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水垢的形成，危害及其處理方式

2016-12-02 16:53:54 作者：本網整理來源：苑玉明分享至：

    鍋爐給水中溶有的鈣、鎂鹽類等雜質，在鍋爐運行中，隨爐水濃縮溫度的升高而析出。析出鈣鎂類雜質，可在鍋爐的受熱面上形成各種不同密度和不同成分的固體附著物，這些固體附著物稱為水垢。水垢給工業生產，資源利用等造成極大危害，所以研究水垢，清除水垢是十分必要的。

    為了保護有限的資源，所以我們浙江莫蘭蒂金屬表面處理科技有限公司技術研發部對這個問題展開了調查！

    一、調查時間

    一月至二月中旬，這個期間，由于工廠組織休息，方便我們對鍋爐進行取樣和分析。

    二、調查方式

    調查以實地考察，采訪，實驗，分發問卷調查，詢問專家，同時借助互聯網收集資料。

    三、調查過程

    我們首先確立課題，然后詢問專家，了解課題的可研究性，對課題去各個分發調查問卷，了解工廠對水垢的認識。然后訪問各個擁有鍋爐的工廠的管理人員，讓他們闡述水垢對生產的印象，和一般他們去除的方法。其后對工廠的水垢進行取樣。用取來的各個樣本，在專家的幫助下，分析水垢的成分，并采取物理，化學各種方法去除水垢。雖然水垢的問題是一個世界性的問題，至今沒有很好的辦法解決，但是我們憑著對事物的獨特看法，對去除水垢有了獨特的一套較可行的方案。

    四、調查結果

    1、水垢的種類

    （一）堿土金屬垢：包括以鈣為主要成分的垢，如硫酸鈣垢、硅酸鈣垢、碳酸鈣垢等，以鎂為主要成分的，如氫氧化鎂垢、磷酸鎂垢等。

    （二）鐵垢：包括以鐵為主要成分的垢，有氧化鐵垢、磷酸鹽鐵垢和硅酸鹽鐵垢。

    （三）鋁垢：是以鋁為主要成分的垢，如硅酸鋁垢。

    （四）銅垢：是以金屬銅為主要成分的垢。

    硫酸鈣垢堅硬而致密，在低壓鍋爐設備上（如省煤氣中），主要以半水合物或石膏的形式沉淀附著；在鍋爐本體中，以無水化合物的形式沉淀附著。

    硅酸鈣垢主要在鍋爐熱負荷較大的受熱面上形成，它沉淀為硅灰石，垢的硬度較大，導熱性很差，能牢固地粘附在受熱面上。

    碳酸鹽垢有著不同的特性，它既可以是堅硬的水垢，又可以是松軟的水渣。當爐水進行微弱蒸發時，碳酸鹽常沉淀成堅硬的結晶狀水垢。當爐水進行劇烈沸騰時，碳酸鹽又常常沉淀為水渣。

    氫氧化鎂和磷酸鎂易粘附在鍋爐壁上，形成二次水垢。

    水垢成分中大部分是堿土金屬垢（達９０％），還有鐵垢、鋁垢、銅垢等和金屬腐蝕產物及有機物等。

    按水垢的形成過程可分為兩種：一是鹽類雜質在受熱面上直接結晶而形成的一次水垢；一是易粘附在受熱面上的水渣，再次生成二次水垢。

    水渣分為兩種，除一種水渣易粘附在受熱面上，形成難以用機械方式除去的二次水垢外，還有一種水渣呈流動狀態不易粘附在受熱面上，運行中可按照排污方法將其排出。由此看來，不論是一次水垢，還是二次水垢或水渣的形成過程，都是在一定環境和一定條件下形成的，互相牽連，互相制約，所以不可忽視。

    2、水垢的形成

    水垢和水渣的形成是一個復雜的物理化學過程，這個過程分為兩步：第一步為鹽類雜質由過飽和溶液中析出；第二步為結晶出來的鹽類雜質附著在金屬受熱面上，形成水垢或懸浮在溶液中成為水渣。

    這個過程的第一步容易理解，因為鍋爐在運行過程中，爐水由于受熱而蒸發濃縮，致使鹽類雜質達到溶解極限，即溶度積。如果鹽類陰、陽離子的濃度乘積超過其溶度積，此鹽類雜質便會從過飽和溶液中析出。反之，鹽類將繼續溶解。

    在鍋爐運行過程中，水中鹽類超過溶度積的原因有以下三點：

    （一）鍋爐設備中水的蒸發濃縮，致使爐水中鹽類雜質濃度升高，組建達到過飽和狀態。

    （二）熱力設備在加熱過程中，某些離子發生化學變化而形成一種難溶的化合物，如水加熱到６０～７０攝氏度以上時，重碳酸根轉變成碳酸根。水的溫度越高，重碳酸根轉變成碳酸根越多，這樣使易溶的重碳酸鹽生成了難溶的碳酸鹽。

    （三）某種鹽類（如鈣、鎂鹽）的溶解度隨溫度的升高而降低，因此在接近受熱面的水中，此種鹽類首先應超過溶度積而析出。

    第一步所形成的過飽和狀態溶液很不穩定，開始時是治安過飽和溶液中發生鹽類結晶核心上，極小的微粒逐漸長大成顆粒，最后形成粗結晶體或絮狀的水垢或水渣。

    形成水垢或水渣，不僅與鹽類物質的化學成分有關，而且還取決于鹽類雜質和受熱面之間物理化學因素。如果金屬受熱面粗糙并伴有凸瘤包時，便會成為過飽和溶液產生固態的結晶核。金屬受熱面氧化層有相當大的附著力，它可成為金屬壁與析出結晶沉淀物的粘結中間層。因此，金屬表面粗糙或覆蓋一層氧化物時，鹽類雜質沉淀出來將主要成為水垢。反之，在光潔的受熱金屬面上，則多呈水渣。

    3、水垢的危害

    水垢直接威脅鍋爐設備的安全和鍋爐的使用壽命，因為水垢的導熱系數很小。表1是幾種不同水垢的平均導熱系數。

    從表中可看出，水垢的導熱系數比金屬的導熱系數小幾百倍。因此，即使在受熱面上形成不太厚的水垢，也會由于熱阻大，使其導熱效率降低，造成熱損失，浪費燃料。實踐證明，鍋爐受熱面結有1毫米的水垢，能使煤的消耗增加1.5～２％左右。由于受熱面上結有水垢，會使金屬管壁局部過熱，當壁溫超過其工作允許極限溫度時，會使管子鼓包，嚴重的會引起鍋爐爆管事故，使人身安全受到威脅。

    水垢是一種復雜的鹽類，其中含有鹵素離子，在高溫下對鐵有腐蝕作用。通過對鐵質水垢的分析，可知它含鐵量達２０～３０％左右。水垢侵蝕金屬會使鍋爐內壁變脆，并不斷向鍋爐深處腐蝕。

    由于清除水垢要停爐、消耗人力、物力，以及造成鍋爐的機械損傷和化學腐蝕。因此，防止水垢和清除水垢是水質處理工作中必須解決的問題。