酸系统一般和除CO₂器联在一起。

4　防止锅炉腐蚀的措施

锅炉腐蚀的原因是锅炉给水中碳酸盐分解产生的二氧化碳及给水中所含的氧。因此为防止锅炉腐蚀，锅炉使用单位应从以下几方面入手。

4.1　锅炉给水除氧

锅炉给水除氧的方法有热力除氧和化学除氧。热力除氧是将锅炉给水送入除氧器，通过蒸汽在一定压力下将给水加热以除去氧气。由亨利定律可知，当某种气体的分压力为零时，这种气体在水中的溶解度才等于零。当水温达到相应压力下的饱和温度时，氧气在水面上的分压力降低为零，在水中的溶解度就等于零。由此可知热力除氧过程也可以除去水中的二氧化碳。所以热力除氧器也可以称为热力除气器。

化学除氧是将化学药品加入水中，与水中的溶解氧反应，以除去水中的氧气。常用的化学除氧剂有亚硫酸钠和联氨。

4.2　pH值的控制

锅炉给水的pH值大于8时，可避免锅炉给水管道的腐蚀。一般的锅炉给水pH值达不到这一数值，为提高给水的pH值，要加入某种药剂，常用的方法是在给水系统中加氨，当加入的氨剂将水中的二氧化碳完全中和为碳酸氢氨时，水中的pH值约为8左右。反应如下：

4.3　锅炉定期排污

锅炉运行过程中，定期对锅炉给水进行化验，根据化验结果实行定期排污，排出锅筒和集箱底部的泥渣、污垢，减少对锅筒、集箱、阀门的腐蚀和磨损。

5　结束语

锅炉给水处理是保证锅炉安全、经济运行，节约能源的重要措施，水质处理方法很多，使用单位可根据本地水质和锅炉的具体情况而采用不同的方法，以达到最佳的水处理效果。

参考文献

［1］上海市劳动局锅炉安全监察处.工业锅炉安全技术基础.北京：劳动人事出版社，1983

［2］郭云飞.热水锅炉.哈尔滨：黑龙江科学技术出版社，1983

［3］劳动部.热水锅炉安全技术监察规程.北京：劳动部中国锅炉压力容器安全杂志社，1997

（注：该论文发表于《西安能源》2003年第3期）