水垢的形成，危害及其清除

　　锅炉给水中溶有的钙、镁盐类等杂质，在锅炉执行中，随炉水浓缩温度的升高而析出。 析出钙镁类杂质，可在锅炉的受热面上形成各种不同密度和不同成分的固体附著物，这些固体附著物称为水垢。

　　1 、水垢的种类

　　（一）碱土金属垢：包括以钙为主要成分的垢，如硫酸钙垢、硅酸钙垢、碳酸钙垢等，以镁为主要成分的，如氢氧化镁垢、磷酸镁垢等。

　　（二）铁垢：包括以铁为主要成分的垢，有氧化铁垢、磷酸盐铁垢和硅酸盐铁垢。

　　（三）铝垢：是以铝为主要成分的垢，如硅酸铝垢。

　　（四）铜垢：是以金属铜为主要成分的垢。

　　硫酸钙垢坚硬而致密，在低压锅炉装置上 ，主要以半水合物或石膏的形式沉淀附着；在锅炉本体中，以无水化合物的形式沉淀附着。

　　硅酸钙垢主要在锅炉热负荷较大的受热面上形成，它沉淀为硅灰石，垢的硬度较大， 导热性很差，能牢固地粘附在受热面上。

　　碳酸盐垢有着不同的特性，它既可以是坚硬的水垢，又可以是松软的水渣。

　　当炉水进行微弱蒸发时，碳酸盐常沉淀成坚硬的结晶状水垢。

　　当炉水进行剧烈沸腾时，碳酸盐又常常沉淀为水渣。

　　氢氧化镁和磷酸镁易粘附在锅炉壁上，形成二次水垢。

　　水垢成分中大部分是碱土金属垢（达９０％），还有铁垢、铝垢、铜垢等和金属腐蚀产物及有机物等。

　　按水垢的形成程序可分为两种：一是盐类杂质在受热面上直接结晶而形成的一次水垢； 一是易粘附在受热面上的水渣，再次产生二次水垢。

　　水渣分为两种，除一种水渣易粘附在受热面上，形成难以用机械方式除去的二次水垢外，还有一种水渣呈流动状态不易粘附在受热面上，执行中可按照排污方法将其排出。

　　由此看来，不论是一次水垢，还是二次水垢或水渣的形成程序，都是在一定环境和一定条件下形成的，互相牵连，互相制约，所以不可忽视。

　　2 、水垢的形成

　　水垢和水渣的形成是一个复杂的物理化学程序， 这个程序分为两步：

　　第一步为盐类杂质由过饱和溶液中析出；

　　第二步为结晶出来的盐类杂质附着在金属受热面上，形成水垢或悬浮在溶液中成为水渣。这个程序的第一步容易理解，因为锅炉在执行程序中， 炉水由于受热而蒸发浓缩，致使盐类杂质达到溶解极限，即溶度积。如果盐类阴、阳离子的浓度乘积超过其溶度积，此盐类杂质便会从过饱和溶液中析出。反之，盐类将继续溶解。

　　在锅炉执行程序中，水中盐类超过溶度积的原因有以下三点：

　　（一）锅炉装置中水的蒸发浓缩，致使炉水中盐类杂质浓度升高，组建达到过饱和状态。

　　（二）热力装置在加热程序中，某些离子发生化学变化而形成一种难溶的化合物， 如水加热到６０～７０摄氏度以上时，重碳酸根转变成碳酸根。水的温度越高，重碳酸根转变成碳酸根越多，这样使易溶的重碳酸盐产生了难溶的碳酸盐。

　　（三）某种盐类（如钙、镁盐）的溶解度随温度的升高而降低，因此在接近受热面的水中， 此种盐类首先应超过溶度积而析出。

　　第一步所形成的过饱和状态溶液很不稳定，开始时是治安过饱和溶液中发生盐类结晶核心上， 极小的微粒逐渐长大成颗粒，最后形成粗结晶体或絮状的水垢或水渣。形成水垢或水渣，不仅与盐类物质的化学成分有关，而且还取决于盐类杂质和受热面之间物理化学因素。如果金属受热面粗糙并伴有凸瘤包时，便会成为过饱和溶液产生固态的结晶核。金属受热面氧化层有相当大的附着力，它可成为金属壁与析出结晶沉淀物的粘结中间层。因此，金属表面粗糙或覆写一层氧化物时，盐类杂质沉淀出来将主要成为水垢。 反之，在光洁的受热金属面上，则多呈水渣。

　　3 、水垢的危害

　　水垢直接威胁锅炉装置的安全和锅炉的使用寿命，因为水垢的导热系数很小。 水垢的导热系数比金属的导热系数小几百倍。因此，即使在受热面上形成不太厚的水垢，也会由于热阻大，使其导热效率降低，造成热损失，浪费燃料。实践证明，锅炉受热面结有 1 公厘的水垢，能使煤的消耗增加 1.5 ～２％左右。由于受热面上结有水垢，会使金属管壁局部过热，当壁温超过其工作允许极限温度时，会使管子鼓包，严重的会引起锅炉爆管事故，使人身安全受到威胁。水垢是一种复杂的盐类，其中含有卤素离子，在高温下对铁有腐蚀作用。通过对铁质水垢的分析，可知它含铁量达２０～３０％左右。水垢侵蚀金属会使锅炉内壁变脆，并不断向锅炉深处腐蚀。由于清除水垢要停炉、消耗人力、物力，以及造成锅炉的机械损伤和化学腐蚀。因此，防止水垢和清除水垢是水质处理工作中必须解决的问题。

五，水垢的去除方案

　　（一）机械除垢法：当炉内有水垢或水渣时，停炉后放掉炉石，使锅炉冷却，用水冲洗或用螺旋钢丝刷清除。如果水垢很坚硬，可用电力或水力带动的洗管器来清洗。此法只适用于清洗钢管，不适用于清洗铜管，因为洗管器容易将铜管损伤。

　　（二）酸洗除垢法：用酸清洗水垢可用盐酸、磷酸、铬酸及氢氟酸，但不能用硫酸。因为硫酸与水接触时，在水垢表面产生硫酸钙硬膜，使膜下的水垢不易接触到酸液。磷酸和铬酸虽然比盐酸有效，但由于价格太贵，所以一般都用盐酸。盐酸只能清洗碳酸盐水垢，酸洗时产生的氯化镁和氯化钙溶解度很大，容易除去，并伴有二氧化碳产生，有搅拌盐酸液的作用。对于纯硅酸盐水垢，可使用氢氟酸清洗。如果锅炉中以硫酸盐和硅酸盐为主的混合水垢，也可使用盐酸清洗。酸洗的作用在于用酸溶液溶解水垢与金属壁间的氧化铁层，使酸接触到金属，从而产生氢气泡使水垢脱落。它与盐酸盐垢的盐酸清洗道理不同。酸洗时，一般控制盐酸溶液浓度为 3 ～ 5 ％，也可根据水垢的厚度来确定。组态盐酸液时，应注意市售盐酸浓度不同，要经过换算后再配制。用酸洗的缺点是，盐酸对金属有腐蚀作用。酸液的浓度越大，温度越高，对金属的腐蚀性就越大。因此，为了保护金属在酸洗时不受腐蚀，必须在酸液中加入抑制剂。抑制剂的种类很多，每种抑制剂都在一定条件下才有效。用盐酸酸洗时，国内普通使用 02 －抑制剂。

　　锅炉进行酸洗时 , 应注意一下几点 :

　　1. 为保证酸洗效果，酸洗中 , 应不断搅动酸液。可采用耐酸泵进行灌注式酸洗，强迫酸液在锅炉中回圈。如果采用静置浸泡式酸洗，应将酸液加温到 50 ～ 700C, 利用酸和水垢作用产生的二氧化碳气泡进行搅动，以充分发挥酸液的作用。

　　2. 在酸洗程序中，应对进出锅炉的酸液进行化验，以便正确判断酸洗结束时间。如果排出的酸液浓度大幅降低，需要补充新酸液；如果酸液浓度下降渐缓，而且逐渐稳定，表明酸洗完毕。

　　3. 酸洗完毕，先放出酸液，再用清水冲洗，然后将水加满，并加入水容量 0.3 ％左右的氢氧化钠（先将氢氧化钠溶于水再注入），煮沸 0.5 ～ 1 小时，以中和余酸。放出碱液后，再用清水冲洗一两次即可。

　　（三）碱洗除垢法：用碱洗不能清除碳酸盐水垢，因为碱对碳酸盐水垢不起作用。用碱主要是清除硫酸盐和硅酸盐水垢，还可以清除硫酸盐和硅酸盐的混合水垢。此法不是使水垢溶解除去，而是使水垢软化，再用机械的方法清除。碱洗除垢法所用的药剂有碳酸钠和氢氧化钠两种。如果使用磷酸三钠，不但能清除硫酸盐和氢氧化钠没吨水 2 ～ 4 公斤，浓度 0.2 ～ 0.4 ％； 磷酸三钠每吨水 3 ～ 5 公斤，浓度 0.3 ～ 0.5 ％。碱 洗时用药量为：碳酸钠每吨水 10 ～ 20 公斤，浓度 1 ～ 2 ％，氢氧化钠每吨水 2 ～ 4 公斤， 浓度 0.2 ～ 0.4 ％；磷酸三钠每吨水 3 ～ 5 公斤，浓度 0.3 ～ 0.5 ％。碱 洗也是不升压的长时间煮炉，一般不少于 24 小时，最多可以达 40 小时。碱 煮后要立即冲掉泥渣，并开启锅炉进行机械除垢，否则泥渣重新硬化，难以清除。

　　此发作业简单，但比酸洗效果差，而且煮炉时间长，药剂耗量大。

　　六、提出建议

　　根据开景水处理设备厂家的调查和所得的结论，我们提出以下几点建议，以更好地进行生产和保护有限资源。

　　1. 经常清除水垢，保持锅炉的热高传导性。

　　2. 对进入锅炉内部的水进行处理，使化学成分在进入锅炉之前就去除它。