水垢的形成機(jī)理、類型及清洗對(duì)策

1、水垢的形成機(jī)理 工業(yè)鍋爐在使用過(guò)程中，由于給水水質(zhì)不符合要求，以及操作管理不善等原 因，在鍋筒、管壁及汽包等部位會(huì)產(chǎn)生水垢，水垢形成的機(jī)理是比擬復(fù)雜的。2.1 給水水質(zhì) 工業(yè)鍋爐幾乎都是以原水或軟化水作為給水，給水使鍋爐產(chǎn)生水垢的原因比 較多。水垢的形成過(guò)程是難溶鹽的沉積過(guò)程，當(dāng)爐水溫度升高時(shí)，爐水中的鹽類 發(fā)生濃縮，當(dāng)其濃度超過(guò)該溫度下的溶解度時(shí)就會(huì)產(chǎn)生沉積；有些鹽類，如硫酸 鈣、硫酸鎂、磷酸鈣等那么隨溫度升高溶解度下降并析出；在爐水中，當(dāng)二氧化硅 的濃度對(duì)堿度而言偏高時(shí)也會(huì)析出；而可溶性重碳酸鹽，如碳酸二氫鈣、碳酸二 氫鎂那么受熱分解，產(chǎn)生難溶性鹽也會(huì)導(dǎo)致沉積。如： Ca(H2CO3)2C

2、aCO3 CO2 H 2OMg (H 2CO3 )2Mg(OH )2 2CO2水垢產(chǎn)生的嚴(yán)重程度與給水水質(zhì)有著非常密切的關(guān)系，鍋爐給水分原水與軟 化水。原水：也稱生水，是未經(jīng)任何處理的天然水 ( 如江河水、湖水、地下水等 ) ， 一般由自備水源 ( 地面水或地下水 ) 或城市供水網(wǎng)取得，這種水水質(zhì)差異很大，城 市或市郊取用經(jīng)過(guò)過(guò)濾處理的自來(lái)水水質(zhì)較穩(wěn)定， 直接采用地下水的水質(zhì)硬度大。 有些單位取用附近未經(jīng)過(guò)濾處理的江河水，水質(zhì)不穩(wěn)定，水中含有懸浮物、膠體 物質(zhì)及各種溶解性雜質(zhì)，尤其是下雨季節(jié)，水中混有泥砂，水是黃色渾濁的。我 們?cè)鲆?jiàn)過(guò)某廠在雨天用這種水作給水，使用這種水的鍋爐極易沉積泥砂垢或

3、泥 砂與水垢結(jié)成一體的混合垢。軟化水：常用鈉離子交換水或爐內(nèi)處理水，前者應(yīng)用最多。經(jīng)鈉離子交換樹(shù) 脂處理的水，其硬度一般能滿足工業(yè)鍋爐的要求，司爐中只要定時(shí)排污，水垢不 易沉積。但是有些單位，因?yàn)樗幚碓O(shè)備容量小，處理的水量缺乏，有時(shí)那么向爐 內(nèi)補(bǔ)充局部原水，從而加快了水垢的沉積。采用爐內(nèi)加藥處理的水，往往由于加藥量缺乏或加藥不及時(shí)及排污不嚴(yán)格等 原因，水的硬度和堿度不易控制，使用這種水較使用離子交換水的鍋爐更易產(chǎn)生 水垢。當(dāng)采用磷酸鹽作為水處理劑時(shí)，還可能產(chǎn)生硬的粘附著的褐色磷酸鐵垢。2.2 腐蝕及腐蝕產(chǎn)物 鍋爐在使用過(guò)程中，受鍋水中溶解氧、水垢及水渣、酸、堿、鹽及溫度等因 素的影響，會(huì)產(chǎn)生

4、各種形式的腐蝕。制糖廠的鍋爐有其固有的特點(diǎn)，每年使用時(shí) 間短45個(gè)月，停爐時(shí)間長(zhǎng)78個(gè)月，停爐期間未加保護(hù)，從而加速了它的 腐蝕。腐蝕的根本形式是電化學(xué)過(guò)程，即鐵失去電子而生成離子如： Fe Fe2 2e 腐 蝕產(chǎn)物的類型那么與腐蝕因素有關(guān)。溶解氧無(wú)論在中性、堿性或酸性介質(zhì)中都可引起陰極去極化作用而導(dǎo)致鋼鐵 的腐蝕，使其外表形成比擬疏松的氫氧化物或四氧化三鐵腐蝕產(chǎn)物，如：O22H2O4e 4OH 在中性、堿性介質(zhì)中 O24H4e2H 2O 在酸性介質(zhì)中 Fe22OHFe(OH)24Fe(OH ) 22H2O O24Fe(OH)3Fe(OH )22Fe(OH)3Fe3O4 4H2O在垢層下極易產(chǎn)

5、生沉積物下腐蝕，此種腐蝕根據(jù)情況不同可出現(xiàn)堿腐蝕和酸 腐蝕，前者腐蝕產(chǎn)物主要成分也是鐵的氧化物，但嚴(yán)重的堿腐蝕可引起金屬的苛 性脆化。酸腐蝕是氫的去極化作用2H+2e H，腐蝕產(chǎn)物主要是可溶性鹽。鍋爐金屬在高溫下直接氧化或與含氧物質(zhì)相互作用引起高溫腐蝕，以及熱水 鍋爐因溫差變化造成的腐蝕，其腐蝕產(chǎn)物均是鐵的氧化物，鐵的氧化物的顏色有 黑色、黃褐色及磚紅色不等，因此有些鍋爐爐膛、汽包等內(nèi)外表呈紅褐色等。2.3 管理方面鍋爐操作和管理不善也會(huì)產(chǎn)生或加速垢的形成，操作和管理含義頗多，比擬 而言，以水處理和司爐操作最重要，水處理管理不嚴(yán)，水質(zhì)經(jīng)?；蛴袝r(shí)達(dá)不到質(zhì) 量指標(biāo)，就會(huì)加速水垢的形成。司爐時(shí)不定時(shí)

6、排污，同樣會(huì)加速水垢的產(chǎn)生。水垢類型及清洗對(duì)策水垢包括水渣、泥垢、腐蝕產(chǎn)物等類型及其化學(xué)清洗對(duì)策概括如下：3.1 碳酸鹽水垢主要成分為鈣和鎂的碳酸鹽，以碳酸鈣為主，質(zhì)量分?jǐn)?shù)常在50%以上。這種水 垢為白色，比擬疏松，可溶于酸特別是鹽酸。例如某糖廠鍋爐水垢為疏松的白色 片狀，輕壓即成碎末，放入稀鹽酸中產(chǎn)生大量氣泡，酸中可溶成分占70.5%質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，不溶成分在酸液中呈粉狀，沉于容器底部，這是比擬典型的碳酸鹽水垢。 大量試驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐證明，這類水垢易于除去?？蛇x用以下任何一種方法進(jìn)行清 洗。3.1.1 酸洗碳酸鹽遇酸分解，生成可溶性鹽和二氧化碳，如用鹽酸那么反響方程為:CaCO3 2HCICaCI

7、2 CO2H2O去垢劑可用單一的鹽酸或氨基磺酸或鹽酸與檸檬酸等有機(jī)酸的混合酸，并加入適量緩蝕劑，酸的濃度與垢厚度的關(guān)系見(jiàn)表1。表1酸濃度與垢層厚度的關(guān)系水垢厚度/mm鹽酸或氨基磺 酸濃度/g L-1緩蝕劑用量占清洗液用量的質(zhì)量 分?jǐn)?shù)%<5600.4510800.6>101200.8清洗溫度為室溫或加熱至 50 60C,清洗方式可采用靜態(tài)浸泡或泵打循環(huán)或先浸泡后再循環(huán)進(jìn)行，循環(huán)時(shí)酸液流動(dòng)速度不宜過(guò)快0.21m/s 以防加速金屬腐蝕。清洗時(shí)間那么視鍋爐容量大小、清洗溫度上下和水垢厚度而定。一般原那么是容 量大，溫度低，酸洗時(shí)間長(zhǎng)，以測(cè)定清洗液中酸濃度變化來(lái)確定補(bǔ)加酸液的量和 清洗的終點(diǎn)

8、。對(duì)于蒸發(fā)量為0.52t/h的小型鍋爐，多數(shù)可從人孔中觀察水垢去除 的情況。在正常情況下，只要嚴(yán)格按工藝施工，一般能獲得滿意的效果。如上面 提到的某糖廠鍋爐蒸發(fā)量為40t/h，我們采用鹽酸清洗，先在室溫下浸泡一段時(shí) 間，然后對(duì)每根排污管用泵打循環(huán)，酸洗后進(jìn)行沖洗、漂洗、鈍化，實(shí)踐證明去 垢效果好。3.1.2 橡碗栲膠法 橡碗栲膠的主要成分為單寧酸，具有收斂性和滲透性，能滲透到水垢內(nèi)部使 水垢疏松，滲透到垢與金屬之間，在金屬外表上形成單寧酸保護(hù)膜，破壞了垢與 金屬之間的連接，使水垢剝離，栲膠還能與碳酸鹽水垢作用生成單寧酸鹽，使水 垢晶型結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。 其除垢工藝為：栲膠用量按爐水容積計(jì)， 每噸水

9、加 510kg， 并用堿碳酸鈉、燒堿或磷酸三鈉調(diào)pH值大于7.0,加堿量一般為栲膠質(zhì)量的1/2 1/3,鍋爐帶壓0.490.78MPa運(yùn)行72170h。采用本法除垢效果不如鹽酸和氨基 磺酸，但栲膠不腐蝕鍋爐，清洗后亦不需進(jìn)行鈍化處理。3.1.3 堿煮純碳酸鹽水垢可采用 1020g/kg 的磷酸三鈉或它與氫氧化鈉的混合液加壓 煮,具體操作可參照后面的堿煮工藝。堿煮去垢效果較差,但對(duì)設(shè)備無(wú)腐蝕,堿 煮后鍋爐亦不必進(jìn)行鈍化處理。3.2 硫酸鹽水垢其主要成分為硫酸鈣,質(zhì)量百分?jǐn)?shù)常占50%以上。這種水垢鞏固密實(shí),呈黃白色,不溶于有機(jī)酸,在鹽酸中能緩慢溶解。這類水垢宜采用鹽酸進(jìn)行清洗,所 需酸的濃度比相同

10、厚度碳酸鹽水垢大，以加熱 5060C循環(huán)清洗方式效果最好， 清洗時(shí)間一般比碳酸鹽水垢長(zhǎng),并且清洗效果不如碳酸鹽水垢。其次采用堿洗法，堿洗通常采用氫氧化鈉和磷酸三鈉，磷酸三鈉與水垢可起如下反響：3CaSO4 2Na3PO4 Ca3PO42 3Na2SO4生成的磷酸鈣也不溶于水，不能讓其沉積，要及時(shí)沖洗干凈。堿除垢可分堿洗和堿煮兩種，堿液配方相同，即為：NaOH:35g/kg和Na3PO4：510g/kg。操作工藝如下。3.2.1 堿洗溫度9095C,循環(huán)824h,每小時(shí)測(cè)定一次堿的濃度，以判斷藥量是否足 夠及是否到了堿洗終點(diǎn)。堿洗后放空堿液，用水沖洗直至出口水pH 值<9。3.2.2 堿煮

11、工藝流程及工藝參數(shù)為：水沖洗-加堿液-關(guān)閉各個(gè)門孔-升壓 升至額定壓 力的20%30%維持8h-排污補(bǔ)水到正常水位升壓至額定壓力的50%維持 24h 以上-排堿-沖洗 至 pH<9。3.3 硅酸鹽水垢主要成分為硅酸化合物，如硅酸鈣、硅酸鎂等。外表呈灰白色，不溶于有機(jī) 酸，在熱鹽酸中能緩慢溶解。 如某廠水垢在鹽酸中的不溶物為 65.3%質(zhì)量百分?jǐn)?shù)， 浸泡在濃鹽酸中 24h 后仍無(wú)明顯變化，這類水垢僅采用酸洗效果往往不佳，宜采 用先堿煮后酸洗的連續(xù)去垢工藝。3.3.1 堿煮加堿氫氧化鈉與磷酸三鈉總濃度為1020g/kg,必要時(shí)參加12g/kg的外表 活性劑-升壓至工作壓力的50%維持24h以

12、上-排堿-沖洗至pH<9。3.3.2 酸洗 工藝同前面的碳酸鹽水垢，為了加快去垢效果，最好在酸中參加適量氟化物，如氟化鈉、氟化銨等。這類水垢較厚時(shí)，一次清洗很難徹底除凈，最好采用間斷屢次清洗方法，即 第一次清洗能到達(dá)根本要求 去垢率大于 65%，鍋爐使用一年后再進(jìn)行一次清洗可獲得滿意的效果。3.4 鐵銹垢 主要成分為鐵的氧化物，外表呈磚紅色、咖啡色或黑色，內(nèi)部呈灰色，枯燥 狀態(tài)比擬堅(jiān)硬，可溶于較濃或熱的鹽酸。例如一種典型的鐵銹垢，其氧化鐵含量 達(dá) 85.5%質(zhì)量百分?jǐn)?shù) 。這類垢宜選用鹽酸作去垢劑，用加熱循環(huán)的酸洗工藝進(jìn)行 清洗。如某賓館燃油鍋爐，垢為磚紅色，垢厚12mm,用4050g/k

13、g的鹽酸在5060 C循環(huán)清洗5h,去垢效果較好。典型的氧化鐵垢亦可采用堿煮工藝，堿本身不能溶解銹，因此單純用堿煮方 法不能除去銹垢，如某賓館 1t/h 燃油爐的銹垢按堿煮工藝除垢效果不佳，在堿液 中參加 5 10g/kg 的 EDTA 等絡(luò)合劑可提高堿煮去垢效果。3.5 泥砂垢 主要成分為泥砂，往往是泥砂與水垢混雜在一起，外表顏色接近當(dāng)?shù)啬嗌暗念伾?，垢與金屬粘附比擬牢固，與酸堿均不起化學(xué)反響。這類水垢直接采用酸洗 效果不好， 宜先用堿煮堿煮工藝同前 ，堿煮后視其外表狀態(tài)決定是否需要繼續(xù)進(jìn) 行酸洗。例如某糖廠蒸發(fā)量為 20t/h 鍋爐，垢外表呈鐵紅色，經(jīng)分析主要成分為泥 砂，先采用鹽酸加熱循環(huán)

14、去垢，效果很差，后用堿煮72h,爐內(nèi)泥砂能去除干凈。3.6 混合垢其成分為上述各種垢的混合物， 這是我們?cè)谇逑垂ぷ髦信龅阶疃嗟囊活愃福?垢的外表、硬度及在酸中的溶解性均與其組分有關(guān)。硅酸鹽和硫酸鹽含量多時(shí)， 水垢硬度大，外觀由白至灰白色，在鹽酸中反響比擬緩慢，放出的氣泡也比擬少。 鐵銹含量多時(shí)，垢的顏色比擬深，與鹽酸反響比擬快。碳酸鹽含量高時(shí)，垢比擬 脆，在酸中反響較劇烈，產(chǎn)生氣泡多。如某廠鍋爐水垢為白帶黃色塊狀，稍硬， 放入鹽酸中開(kāi)始反響較劇烈，半分鐘后趨于平靜，酸不溶物含量為38.4%質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，氧化鐵含量為 15.3%質(zhì)量百分?jǐn)?shù) 。這是一種比擬典型的混合垢， 選用酸洗 法去垢，用鹽酸或氨基磺酸均可，宜加熱用泵打循環(huán)施工。如果垢中硅酸鹽含量偏高時(shí)，應(yīng)參加適量氟化鈉或氟化銨以提高去垢速度和獲得滿意的效果。如某糖廠水垢外表為磚紅色，厚度1.5 2.5m m,比擬堅(jiān)硬，成