【正文】 其腐蝕產(chǎn)物進入受熱面中和循環(huán)水系統(tǒng)中，也會引起其他一些破壞。 鐵受到溶解氧腐蝕后產(chǎn)生 Fe2+，它在水中進 行下列反應(yīng)： Fe2++2 OH－ → Fe (OH )2 Fe (OH ) 2+2H2O+O2 → 4Fe (OH )3 Fe (OH ) 2+2Fe (OH)3 → Fe3O4+4H2O 在上述反應(yīng)中， Fe (OH ) 2 是不穩(wěn)定的，使反應(yīng)繼續(xù)往下進行，最終產(chǎn)物主要是 Fe (OH ) 3 和 Fe3O4 腐蝕的部件 ： 氧腐蝕是鍋爐采暖系統(tǒng)常見的一種腐蝕。 氧腐蝕的特征：氧腐蝕的形態(tài)一般表現(xiàn)為：潰瘍和小孔型的局部腐蝕，其腐 4 蝕的產(chǎn)物表現(xiàn)為黃褐、黑色、磚紅色不等。 、鍋爐的腐蝕 原理與特征 鐵受水中溶解氧的腐蝕是一種電化學(xué)腐蝕，鐵和氧形成腐蝕電池。 (4)爐管暢通 清洗后鍋內(nèi)所有的水冷壁管和對流管等爐管都應(yīng)暢流無阻。 (3)腐蝕速度 用腐蝕指示片測量的金屬腐蝕速度的平均值應(yīng)小于 6g／(m2由于經(jīng)酸洗后殘留的硬垢往往已有所松動，當鍋爐投入運行后會逐漸地脫落，若不作再次清理極易發(fā)生事故，所以當殘留垢較多時必須加以處理。 清洗硅酸鹽或硫酸鹽水垢，除垢面積應(yīng)達到原水垢覆蓋面積的 60％以上。清洗結(jié)束后，用爐單位、清洗單位和鍋爐安全監(jiān)察部門應(yīng)對清洗質(zhì)量進行驗收。無相應(yīng)資格的任何單位和個人 (包括用爐單位 )，都不得擅自酸洗鍋爐。 3） 酸洗除垢 目前在各種除垢方法中，以酸洗除垢效果較好，但酸洗工藝若不合適或控制不當 也會影響除垢效果或腐蝕金屬，有時甚至?xí)乐赜绊戝仩t的安全運行。這些堿洗藥劑應(yīng)先在溶液箱中配制成一定濃度，然后再用泵送人鍋內(nèi)，并循環(huán)至均勻。 堿洗藥劑用量應(yīng)根據(jù)鍋爐結(jié)垢及臟污的程度來確定。堿煮除垢對于以硫酸鹽、硅酸鹽為主的水垢有一定的效果，但對于碳酸鹽水垢，則遠不如酸洗除垢效果好。 2） 堿洗 (煮 )除垢 3 鍋爐堿煮的作用主要是使水垢轉(zhuǎn)型，同時促使其松動脫落。近年來，由于清洗專用的高壓水槍的應(yīng)用，使水力沖洗的機械除垢發(fā)展較快，這種高壓水力除垢的效果較使用原始的機械工具有很大的提高，且較為安全、方便?，F(xiàn)將鍋爐除垢的方法和要求簡要介紹如下： 1） 機械除垢 主要采用電動洗管器、扁鏟、鋼絲刷及手錘等工具進行機械除垢。但當鍋爐結(jié)垢或腐蝕沉積物達到一定程度時，也應(yīng)及時清洗除去，以免對鍋爐安全運行帶來隱患。 另外，鍋爐結(jié)垢后，將增加清洗和維修的時間 、費用及工作量等，影響生產(chǎn)，減小鍋爐的有效利用率，降低經(jīng)濟性。有些結(jié)構(gòu)緊湊或結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鍋爐，一旦受熱面結(jié)垢，就極難清除，嚴重時只好采用挖補、割換管子等修理措施，不但費用大，而且還會使受熱面受到嚴重損傷。 3） 堵塞管道，破壞水循環(huán) 如果水管內(nèi)結(jié)垢，就會減小流通截面積，增大水的流動阻力，破壞正常的水循環(huán)，嚴重時還會完全堵塞管道，或造成爆管事故。根據(jù)測定，水垢厚度與浪費燃料的關(guān)系見 下 表 1。 上 述這些析出的沉淀物質(zhì)黏結(jié)在鍋爐受熱面上就形成了水垢，溫度越高的部位，越易形成堅硬的水垢。而水渣中有些是具有黏性的，當未被及時排污除去時，就會轉(zhuǎn)化成水垢。 4） 相互反應(yīng)及轉(zhuǎn)化 給水中原來溶解度較大的鹽類，在運行中與其他鹽類相互反應(yīng)，生成了難溶的沉淀物質(zhì)。 2） 溶解度降低 在高溫高壓下，有些鹽類 (如硫酸鈣、硅酸鹽等 )物 質(zhì)的溶解度隨溫度升高而大大降低，達到一定程度后，便會析出沉淀。 鍋爐結(jié)垢的原因，首先是給水中含有鈣鎂硬度或鐵離子，硅含量過高；同時又由于鍋爐的高溫高壓特殊條件。在一定條件下，固體沉淀物也會在鍋水中析出，呈松散的懸浮狀，稱為水渣。 鍋 爐 水 處 理 技 術(shù) 培 訓(xùn) 資 料 （ 2020 年度） 北京化新通達清洗技術(shù)有限責任公司 二零一二年四月 目 錄 第一章 結(jié)垢及腐蝕的形成與危害 1 第二章 鍋爐水處理概述 6 第三章 供暖工藝及類型 10 第四章 BF30Ａ 熱水鍋爐防腐阻垢技術(shù) 16 第五章 零排污蒸汽發(fā)生技術(shù) 21 第六章 經(jīng)濟分析及相關(guān)成本計算 26 第七章 附錄 30 1 第一章 結(jié)垢及腐蝕 的形成與 危害 、 鍋爐結(jié)垢的原因 含有硬度的水若不經(jīng)過處理就進入鍋爐，運行一段時間后，鍋爐水側(cè)受熱面上就會牢固地附著一些固體沉積物，這種現(xiàn)象稱為結(jié)垢。受熱面上黏附著的固體沉積物 就稱為水垢。水渣可隨排污除去，但如果排污不及時，部分水渣也會在受熱面上或水流流動滯緩的部位沉積下來而轉(zhuǎn)化成水垢 (通常稱之為“二次水垢” )。水垢形成的主要過程為： 1） 受熱分解 在高溫高壓下，原來溶于水的某些鈣、鎂鹽類 (如碳酸氫鹽 )受熱分解，變成難溶物質(zhì)而析出沉淀。 3） 鍋水蒸發(fā)、濃縮 在高溫高壓下，鍋水中鹽類物質(zhì)的濃度將隨蒸發(fā)濃縮而不斷增大，當達到過飽和時，就會在受熱面上析出沉淀。如果反應(yīng)在受熱面上發(fā)生，就直接形成了水垢；如果反應(yīng)在鍋水中發(fā)生，則形成水渣。另外，有些腐蝕產(chǎn)物附著在受熱面上，也往往易轉(zhuǎn)化成金屬氧化物水垢。 水垢的危害 水垢的導(dǎo)熱性很差，其導(dǎo)熱系數(shù)要比鍋爐鋼板的導(dǎo)熱系數(shù)小幾十倍至數(shù)百倍， 2 所以鍋爐結(jié)垢后就會嚴重阻礙傳熱并引起下列危害： 1） 浪費燃料，降低出力 鍋爐結(jié)垢后將嚴重影響受熱面?zhèn)鳠?，降低熱效率，降低蒸汽出力，增加燃料消耗? 水垢厚度 (mm) 1 3 5 8 浪費燃料 (％ ) 2 3～ 5 6～ 10 15 35 表 1 水垢厚度與浪 費燃料的關(guān)系 不同水垢的導(dǎo)熱效率見表 2 介質(zhì)類別 導(dǎo)熱系數(shù) W/(mK) 軟鋼 碳酸鹽水垢 硫酸鹽水垢 硅酸鹽水垢 氧化鐵垢 含油水垢 水 表 2 不同水垢的導(dǎo)熱效率 2） 易引起事故，影響安全運行 受熱面結(jié)生水垢后，金屬的熱量由于受水垢的阻礙而難于傳熱給鍋水，致使金屬壁溫急劇升高，當溫度超過了金屬所能承受的允許溫度時，金屬強度顯著降低，從而導(dǎo)致金 屬過熱變形，嚴重時將造成鼓包、裂縫，甚至爆管等事故。 4） 引起垢下腐蝕，縮短鍋爐壽命 鍋爐結(jié)垢后還會引起垢下腐蝕等危害。所有上述這些危害都將大大縮短鍋爐的使用壽命。 水垢的清除 鍋爐應(yīng)以積極的防垢、防腐為本。 清洗除垢的方法主要分為機械除垢和化學(xué)清洗兩大類，其中化學(xué)清洗又可分為堿煮除垢和酸洗除垢。此法比較簡單，成本低，但勞動強度大，除垢效果差，易損壞金屬表面，只適用于結(jié)垢面積小， 且構(gòu)造簡單，便于機械工具接觸到水垢的小型鍋爐。但 目前高壓水力除垢仍僅限于結(jié)構(gòu)較簡單的工業(yè)鍋爐。單純的堿煮除垢效果較差，常常需與機械除垢配合進行。堿洗煮爐也常用于新安裝鍋爐的除銹和除油污，有 時也用于酸洗前的除油清洗或垢型轉(zhuǎn)化。一般用于除垢時的用量(每噸水的用量 )為：工業(yè)磷酸三鈉 5～ 10kg，碳酸鈉 3～ 6kg，或氫氧化鈉 2～ 4kg。 堿煮除垢的方法與新鍋爐煮爐基本相同，只是煮爐結(jié)束后，應(yīng)打開鍋爐的各檢查孔，及時加以機械 (或高壓水力 )輔助清垢，以免松軟的水垢重新變硬。為了確保鍋爐酸洗的安全和質(zhì)量，國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局專門制定頒發(fā)了《鍋爐化學(xué)清洗規(guī)則》，并規(guī)定：從事鍋爐化學(xué)清洗的單位必須取得省級及省級以上鍋爐壓力容器安全監(jiān)察機構(gòu)的資格認可，才能承擔相應(yīng)級別的鍋爐化學(xué)清洗。 鍋爐在酸洗前應(yīng)預(yù)先取有代表性的垢樣進行化驗，制定清洗方案；進酸開始時須在鍋爐內(nèi)和酸箱內(nèi)掛入腐蝕指標片 (直到退酸時取出 )；酸洗工藝流程及酸洗液的溫度、濃度、流速、酸洗時間等應(yīng)按 清洗方案實施和控制；清洗過程中應(yīng)不斷取樣化驗并如實作好記錄。工業(yè)鍋爐的酸洗質(zhì)量要求如下： (1)除垢率 清洗以碳酸鹽垢為主的水垢，除垢面積應(yīng)達到原水垢覆蓋面積的 80％以上。 如除垢率低于上述規(guī)定，或雖達到規(guī)定要求但鍋爐主要受熱面上仍覆蓋有難以清理的水垢時，應(yīng)在維持鍋水堿度達到水質(zhì)標準上限值的條件下，將鍋爐運行一個月左右再停爐，用人工或高壓水槍清理脫落 的垢渣和殘垢。 (2)鈍化膜 鍋爐清洗表面應(yīng)形成良好的鈍化保護膜，金屬表面不出現(xiàn)二次浮銹，無點蝕。 h)，且腐蝕總量不大于 72g／ m2。如清洗前已堵塞的管子，清洗后仍無法疏通暢流的，應(yīng)由有修理資格的單位修理更換。鐵的電極電位總是比氧的電極電位低，所以在鐵氧腐蝕電池中，鐵是陽極，遭到腐蝕，反應(yīng)式如下 :Fe→ Fe2++2e, 氧為陰極，進行還原，反應(yīng)式如下： O2+2H2O+4e → 4OH－在這里溶解氧起陰極去極化作用，是引起鐵腐蝕的因素，這種腐蝕稱為氧腐蝕。對金屬的強度破壞非常嚴重。在運行和停運期間均可發(fā)生。在系統(tǒng)停運期間由于防護不當，更是如此，不斷造成設(shè)備及系統(tǒng)的破壞，其破壞程度越來越大，在金屬表面形成許多小鼓包，鼓包表面的顏色（由黃褐色到硅紅色不等，次層是黑色）。 給水中的溶解氧通常是造成熱力設(shè)備腐蝕的主要原因，其來源主要由鍋爐給給水或熱力管網(wǎng)返回的的熱水、凝結(jié)水在循環(huán)運行中漏入空氣、汽輪機或凝汽器或凝結(jié)水泵的密封不嚴密等，它可以導(dǎo)致在運行期間和停用期間的氧腐蝕，為防止和減輕鍋爐運行期間的氧腐蝕， 必須對鍋爐給水進行除氧。鍋爐發(fā)生腐蝕后，不僅使金屬的有效厚度減薄，而且會使金屬內(nèi)部的金相組織遭到破壞，機械性能變差，造成鍋爐的承壓能力降低，使用壽命縮短，以至提前報廢。 目前，我們普遍采用軟化法進行給水處理，以防止結(jié)垢，殊不知經(jīng)過軟化的給水腐蝕性還要強于自來水（軟化水腐蝕性： ，自來水腐蝕性： g/）。 工業(yè)鍋爐常見的腐蝕主要有氧腐蝕和垢下腐蝕，其防止的措施主要有： 1） ．搞好給水處理 給水中的溶解氧、鐵離子和過低的 pH 值都會促進鍋爐金屬發(fā)生腐蝕。 2） ．保持鍋水水質(zhì)達到合格 一般來說，鍋水中含鹽量和氯根含量過高， pH 值和堿度過低或過高 都會增加腐蝕。 3） ．防止垢下腐蝕 鍋爐受熱面結(jié)垢后，滲入垢下的鍋水會在高溫下極度濃縮，并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而產(chǎn)生各種垢下腐蝕，但由于水垢的覆蓋往往難以察覺。 4） ．使金屬表面形成保護膜 對于新安裝的鍋爐，良好的煮爐效果應(yīng)能使金屬表面形成完整的鈍化保護膜。但是如果鍋爐水質(zhì)控制不好，尤其是 pH 值過低或過高，常會破壞保護膜。因此，停爐時必須按規(guī)定要求做好保養(yǎng)工作。由于鍋爐是一種熱交換設(shè)備，水垢的生成會極大地影響鍋爐的導(dǎo)熱能力（水垢 的導(dǎo)熱系數(shù)是鋼鐵的導(dǎo)熱系數(shù)的數(shù)十分之一到數(shù)百分之一），因此，鍋爐結(jié)垢將導(dǎo)致爐管過熱損壞、燃料浪費、出力降低、消耗化學(xué)除垢藥劑、縮短鍋爐使用壽命等。不良的水質(zhì)對鍋爐的危害如此大，因此，對鍋爐給水的處理十分重要。對低壓鍋爐，普遍采取軟化水－阻垢劑以防止結(jié)垢，采用機械除氧器－化學(xué)除氧劑（亞硫酸鈉）除氧以 防止腐蝕，采用防腐阻垢法和排污以保持水質(zhì)工況。對更高壓力特別是亞臨界壓力鍋爐，普遍采用全揮發(fā)處理技術(shù)。這些技術(shù)使鍋爐的經(jīng)濟安全性大大提高。目前，中國是世界上擁有鍋爐臺數(shù)最多的國家之一。其中，蒸汽鍋爐 萬臺，占 ％；熱水鍋爐 萬臺，占 ％。因此，中國鍋爐水處理的任務(wù)十分艱巨。早在一百多年前，沸石類無機離子交換劑就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)并得到應(yīng)用。 1935 年合成的有機離子交換樹脂問世， 1945 年，苯乙烯系列離子交換樹脂研究成功。 離子交換樹脂在水處理上的應(yīng)用約占其產(chǎn)量的 90％。工業(yè)鍋爐最長用的是鈉型離子交換系統(tǒng)，通過鈉離子交換樹脂床的原水，其中的鈣、鎂離子即被除去，其殘余硬度可降至，甚至可以使硬度完全消除。為了獲得去離子水或者脫鹽水，可采用陽－陰、陽－陰混離子交換系統(tǒng)。在離子交換樹脂的質(zhì)量合離子交換系統(tǒng)的功能方面，我國與國外先進水平尚存在一定差距。 一種習(xí)慣性的認識是，原水經(jīng)過軟化之后，水的 PH 值提高了，因而水的腐蝕性也降低了。而且軟化水比原水的腐蝕性更大。由于陰極過程被抑制，鋼的腐蝕速度減小。同時，腐蝕產(chǎn)物覆蓋于金屬表面而成垢的情況變得嚴重了。離子交換法的主要缺點是必須排放再生廢液。 膜分離法阻垢技術(shù) 膜分離是借助一個膜相對被分離物系中各組分的選擇透過能力不同而實現(xiàn)對物系中各組分分離的過程。膜技術(shù)的大致應(yīng)用范圍是，微濾用于過濾細菌，超濾用于截留蛋白質(zhì)，反滲透用于除去水溶液中的離子及相對分子質(zhì)量為幾百的小分子溶質(zhì)。在發(fā)達國家，鍋爐用水 的預(yù)處理采用電滲析法已很常見。膜法預(yù)處理的優(yōu)點是，由于除去了大量離子，因而可使離子交換符合減少，延長再生周期；由于除去了污染物，因而可減輕樹脂污染，延長離子交換樹脂的使用壽命。 除氧器－除氧劑法防腐技術(shù) 為了防止鍋爐系統(tǒng)的氧腐蝕，國內(nèi)外研究開發(fā)的重點是從給水中除去腐蝕劑溶解氧。熱 力除氧和真空除氧的除氧效果好，使用性能穩(wěn)定，一直是蒸汽鍋爐普遍采用的防腐方法。 此外，也可以向軟化水中直接加入除氧劑，使其和水中的溶解氧反應(yīng)，除去腐蝕劑溶解氧。不過，一般認為單獨加入除氧劑不如除氧器－除氧劑法經(jīng)濟。除了有可能使其分解的超高壓鍋爐外，對普通高壓鍋爐、中壓鍋爐和大容量低壓鍋爐，最好的防腐方法使：首先用機械除氧器除去大部分溶解氧，然后加入亞硫酸鈉