锅炉水垢及水处理技术的研究

摘 要：锅炉是指利用各种燃料、电、或者其他能源将所盛装的液体加热到一定参数，并承载一定压力的密闭设备。它在社会生产中占有不可或缺的地位。水垢是在锅炉运行中普遍存在的一个问题，它是锅炉运行一定时间以后在锅炉受压元件内表面粘附的一层坚硬的附着物，称为水垢。锅炉产生水垢后易造成燃料的浪费，影响汽水循环，受压元件的过热及变形，甚至是发生锅炉爆炸等严重事故，严重威胁着人民群众的生命及财产安全，因此文章认为对水垢的形成、水垢种类及水处理技术的研究是十分必要的。

关键词：锅炉；水垢形成；水垢种类；水处理技术

1 概述

一般锅炉用原水中含有大量的杂质，按颗粒大小可分为悬浮物质、胶体物质和溶解物质。其中悬浮物质为水中携带的泥沙、动植物碎屑及一些腐殖质等有机化合物，胶体则是一些分子和离子的集合，主要是一些铁、硅等的化合物、动植物的蛋白质及脂肪等，锅水中的悬浮物质及胶体很容易随着锅水的蒸发而逐渐的累积而产生沉淀附着于锅炉内壁上形成坚硬的水垢，但是上述两种杂质通过物理过滤的方式较易除去。溶解物质则是一般以离子及分子或气体状态存在于水中的分散物。一般锅炉给水中钙、镁、钠、钾四种阳离子是水中的主要离子，达到95%以上，其中钙离子又是天然水中的主要离子，锅水中的溶解物质钙、镁等的重碳酸盐类在高温下转换成碳酸盐垢析出，以及钙镁离子的硫酸盐、碳酸盐及硅酸盐等的溶解度随着锅炉水的温度上升而下降也会在锅炉内壁上析出形成水垢。

2 水垢的种类

尽管运用现代的水处理技术能使锅炉给水中的杂质降到很低的程度，但是在运行中还是不可避免的产生水垢，水垢往往不是单一的化合物，而是由许多化合物组成的混合物。

下面重点讨论水垢的种类及其特点。

2.1 钙镁水垢

这种水垢的主要成分为钙和镁的盐类为主，按其化学组分可分为碳酸钙水垢（CaCO3）、硫酸钙水垢（CaSO4、CaSO4·2H2O）硅酸钙水垢（CaSiO3）、镁垢（Mg（OH）2、Mg3（PO4）2）。

碳酸盐水垢常在给水管路、热交换设备、省煤器、加热器、锅筒、水冷壁管及下联箱等部位生成。硫酸盐水垢和硅酸盐水垢，主要是在热负荷较高的受热面上，如水冷壁管、蒸发器和蒸汽发生器内生成。钙镁盐类主要是因为随着锅水温度升高溶解度下降，随着锅水蒸发水中盐类浓缩，及受热分解而析出并附着于受热面上，逐渐成为坚硬的沉积物，即人们常说的水垢。

2.2 硅酸盐水垢

硅酸盐水垢的化学成分复杂，往往含有40%～50%的SiO2，25%～30%的铁、铝的氧化物，10%～20%的Na2O，钙镁的化学物一般只能占不到10%。在锅炉给水中，铁、铝的化合物和硅的化合物的含量偏高及受热面上热负荷过高时此种水垢产生的关键原因。此种水垢主要是从高浓缩的锅水中直接结晶析出而产生的。因此极难清除，一旦产生此种水垢将给设备运行带来极大隐患。

2.3 氧化铁垢

氧化铁垢的化学成分70%～90%为铁的氧化物，另含有少量的金属铜和铜的氧化物及一些钙镁盐类。外观一般呈咖啡色、黑色或者灰色。它的生成与铁的氧化物的含量及锅炉的热负荷有直接关系。铁的氧化物一般由锅炉给水带入或者在运行及停炉期间因氧化腐蚀而产生，而锅炉的热负荷却决定了氧化铁垢的生成速度。氧化铁垢的主要成分为具有铁磁性的Fe3O4，其他形式的氧化铁垢一般都会转化成Fe3O4，因它具有最稳定的化学性质。此种水垢被认为是由于锅炉金属受到腐蚀后直接在管壁上沉积并产生的，另一方面锅水中含有的铁的化合物在静电引力的作用下向金属表面聚集而产生。尽量减少锅炉给水中的含铁量及减少锅炉停、运期间的腐蚀是控制氧化铁垢的有效手段。

3 常见的水处理技术及设备

随着锅炉管理水平的提升，水垢的危害逐渐得到人们的认识，水处理技术也得到飞速发展，下面介绍几种常见的水处理技术及设备。（1）锅炉水处理一般要先进行水的预处理，使水变得澄清或者除去部分硬度。而预处理工艺包括：混凝处理，沉淀（澄清）处理，过滤处理。混凝处理的原理是使水中的胶体脱稳，再经过沉淀，过滤除去。而脱稳最简单常用的方法是投加混凝剂即硫酸铝使胶体脱稳，一般可在30秒内完成，然后是脱稳胶体的絮凝过程，此过程会持续时间较长。混凝处理之后是水的沉淀处理，一般方法是加入化学药剂使水中的钙、镁离子变成难溶于水的化合物而沉淀出来，从而减低水的硬度。常用的是石灰（CaO）。除此之外还有石灰-纯碱法、石灰-氯化钙法、氢氧化钠法等。以上两步进行的同时添加氧化镁对于硅化物的降低是非常有好处的。混凝、沉淀处理需要在沉淀池进行。经过混凝及澄清处理后水中仍有部分悬浮物未除掉，如不进一步过滤除去，当进行离子交换处理时必会污染树脂，降低水处理的效率。过滤材料常用石英石、无烟煤、大理石等具有化学稳定性、不影响水质、机械强度好而且廉价的材料。进行过滤的设备有单流式压力过滤器、多层滤料过滤器、无阀滤池、纤维过滤器等。（2）预处理过后，除去了水中的悬浮物和大部分胶体物质，水中的盐类物质通常采用离子交换法和反渗透法除去。a.离子交换是离子交换剂上的离子与溶液中同性电荷离子进行交换反应的过程。目前国内主要的离子交换剂是离子交换树脂。离子交换树脂是人工合成的长链高分子化合物。离子交换树脂在离子交换器内分为三个区域，即失效层、工作层、保护层，这三层树脂并没有明显的界限，并且时刻处于变化的过程，随着交换过程的进行，失效层不断扩大，工作层不断向后移动，保护层也会越来越薄，当保护层薄至被穿透时，意味着交换器树脂的实效，交换器出水水质不合格。在交换树脂完全实效之前我们需要进行反洗已到达离子交换树脂再生的目的，防止不合格的水进入锅炉。所谓再生就是用再生剂将实效树脂中的交换离子洗脱除去，恢复树脂的交换能力的过程，再生过程也可以认为是交换制水的逆过程。离子交换树脂的再生方式有顺流再生，逆流再生两种方式。顺流方式是指再生剂水流方向与交换运行时水流方向相同，通常是由上向下流动，但此种方式再生率并不高。逆流再生是指再生剂与离子交换运行时水流方向相反，它具有出水质量好，再生剂比耗低等优点。b.反渗透又称逆渗透，是一种以压差为推动力，从溶液中分离出溶剂的膜分离操作。因为它和自然渗透的方向相反，故称为反渗透。反渗透膜能截留水中的各种无机离子、胶体物质和大分子溶质，从而取得净制的水。它是基于材料科学的发展而产生的分离技术，是相对传统的分离过程加以变革后的分离技术，其特点是过程非常简单，在常温无相态变化，无化学变化，分离节能高效无污染。其因节能效果非常显著而得到各国的重视，不少国家把此技术纳入国家计划和关键技术，增加反渗透装置每年可少耗大量的酸和碱，大大减少了酸碱对环境的污染，能取得很明显的环境效益。反渗透膜常用的材料是醋酸纤维素、芳香聚酰胺、薄膜复合膜等具有高通水量、高盐截留率、耐腐蚀、抗生物侵蚀、抗胶体及悬浮物污染、价格便宜、机械强度好、化学稳定性好及耐高温的材料。反渗透的处理系统一般包括：混凝→砂虑→清水池→双层滤料过滤器→加热器→保安过滤器→高压泵→反渗透器，在双层过滤之前需要进行PH值的调节，在双层过滤之后需要加阻垢剂以防止结垢。反渗透膜需要定期进行清洗来除去膜浓水侧的积累的杂质，保持膜的分离效率。

4 结束语

文章对水垢的形成、水垢种类及水垢的预防进行了简单的探讨，之所以花费一定的时间和精力对这些问题进行研究和分析，一方面是因为每年由于锅炉的运行不当而造成的能源浪费和安全事故不在少数，造成的人员伤亡和财产损失是巨大的，另一方面是因为只有更好的认识锅炉存在的问题才能更好的解决这些问题。保证生产人员的个人安全，为生产单位创造更多的经济效益和社会效益。但是由于受到篇幅的限制，所以文章的分析略显片面，但仍然希望通过文章的浅要见解为读者提供参考和借鉴。

参考文献

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