水垢的形成機理、類型及清洗對策

1、水垢的形成機理工業(yè)鍋爐在使用過程中，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產(chǎn)生水垢，水垢形成的機理是比較復(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。水垢的形成過程是難溶鹽的沉積過程，當(dāng)爐水溫度升高時，爐水中的鹽類 發(fā)生濃縮，當(dāng)其濃度超過該溫度下的溶解度時就會產(chǎn)生沉積；有些鹽類，如硫酸 鈣、硫酸鎂、磷酸鈣等則隨溫度升高溶解度下降并析出；在爐水中，當(dāng)二氧化硅 的濃度對堿度而言偏高時也會析出；而可溶性重碳酸鹽，如碳酸二氫鈣、碳酸二 氫鎂則受熱分解，產(chǎn)生難溶性鹽也會導(dǎo)致沉積。如.Ca(H2CO3)2CaCO3CO

2、2H2OMg(H2CO3)2Mg(OH )22CO2i水垢產(chǎn)生的嚴重程度與給水水質(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)，一般由白備水源(地面水或地下水)或城市供水網(wǎng)取得，這種水水質(zhì)差別很大，城 市或市郊取用經(jīng)過過濾處理的白來水水質(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 們曾遇見過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泥 砂與水垢結(jié)成一體的混合垢。軟化水：常用鈉

3、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 脂處理的水，其硬度一般能滿足工業(yè)鍋爐的要求，司爐中只要定時排污，水垢不 易沉積。但是有些單位，因為水處理設(shè)備容量小，處理的水量不足，有時則向爐 內(nèi)補充部分原水，從而加快了水垢的沉積。采用爐內(nèi)加藥處理的水，往往由于加藥量不足或加藥不及時及排污不嚴格等 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，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，會產(chǎn)生各種形式的腐蝕。制糖廠的鍋爐有其固有的特點，每年使

4、用時 間短(45個月)，停爐時間長(78個月)，停爐期間未加保護，從而加速了它的 腐蝕。腐蝕的基本形式是電化學(xué)過程，即鐵失去電子而生成離子如：Fe Fe22e腐蝕產(chǎn)物的類型則與腐蝕因素有關(guān)。溶解氧無論在中性、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，使其表面形成比較疏松的氫氧化物或四氧化三鐵腐蝕產(chǎn)物，如：。22心4e40H(在中性、堿性介質(zhì)中)。24H4e 2H2。(在酸性介質(zhì)中)Fe220H Fe(OH)24Fe(OH)22H2O 024Fe(OH)3Fe(OH)22Fe(OH)3Fe3O44H2O在垢層下極易產(chǎn)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

5、腐蝕產(chǎn)物主要成分也是鐵的氧化物，但嚴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+2erHO,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)表面呈紅褐色等。2.3管理方面鍋爐操作和管理不善也會產(chǎn)生或加速垢的形成，操作和管理含義頗多，比較 而言，以水處理和司爐操作最重要，水處理管理不嚴，水質(zhì)經(jīng)?；蛴袝r達不到質(zhì) 量指標(biāo)，就會加速水垢的形成。司爐時不定時排污，同樣會加速水垢的產(chǎn)生。水垢類型及清洗對策水垢（包括水渣、

6、泥垢、腐蝕產(chǎn)物等）類型及其化學(xué)清洗對策概括如下：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)量分數(shù)常在50咖上。這種水 垢為白色，比較疏松，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)量百分數(shù)），不溶成分在酸液中呈粉狀，沉于容器底部，這是比較典型的碳酸鹽水垢。 大量試驗和生產(chǎn)實踐證明，這類水垢易于除去?？蛇x用以下任何一種方法進行清 洗。3.1.1酸洗3碳酸鹽遇酸分解，生成可溶性鹽和二氧化碳，如用鹽酸則反應(yīng)方程為：CaCO32HCl CaCl2CO2H2O去垢劑可用單一的鹽酸或氨基磺酸或鹽酸與檸檬酸等

7、有機酸的混合酸，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緩蝕劑用量占活洗液用量的質(zhì)量分數(shù)（%）101200.8清洗溫度為室溫或加熱至5060C ,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)進行，循環(huán)時酸液流動速度不宜過快（0.2 1m/s）以防加速金屬腐蝕。清洗時間則視鍋爐容量大小、清洗溫度高低和水垢厚度而定。一般原則是容 量大，溫度低，酸洗時間長，以測定清洗液中酸濃度變化來確定補加酸液的量和 清洗的終點。對于蒸發(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，只要嚴格按

8、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 間，然后對每根排污管用泵打循環(huán)，酸洗后進行沖洗、漂洗、鈍化，實踐證明去 垢效果好。3.1.2橡碗榜膠法橡碗榜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，在金屬表面上形成單寧酸保護膜，破壞了垢與 金屬之間的連接，使水垢剝離，榜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：榜膠用量按爐水容積計，每噸水加510kg,并用堿（碳酸鈉、燒堿或磷酸三鈉） 調(diào)pH值大于7.0,加堿量一般為榜膠質(zhì)量的1/241/3

9、,鍋爐帶壓（0.490.78MPa）運行72170h。采用本法除垢效果不如鹽酸和氨基 磺酸，但榜膠不腐蝕鍋爐，清洗后亦不需進行鈍化處理。3.1.3堿煮純碳酸鹽水垢可采用10 20g/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，但對設(shè)備無腐蝕，堿 煮后鍋爐亦不必進行鈍化處理。3.2硫酸鹽水垢其主要成分為硫酸鈣，質(zhì)量百分數(shù)常占50%以上。這種水垢堅固密實，呈黃白色，不溶于有機酸，在鹽酸中能緩慢溶解。這類水垢宜采用鹽酸進行清洗，所 需酸的濃度比相同厚度碳酸鹽水垢大，以加熱（5060C）循環(huán)清洗方式效果最好， 清洗時間一般比碳酸鹽水垢長，并且清洗效果不

10、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應(yīng):3CaSO42Na3PO4Ca3（PO4）23Na2SO4生成的磷酸鈣也不溶于水，不能讓其沉積，要及時沖洗干凈。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,每小時測定一次堿的濃度，以判斷藥量是否足夠及是否到了堿洗終點。堿洗后放空堿液，用水沖洗直至出口水pH值9。3.2.2堿煮工藝流程及工藝參數(shù)為：水沖洗 r 加堿液 r 關(guān)閉各個門孔 r 升壓 （升至額定壓 力的20%30%）維持8h排污 r

11、補水到正常水位 r 升壓（至額定壓力的50%）維持24h以上 r 排堿 r 沖洗（至pH9）。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 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)量百分數(shù)）, 浸泡在濃鹽酸中24h后仍無明顯變化，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,必要時加入1 2g/kg的表面 活性劑）7升壓（至工作壓力的50%）維持24h以上 r 排堿 r 沖洗（至pH9）。3.3.2酸洗工藝同前面的碳酸鹽水垢，為了加快去垢效果

12、，最好在酸中加入適量氟化物， 如氟化鈉、氟化鉉等。這類水垢較厚時，一次清洗很難徹底除凈，最好采用間斷多次清洗方法，即 第一次清洗能達到基本要求（去垢率大于65%），鍋爐使用一年后再進行一次清洗可 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，干燥 狀態(tài)比較堅硬，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85.5%（質(zhì)量百分數(shù)）。這類垢宜選用鹽酸作去垢劑，用加熱循環(huán)的酸洗工藝進行 清洗。如某賓館燃油鍋爐，垢為磚紅色，垢厚12mm,用4050g/kg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

13、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 中加入510g/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?顏色，垢與金屬粘附比較牢固，與酸堿均不起化學(xué)反應(yīng)。這類水垢直接采用酸洗6效果不好，宜先用堿煮（堿煮工藝同前），堿煮后視其表面狀態(tài)決定是否需要繼續(xù)進 行酸洗。例如某糖廠蒸發(fā)量為20t/h鍋爐，垢表面呈鐵紅色，經(jīng)分析主要成分為泥 砂，先采用鹽酸加熱循環(huán)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， 這是我們在清洗工

14、作中碰到最多的一類水垢， 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， 水垢硬度大，外觀由白至灰白色，在鹽酸中反應(yīng)比較緩慢，放出的氣泡也比較少。鐵銹含量多時，垢的顏色比較深，與鹽酸反應(yīng)比較快。碳酸鹽含量高時，垢比較 脆，在酸中反應(yīng)較激烈，產(chǎn)生氣泡多。如某廠鍋爐水垢為白帶黃色塊狀，稍硬， 放入鹽酸中開始反應(yīng)較激烈，半分鐘后趨于平靜，酸不溶物含量為38.4%（質(zhì)量百分數(shù)），氧化鐵含量為15.3%（質(zhì)量百分數(shù)）。這是一種比較典型的混合垢，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 偏局時，應(yīng)加入適量氟化鈉或氟化鉉以提局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1.52.5mm,比較堅硬，成分為