水垢的形成机理、类型与清洗对策

1、水垢的形成机理工业锅炉在使用过程中，由于给水水质不符合要求，以及操作管理不善等原 因，在锅筒、管壁及汽包等部位会产生水垢，水垢形成的机理是比较复杂的。2.1 给水水质工业锅炉几乎都是以原水或软化水作为给水，给水使锅炉产生水垢的原因比 较多。水垢的形成过程是难溶盐的沉积过程，当炉水温度升高时，炉水中的盐类 发生浓缩，当其浓度超过该温度下的溶解度时就会产生沉积；有些盐类，如硫酸 钙、硫酸镁、磷酸钙等则随温度升高溶解度下降并析出；在炉水中，当二氧化硅 的浓度对碱度而言偏高时也会析出；而可溶性重碳酸盐，如碳酸二氢钙、碳酸二 氢镁则受热分解，产生难溶性盐也会导致沉积。女口. Ca(H 2CO3)2CaC

2、O 3 CO2H 2OMg(H2CO3)2Mg(OH )2 2CO2水垢产生的严重程度与给水水质有着非常密切的关系，锅炉给水分原水与软 化水。原水：也称生水，是未经任何处理的天然水 (如江河水、湖水、地下水等), 一般由自备水源(地面水或地下水)或城市供水网取得，这种水水质差别很大，城 市或市郊取用经过过滤处理的自来水水质较稳定，直接采用地下水的水质硬度大。有些单位取用附近未经过滤处理的江河水，水质不稳定，水中含有悬浮物、胶体 物质及各种溶解性杂质，尤其是下雨季节，水中混有泥砂，水是黄色浑浊的。我 们曾遇见过某厂在雨天用这种水作给水，使用这种水的锅炉极易沉积泥砂垢或泥 砂与水垢结成一体的混合垢

3、。软化水：常用钠离子交换水或炉内处理水，前者应用最多。经钠离子交换树 脂处理的水，其硬度一般能满足工业锅炉的要求，司炉中只要定时排污，水垢不 易沉积。但是有些单位，因为水处理设备容量小，处理的水量不足，有时则向炉 内补充部分原水，从而加快了水垢的沉积。采用炉内加药处理的水，往往由于加药量不足或加药不及时及排污不严格等 原因，水的硬度和碱度不易控制，使用这种水较使用离子交换水的锅炉更易产生 水垢。当采用磷酸盐作为水处理剂时，还可能产生硬的粘附着的褐色磷酸铁垢。2.2 腐蚀及腐蚀产物锅炉在使用过程中，受锅水中溶解氧、水垢及水渣、酸、碱、盐及温度等因 素的影响，会产生各种形式的腐蚀。制糖厂的锅炉有其

4、固有的特点，每年使用时 间短（45个月），停炉时间长（78个月），停炉期间未加保护，从而加速了它的 腐蚀。腐蚀的基本形式是电化学过程，即铁失去电子而生成离子如：Fe Fe2 2e腐蚀产物的类型则与腐蚀因素有关。溶解氧无论在中性、碱性或酸性介质中都可引起阴极去极化作用而导致钢铁 的腐蚀，使其表面形成比较疏松的氢氧化物或四氧化三铁腐蚀产物，如：。22H2O4e 4OH（在中性、碱性介质中）。24H4e2H 2O（在酸性介质中）Fe22OHFe(OH)24Fe(OH)22H2O O24Fe(OH)3Fe(OH)22Fe(OH)3Fe3O4 4H2O在垢层下极易产生沉积物下腐蚀，此种腐蚀根据情况不同可

5、出现碱腐蚀和酸 腐蚀，前者腐蚀产物主要成分也是铁的氧化物，但严重的碱腐蚀可引起金属的苛 性脆化。酸腐蚀是氢的去极化作用（2H+2e H2），腐蚀产物主要是可溶性盐。锅炉金属在高温下直接氧化或与含氧物质相互作用引起高温腐蚀，以及热水 锅炉因温差变化造成的腐蚀，其腐蚀产物均是铁的氧化物，铁的氧化物的颜色有 黑色、黄褐色及砖红色不等，因此有些锅炉炉膛、汽包等内表面呈红褐色等。2.3 管理方面锅炉操作和管理不善也会产生或加速垢的形成，操作和管理含义颇多，比较 而言，以水处理和司炉操作最重要，水处理管理不严，水质经常或有时达不到质 量指标，就会加速水垢的形成。司炉时不定时排污，同样会加速水垢的产生。水垢

6、类型及清洗对策水垢（包括水渣、泥垢、腐蚀产物等）类型及其化学清洗对策概括如下：3.1 碳酸盐水垢主要成分为钙和镁的碳酸盐，以碳酸钙为主，质量分数常在50%以上。这种水 垢为白色，比较疏松，可溶于酸特别是盐酸。例如某糖厂锅炉水垢为疏松的白色 片状，轻压即成碎末，放入稀盐酸中产生大量气泡，酸中可溶成分占70.5%（质量百分数），不溶成分在酸液中呈粉状，沉于容器底部，这是比较典型的碳酸盐水垢。 大量试验和生产实践证明，这类水垢易于除去。可选用以下任何一种方法进行清 洗。3.1.1 酸洗碳酸盐遇酸分解，生成可溶性盐和二氧化碳，如用盐酸则反应方程为：CaCO3 2HCI CaCI2 CO2H2O去垢剂可

7、用单一的盐酸或氨基磺酸或盐酸与柠檬酸等有机酸的混合酸，并加入适量缓蚀剂，酸的浓度与垢厚度的关系见表1。表1酸浓度与垢层厚度的关系水垢厚度/mm盐酸（或氨基磺 酸）浓度/g L-1缓蚀剂用量占清洗液用量的质量 分数（%<5600.4510800.6>101200.8清洗温度为室温或加热至 50 60C,清洗方式可采用静态浸泡或泵打循环或 先浸泡后再循环进行，循环时酸液流动速度不宜过快（0.21m/s）以防加速金属腐 蚀。清洗时间则视锅炉容量大小、清洗温度高低和水垢厚度而定。一般原则是容 量大，温度低，酸洗时间长，以测定清洗液中酸浓度变化来确定补加酸液的量和 清洗的终点。对于蒸发量为

8、0.52t/h的小型锅炉，多数可从人孔中观察水垢去 除的情况。在正常情况下，只要严格按工艺施工，一般能获得满意的效果。如上 面提到的某糖厂锅炉（蒸发量为40t/h）,我们采用盐酸清洗，先在室温下浸泡一段 时间，然后对每根排污管用泵打循环，酸洗后进行冲洗、漂洗、钝化，实践证明 去垢效果好。3.1.2 橡碗栲胶法橡碗栲胶的主要成分为单宁酸，具有收敛性和渗透性，能渗透到水垢内部使 水垢疏松，渗透到垢与金属之间，在金属表面上形成单宁酸保护膜，破坏了垢与 金属之间的连接，使水垢剥离，栲胶还能与碳酸盐水垢作用生成单宁酸盐，使水 垢晶型结构发生变化。其除垢工艺为：栲胶用量按炉水容积计，每吨水加510kg,

9、并用碱（碳酸钠、烧碱或磷酸三钠）调pH值大于7.0，加碱量一般为栲胶质量的 1/21/3，锅炉带压（0.490.78MPa）运行72170h。采用本法除垢效果不如盐酸 和氨基磺酸，但栲胶不腐蚀锅炉，清洗后亦不需进行钝化处理。3.1.3 碱煮纯碳酸盐水垢可采用1020g/kg的磷酸三钠或它与氢氧化钠的混合液加压 煮，具体操作可参照后面的碱煮工艺。碱煮去垢效果较差，但对设备无腐蚀，碱 煮后锅炉亦不必进行钝化处理。3.2 硫酸盐水垢其主要成分为硫酸钙，质量百分数常占50%以上。这种水垢坚固密实，呈黄白 色，不溶于有机酸，在盐酸中能缓慢溶解。这类水垢宜采用盐酸进行清洗，所需 酸的浓度比相同厚度碳酸盐水

10、垢大，以加热 （5060C）循环清洗方式效果最好， 清洗时间一般比碳酸盐水垢长，并且清洗效果不如碳酸盐水垢。其次采用碱洗法，碱洗通常采用氢氧化钠和磷酸三钠，磷酸三钠与水垢可起如下反应:3CaSO4 2Na3PO4Ca3（PO4）2 3Na2SO4生成的磷酸钙也不溶于水，不能让其沉积，要及时冲洗干净。碱除垢可分碱洗和碱煮两种，碱液配方相同，即为：NaOH:3- 5g/kg和NaPQ:510g/kg。操作工艺如下。碱洗温度9095C,循环824h,每小时测定一次碱的浓度，以判断药量是否足够及是否到了碱洗终点。碱洗后放空碱液，用水冲洗直至出口水pH值<9。3.2.2 碱煮工艺流程及工艺参数为：

11、水冲洗-加碱液-关闭各个门孔-升压（升至额定压 力的20%30%维持8h排污补水到正常水位升压（至额定压力的50%维持 24h以上排碱冲洗（至pH<9）。3.3 硅酸盐水垢主要成分为硅酸化合物，如硅酸钙、硅酸镁等。外表呈灰白色，不溶于有机 酸，在热盐酸中能缓慢溶解。如某厂水垢在盐酸中的不溶物为 65.3%（质量百分数）, 浸泡在浓盐酸中24h后仍无明显变化，这类水垢仅采用酸洗效果往往不佳，宜采 用先碱煮后酸洗的连续去垢工艺。碱煮加碱（氢氧化钠与磷酸三钠总浓度为1020g/kg，必要时加入12g/kg的表 面活性剂）-升压（至工作压力的50%维持24h以上-排碱-冲洗（至pH<9）。

12、3.3.2 酸洗工艺同前面的碳酸盐水垢，为了加快去垢效果，最好在酸中加入适量氟化物， 如氟化钠、氟化铵等。这类水垢较厚时，一次清洗很难彻底除净，最好采用间断多次清洗方法，即 第一次清洗能达到基本要求（去垢率大于65%）,锅炉使用一年后再进行一次清洗可获得满意的效果。3.4 铁锈垢主要成分为铁的氧化物，外表呈砖红色、咖啡色或黑色，内部呈灰色，干燥 状态比较坚硬，可溶于较浓或热的盐酸。例如一种典型的铁锈垢，其氧化铁含量 达85.5%（质量百分数）。这类垢宜选用盐酸作去垢剂，用加热循环的酸洗工艺进行 清洗。如某宾馆燃油锅炉，垢为砖红色，垢厚12mm用4050g/kg的盐酸在5060 C循环清洗5h,

13、去垢效果较好。典型的氧化铁垢亦可采用碱煮工艺，碱本身不能溶解锈，因此单纯用碱煮方 法不能除去锈垢，如某宾馆1t/h燃油炉的锈垢按碱煮工艺除垢效果不佳，在碱液 中加入510g/kg的EDTA等络合剂可提高碱煮去垢效果。3.5 泥砂垢主要成分为泥砂，往往是泥砂与水垢混杂在一起，外表颜色接近当地泥砂的 颜色，垢与金属粘附比较牢固，与酸碱均不起化学反应。这类水垢直接采用酸洗 效果不好，宜先用碱煮（碱煮工艺同前），碱煮后视其表面状态决定是否需要继续 进行酸洗。例如某糖厂蒸发量为 20t/h锅炉，垢表面呈铁红色，经分析主要成分 为泥砂，先采用盐酸加热循环去垢，效果很差，后用碱煮72h,炉内泥砂能去除干净。

14、3.6 混合垢其成分为上述各种垢的混合物，这是我们在清洗工作中碰到最多的一类水垢，垢的外表、硬度及在酸中的溶解性均与其组分有关。硅酸盐和硫酸盐含量多时， 水垢硬度大，外观由白至灰白色，在盐酸中反应比较缓慢，放出的气泡也比较少。 铁锈含量多时，垢的颜色比较深，与盐酸反应比较快。碳酸盐含量高时，垢比较 脆，在酸中反应较激烈，产生气泡多。如某厂锅炉水垢为白带黄色块状，稍硬， 放入盐酸中开始反应较激烈，半分钟后趋于平静，酸不溶物含量为38.4%（质量百分数），氧化铁含量为15.3%（质量百分数）。这是一种比较典型的混合垢，选用酸 洗法去垢，用盐酸或氨基磺酸均可，宜加热用泵打循环施工。如果垢中硅酸盐含 量偏高时，应加入适量氟化钠或氟化铵以提高去垢速度和获得满意的效果。如某 糖厂水垢外表为砖红色，厚度 1.5 2.5mm比较坚硬，成分为硅酸盐