浅析锅炉水处理的必要性及相关处理措施
2022-06-09
【论文摘要】水是锅炉产生蒸汽的来源，水汽循环对锅炉的安全运行具有十分重要的意义。如果锅炉水处理工作做得不好，就可能会使锅炉出现结垢、腐蚀、积盐和汽水共腾等事故，危害锅炉的安全运行。文章首先从锅炉水垢、水渣和腐蚀等现象形成的机理及危害进行分析，然后从锅炉用水处理和水汽监督等方面分别提出了相应的处理措施建议。
【论文关键词】锅炉；水处理；水汽监督；水汽循环；水垢；水渣文献标识码：A
随着工业生产的不断进步，锅炉已进入各个行业，为其提供热能、动力，促进了经济发展和社会进步。但在锅炉使用中因水质处理不当、水质管理不当或认识不足造成锅炉的损坏及事故时有发生。2011年，宜宾市共有三台锅炉因水处理工作不到位，造成锅炉损坏，幸经及时发现，没有发生安全事故。其中两台2吨的锅炉均因锅炉给水处理不到位（一台水处理设备能力达不到要求未及时更换，另一台则无水处理人员），给水硬度超标，造成锅炉内水垢厚达10余毫米，而使锅筒过烧鼓包。另一台新安装的0.3吨的立式燃气锅炉，安装验收后未使用相应水处理设备，不到三个月因锅炉积垢严重，炉胆被烧坏而不得不更换。2013年某酒厂车间一台4t/h卧式燃气锅炉及2015年另一家酒厂一台1t/h卧式燃气锅炉均投运一年左右出现烟管及炉胆大面积的局部溃疡性腐蚀，严重部分出现烟管及炉胆腐蚀穿孔。2014年某木模板厂锅炉因锅炉结垢严重，煮炉除垢后未清炉，造成锅筒底部垢渣堆积，煮炉投用一个月后锅炉因过烧烧坏。从这几年宜宾市锅炉出现的事故情况来看，均与锅炉水质管理工作有关。因此，要想保障锅炉安全稳定运行，必须做好水处理工作。
1锅炉水处理的必要性
水汽循环对锅炉安全运行具有十分重要的意义。水是锅炉产生蒸汽的来源。锅炉的水汽循环是通过水汽系统连接回路实现的，如果锅炉给水水质不好，造成水汽系统回路变窄或堵塞，将会增加沿程阻力或影响正常回路，从而破坏锅炉水循环。如果锅炉给水中含有杂质，就会使锅炉出现结垢、腐蚀、积盐和汽水共腾等事故而危害锅炉安全运行，从而降低锅炉的传热效果和设备强度，造成锅炉热效率低下，浪费燃料，缩短锅炉使用寿命，严重时甚至会引起锅炉爆炸事故。另外，锅炉金属的受热是在高温状态下工作，如果没有连续不断的水汽混合物冷却，则管壁温度会快速升高，当温度超过了管壁金属的耐热极限时，管壁就有可能发生鼓包和蠕变，严重的甚至造成爆管。
1.1水垢和水渣的形成及危害
锅炉给水中溶解的钙、镁等重碳酸盐类在高温分解下转化成碳酸盐垢以及其他可溶解的钙、镁盐，随锅炉水温的升高，溶解度降低析出，和其他腐蚀固体产物一起黏附在锅炉高温受热面上，就形成了水垢。如果这些锅炉中析出的固体物质不黏附在锅炉各部件内壁上，而是以一种松软物质形式悬浮在锅水中或沉积在锅炉水流缓慢部位处，就形成水渣。水渣黏附在受热面上，经高温烘焙后可转化为水垢。当锅炉内结有水垢和水渣时将会造成水汽循环破坏，锅炉出力（工作压力和蒸发量）下降，使受热面过烧损坏，严重影响蒸汽品质。这是因为受热管道结垢后，管道流通截面变小，流动阻力增加，严重的还会堵死汽水管道，这就会影响锅炉内水汽循环的正常流动，造成水汽循环破坏。人们称水垢为锅炉的“百害之源”，关键是水垢的导热性极差。锅炉钢板的导热系数约为40～50千卡/米·小时·℃，而水垢的导热系数要比锅炉钢板小数十倍到数百倍。这样就会造成锅炉出力下降。如果锅炉结有水垢，又要保持一定的出力，这样只有增加火侧的温度才行，水垢越厚，导热系数越差，锅炉火侧的温度就越高。根据相关试验数据，对于工作压力为1.4MPa的锅炉，火侧温度在900℃～1200℃之间，水侧的温度为197℃，没有结水垢时的钢板温度只有215℃～250℃。而同样的锅炉，当锅板结有0.8～1.0毫米水垢后，锅板温度比无垢时提高了134℃～160℃。20#锅板达到315℃时，金属的各种塑性指标开始下降，当达到450℃时，金属就会因过热而蠕动变形。因此如果水处理做得不好，锅炉产生水垢，会造成锅炉钢板温度过高，超过规定值时，钢板将会被烧坏。而当锅水中的水渣过多时，将会使汽包水汽分界面堆积大量泡沫，使锅炉内产生汽水共腾现象，使饱和蒸汽大量带水，从而污染蒸汽质量，影响蒸汽品质。
1.2腐蚀的形成及危害
众所周知，裸露的钢铁在与水接触的情况下极易生锈腐蚀。同理，锅炉的金属经常与水接触，并且温度更高，就会更容易发生腐蚀。金属腐蚀的本质是金属原子失去电子被氧化的过程。金属腐蚀一般可分为化学腐蚀与电化学腐蚀。金属直接与介质发生氧化或还原反应而引起的腐蚀损坏，称为化学腐蚀。金属的氧化和氧化剂的还原是同时发生的，电子从金属原子直接转移到接受体。在化学腐蚀过程中不产生电流，而单纯起化学作用。金属与电解液相接触时，有电流出现的腐蚀损坏过程，称为电化学腐蚀。电化学腐蚀是最常见的腐蚀，它是以各种金属具有不同的电极电位为依据的。锅炉运行情况复杂，在锅炉内基本上都同时存在化学腐蚀和电化学腐蚀情况。锅炉内常见腐蚀机理为：
阳极：Fe→Fe2++2e
阴极：O2+2H2O+4e→4OH-（中性环境）
2H++2e→H2（酸性环境）
【论文关键词】锅炉；水处理；水汽监督；水汽循环；水垢；水渣文献标识码：A
随着工业生产的不断进步，锅炉已进入各个行业，为其提供热能、动力，促进了经济发展和社会进步。但在锅炉使用中因水质处理不当、水质管理不当或认识不足造成锅炉的损坏及事故时有发生。2011年，宜宾市共有三台锅炉因水处理工作不到位，造成锅炉损坏，幸经及时发现，没有发生安全事故。其中两台2吨的锅炉均因锅炉给水处理不到位（一台水处理设备能力达不到要求未及时更换，另一台则无水处理人员），给水硬度超标，造成锅炉内水垢厚达10余毫米，而使锅筒过烧鼓包。另一台新安装的0.3吨的立式燃气锅炉，安装验收后未使用相应水处理设备，不到三个月因锅炉积垢严重，炉胆被烧坏而不得不更换。2013年某酒厂车间一台4t/h卧式燃气锅炉及2015年另一家酒厂一台1t/h卧式燃气锅炉均投运一年左右出现烟管及炉胆大面积的局部溃疡性腐蚀，严重部分出现烟管及炉胆腐蚀穿孔。2014年某木模板厂锅炉因锅炉结垢严重，煮炉除垢后未清炉，造成锅筒底部垢渣堆积，煮炉投用一个月后锅炉因过烧烧坏。从这几年宜宾市锅炉出现的事故情况来看，均与锅炉水质管理工作有关。因此，要想保障锅炉安全稳定运行，必须做好水处理工作。
1锅炉水处理的必要性
水汽循环对锅炉安全运行具有十分重要的意义。水是锅炉产生蒸汽的来源。锅炉的水汽循环是通过水汽系统连接回路实现的，如果锅炉给水水质不好，造成水汽系统回路变窄或堵塞，将会增加沿程阻力或影响正常回路，从而破坏锅炉水循环。如果锅炉给水中含有杂质，就会使锅炉出现结垢、腐蚀、积盐和汽水共腾等事故而危害锅炉安全运行，从而降低锅炉的传热效果和设备强度，造成锅炉热效率低下，浪费燃料，缩短锅炉使用寿命，严重时甚至会引起锅炉爆炸事故。另外，锅炉金属的受热是在高温状态下工作，如果没有连续不断的水汽混合物冷却，则管壁温度会快速升高，当温度超过了管壁金属的耐热极限时，管壁就有可能发生鼓包和蠕变，严重的甚至造成爆管。
1.1水垢和水渣的形成及危害
锅炉给水中溶解的钙、镁等重碳酸盐类在高温分解下转化成碳酸盐垢以及其他可溶解的钙、镁盐，随锅炉水温的升高，溶解度降低析出，和其他腐蚀固体产物一起黏附在锅炉高温受热面上，就形成了水垢。如果这些锅炉中析出的固体物质不黏附在锅炉各部件内壁上，而是以一种松软物质形式悬浮在锅水中或沉积在锅炉水流缓慢部位处，就形成水渣。水渣黏附在受热面上，经高温烘焙后可转化为水垢。当锅炉内结有水垢和水渣时将会造成水汽循环破坏，锅炉出力（工作压力和蒸发量）下降，使受热面过烧损坏，严重影响蒸汽品质。这是因为受热管道结垢后，管道流通截面变小，流动阻力增加，严重的还会堵死汽水管道，这就会影响锅炉内水汽循环的正常流动，造成水汽循环破坏。人们称水垢为锅炉的“百害之源”，关键是水垢的导热性极差。锅炉钢板的导热系数约为40～50千卡/米·小时·℃，而水垢的导热系数要比锅炉钢板小数十倍到数百倍。这样就会造成锅炉出力下降。如果锅炉结有水垢，又要保持一定的出力，这样只有增加火侧的温度才行，水垢越厚，导热系数越差，锅炉火侧的温度就越高。根据相关试验数据，对于工作压力为1.4MPa的锅炉，火侧温度在900℃～1200℃之间，水侧的温度为197℃，没有结水垢时的钢板温度只有215℃～250℃。而同样的锅炉，当锅板结有0.8～1.0毫米水垢后，锅板温度比无垢时提高了134℃～160℃。20#锅板达到315℃时，金属的各种塑性指标开始下降，当达到450℃时，金属就会因过热而蠕动变形。因此如果水处理做得不好，锅炉产生水垢，会造成锅炉钢板温度过高，超过规定值时，钢板将会被烧坏。而当锅水中的水渣过多时，将会使汽包水汽分界面堆积大量泡沫，使锅炉内产生汽水共腾现象，使饱和蒸汽大量带水，从而污染蒸汽质量，影响蒸汽品质。
1.2腐蚀的形成及危害
众所周知，裸露的钢铁在与水接触的情况下极易生锈腐蚀。同理，锅炉的金属经常与水接触，并且温度更高，就会更容易发生腐蚀。金属腐蚀的本质是金属原子失去电子被氧化的过程。金属腐蚀一般可分为化学腐蚀与电化学腐蚀。金属直接与介质发生氧化或还原反应而引起的腐蚀损坏，称为化学腐蚀。金属的氧化和氧化剂的还原是同时发生的，电子从金属原子直接转移到接受体。在化学腐蚀过程中不产生电流，而单纯起化学作用。金属与电解液相接触时，有电流出现的腐蚀损坏过程，称为电化学腐蚀。电化学腐蚀是最常见的腐蚀，它是以各种金属具有不同的电极电位为依据的。锅炉运行情况复杂，在锅炉内基本上都同时存在化学腐蚀和电化学腐蚀情况。锅炉内常见腐蚀机理为：
阳极：Fe→Fe2++2e
阴极：O2+2H2O+4e→4OH-（中性环境）
2H++2e→H2（酸性环境）