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锅炉水处理
锅炉水处理

因水质引起的对锅炉的损害及其对策
我们通常所用的锅炉用水含有各种杂质，凝析水理论上是蒸馏水，但实质上不是纯净水。
这些含有杂质的水象在表1中所示锅炉运行中成为炉设备的障害的主要原因。为了清除给锅炉造成损害的因素，首先将炉外因素处理好，即将水中杂质除掉，并将炉内处理补上去，把因残余的杂质而引起的对炉损害因素解除掉。
在锅炉运行中因水质所带来的损害有水垢的堆积、腐蚀，蒸气中的杂质等。这些损害导致炉效率的下降、为修复各部位的损伤而停炉，甚至导致整个工厂的停滞等。因此，防止水质给锅炉带来的损害是相当的重要。
下面做为防止因水质而引起的对锅炉的损害的基础知识，重点说明发生损害的原因和机构，叙述有关损害所涉及的地方和预防对策。
一、水垢
源水会有各种不纯的杂质，并因源水的成相（正、负离子）是否有锅炉的水处理和如何处理，所含杂质的种类也有所不同。这些杂质与锅炉水质处理剂一同浓缩、积累在炉水中，一部份受各种化学的，物理的作用，在炉内解析出结晶体，产生沉淀物或溶浮在锅炉水中。
一般对溶解在锅炉水中的固体物形附着在管壁、炉胆及其它传热面上而凝固的炉垢叫管石，沉淀在炉胆、水箱等底部的叫沉淀物，悬浮在锅炉水中的杂质叫悬浮物。
炉垢是供水中溶存的多种成份所产生，但大部份是碱类盐为主成份。大致可分类为：
⑴以硫酸盐为主成份的硫酸盐类炉垢。⑵以硅酸盐为主成份的硅酸盐类炉垢。⑶以碳酸盐为主成份的碳酸盐类炉垢。
因水中杂质引起的对炉的障害（损害） 表1
不纯物 损 害 备 注
发生部位 1次性损害 2次性损害或1次性损害的补充
硬度成份Ca2+，Mg2+ ⑴ 供水系统 炉垢附着 锅炉水处理剂不合适，供水因高温而炉垢附着 地下水等较重
⑵ 锅炉蒸发管 炉垢附着 热传导下降→局部加热→澎涨、破裂
⑶ 锅炉胆底部 沉淀物堆积 腐蚀（溶解氧，其它酸性物质共存情况下）
铁（Fe） 同2 地下水等较重
同3
硫酸离子（SO4-2） 同2（Ca2+共存） 河水、地下水
同3
沉淀物（SiO2） ⑷ 产气机关 蒸气中的杂质 炉垢附着→局部加热→澎涨、破裂、产气、管堵塞→被堵塞的管蒸气流量O→炉产气量减少
炉垢面 ⑸ 叶轮 蒸气中的杂质 炉垢附着→效率、出力下降
⑹ 锅炉 腐蚀 加速腐蚀
M碱性（HCO3-等） ⑺ 锅炉 腐蚀 腐蚀钢的应力，铜合金被腐蚀（炉水碱性PH值很高时） 地下水中含量高
同4
同5
有机物 同4（有机物本身成不了炉垢，但促进蒸气中的杂质形成） 地下水、湖水、污染水中含量高
同5（有机物本身成不了炉垢，但促进蒸气中的杂质形成）
⑻ 离子交换装置 树脂污染 离子交换树脂作用下降
溶解氧（O2） ⑼ 各系统 腐蚀 点蚀的主原因 地下水与大气接触增加溶解氧
游离碳酸 ⑽ 各系统特别是冷凝水、供水系统 腐蚀 一般腐蚀的主要原因 为了自来水杀菌，在净水场人为注入
游离氯素（Cl2） ⑾ 供水系统、锅炉 腐蚀 点蚀的主原因
⑿ 离子交换器 树脂酸化 离子交换树脂作用下降
氯离子（Cl-） ⒀ 各系统 腐蚀 加速腐蚀，加速不锈钢应力的腐蚀 河水、地下水
表中⑴的炉垢是在供水的非碳酸盐硬度大，且未进行水质处理的情况下，假如处理也因PH调整剂的投入不充分，炉水的PH值升不上去而生成的。
⑵的炉垢是SiO2含量多或炉水的硬度（主要是Ca）去除不完全时。
⑶的炉垢是硬度成份中对碳酸盐成份的去除不充分的供水进炉时产生。沉淀物的主成份是⑶供水中碳酸盐硬度成份即从钙、镁的重碳酸盐生成的碳酸钙⑵氢氧化镁、磷酸盐做为内处理剂添加时生成的磷酸钙或磷酸镁⑶供水中被搬运或因腐蚀生成的铁、铝、氢氧化物等的软质沉淀。
游浮物是磷酸钙等不溶物、灰尘、凝析出的矿有机物等。
1）炉水垢生成原因
a）生成的主要原因
炉水垢是供水中所含有的可溶性固体成份中锅炉水随着温度的上升溶解度减少而析出的成份和锅炉水浓缩时与传热面接触的锅炉水发生局部浓缩，生成水垢成份的浓度超过溶解度时生成。
b）水垢生成的机制
锅炉水随着被蒸发面浓缩，水中各种成份的浓度大部分都增加达到了溶解度以上浓度的不溶性固体颗粒产生。特别是直接与锅炉传热面接触的锅炉水的薄层一半粘着在传热面的状态，比距传热面远一点的锅炉水流动性小。因此，接触在传热面上的炉水比距离远一些的炉水温度高，蒸发活泼。因此，在相同条件下接触传热面的炉水生成水垢的浓度超过了溶解度，逐渐生成固体颗粒，附着在传热面上。特别是溶解度低，随着温度的上升溶解度减少的成份更易于生成炉垢。
不溶性固体颗粒不仅是供水中存在，还有与共存的可溶性固体颗粒、未被溶解的固体颗粒，其它象氢氧化铁等被腐蚀生成物，有脂，SiO2等相互作用而生成的为多数。特别是这些不溶性固体的生成或其后的过程中炉水垢附着在传热面上继续发育的倾向决定于对传热面的不溶性固体的粘着性。
表2是显示将炉水垢生成成份分别溶解于蒸馏水时的溶解度。这些物质的溶解度一般受与其共存的别的物质的浓度与种类的影响。因此象锅炉水一样各种成份共存的条件下的溶解度虽然稍有区别，但是生成水垢成份的溶解度和其随温度的变化而受到的影响是可参考的。
关于水生成水垢的成份的溶解度 表2
成份 浓度单位 溶解度（温度） 备注
碳酸钙 PPm 14.3 15.0 17.8 空气中不含CO2
CaCO3(方解石) (25℃) (50℃) (100℃)
氢氧化钙 PPm 1130 910 520 84
Ca（OH）2 (25℃) (50℃) (100℃) (190℃)
硫酸钙 PPm 2980 2010 670 76
CaSO4 (20℃) (450℃) (100℃) (200℃)
硫酸镁 G/100G 35.6 58.7 48.0 1.6
MgSO4 H2O (20℃) (67.5℃) (100℃) (200℃)
2）锅炉水垢的种类及性质
a）重碳酸钙[Ca（HCO3）2]
溶解在盐类中一般能够生成盐类的是重碳酸钙。
重碳酸钙在锅炉、切割机、供水加热器等被热分解，生成溶度低的碳酸钙并成为软质沉淀物，附着在供水加热器、炉胆供水入口等部位。
碳酸钙的溶解度随着温度的上升而增加，因此在低温区析出，通常以重碳酸盐的形态被溶解。Ca（HCO3）加热+CaCO3/沉淀 ↓+H2O+CO2↑
b）硫酸钙（CaSO4）
硫酸钙温度上升反而溶解度减少，主要在高温区被析出。锅炉中主要在蒸发管容易结垢，此种垢是炉内水处理不充分的情况下易生成的相当顽固的水垢，要用炉内水处理剂，将其转换成CaSO4以外，式盐的形态而沉淀之。
3CaSO4+2Na3PO4=Ca3（PO4）2↓+3Na2SO4
c）重碳酸镁[Mg（HCO3）2]
重碳酸镁在锅炉水中热分解成为碳酸镁 Mg[HCO3]2+热=MgCO3+H2O+CO2↑
碳酸镁经水解成为溶解度低的氢氧化镁沉淀物成沉到底部。 MgCO3+H2O= Mg（OH）2↓+CO2↑
d）氯化镁（MgCL2）
锅炉水在维持适当PH值的情况下氯化镁经水解成与其它成份进行置换反应成为氢氧化镁的沉淀经排污系统而排出。
MgCL2+2H2O=Mg（OH）2↓+2HCL；MgCL2+Fe（OH）2=Mg（OH）2↓+FeCL2；MgCL2+2NaOH=Mg（OH）2↓+2NaCL
e）硫酸镁（MgSO4）
硫酸镁溶解度高，其自身不易形成水垢，但可与碳酸钙作用生成轻质水垢成份的硫酸钙和氢氧化镁。
MgSO4+CaCO3+H2O=CaSO4+Mg（OH）2+CO2
又与氯化钠作用生成氯化镁和硫酸钠。硫酸钠溶解度高，自身生成了水垢，但是在高温、高压锅炉内制造多种障害。
MgSO4+2NaCL=MgCL2+Na2SO4
f）软质水垢（SiO2）
软质水垢与供水中的钙成份结合生成硅酸钙。又与铝离子结合生成各种形式的水垢，供水无硬度的情况下也可单独析出。
二氧化硅（SiO2）含量高的水垢相当坚硬，用机械及化学方法除去困难。
象低压锅炉维持较高碱度的锅炉可防止锅炉水垢，但在高压锅炉中对碱度的限制严格，锅炉水中软质水垢大量溶解的情况下，因先择性蒸气杂质，附着在叶轮片等，降低叶轮的性能，要引起注意。
g）油脂
油脂成份在正常状态下不含在供水中，当燃料加热器，润滑加热器等的管线破裂时，蒸气凝缩水系统将混入油脂成份。
油脂成份不仅使炉胆水面产生稳定的泡沫，直至扩散到气室，并与悬浮物、碳素等结合生成软沉淀及水垢。
3）水垢的害处及防治
水垢的热传导率相当低，因此附着在传热面上，这部分受热过多，水垢的生长进一步加快。特别是高温、高压水管式锅炉的蒸发管受热很严重，这部位水垢附着的话，可引起破裂。
水垢及其它物质的热传导率 表3
水垢及其它物质 热传导率（kcal/m.H o .C）
烟黑(Soot) 0.06~0.1
油脂膜 0.1
以硅酸为主成份的水垢 0.2~0.4
碳酸盐为主成份的水垢 0.4~0.6