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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(wǎng)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(zhì)，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(zhì)，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(yè)生產(chǎn)，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(shù)研發(fā)部對這個問題展開了調(diào)查！

    一、調(diào)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(diào)查方式

    調(diào)查以實地考察，采訪，實驗，分發(fā)問卷調(diào)查，詢問專家，同時借助互聯(lián)網(wǎng)收集資料。

    三、調(diào)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(fā)調(diào)查問卷，了解工廠對水垢的認(rèn)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(chǎn)的印象，和一般他們?nèi)コ姆椒āＦ浜髮S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(xué)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(diào)查結(jié)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(shè)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(fù)荷較大的受熱面上形成，它沉淀為硅灰石，垢的硬度較大，導(dǎo)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(dāng)爐水進行微弱蒸發(fā)時，碳酸鹽常沉淀成堅硬的結(jié)晶狀水垢。當(dāng)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(dá)９０％），還有鐵垢、鋁垢、銅垢等和金屬腐蝕產(chǎn)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(zhì)在受熱面上直接結(jié)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(tài)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(huán)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(fù)雜的物理化學(xué)過程，這個過程分為兩步：第一步為鹽類雜質(zhì)由過飽和溶液中析出；第二步為結(jié)晶出來的鹽類雜質(zhì)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(fā)濃縮，致使鹽類雜質(zhì)達(dá)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(zhì)便會從過飽和溶液中析出。反之，鹽類將繼續(xù)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(shè)備中水的蒸發(fā)濃縮，致使?fàn)t水中鹽類雜質(zhì)濃度升高，組建達(dá)到過飽和狀態(tài)。

    （二）熱力設(shè)備在加熱過程中，某些離子發(fā)生化學(xué)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(zhuǎn)變成碳酸根。水的溫度越高，重碳酸根轉(zhuǎn)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(yīng)超過溶度積而析出。

    第一步所形成的過飽和狀態(tài)溶液很不穩(wěn)定，開始時是治安過飽和溶液中發(fā)生鹽類結(jié)晶核心上，極小的微粒逐漸長大成顆粒，最后形成粗結(jié)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(zhì)的化學(xué)成分有關(guān)，而且還取決于鹽類雜質(zhì)和受熱面之間物理化學(xué)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(chǎn)生固態(tài)的結(jié)晶核。金屬受熱面氧化層有相當(dāng)大的附著力，它可成為金屬壁與析出結(jié)晶沉淀物的粘結(jié)中間層。因此，金屬表面粗糙或覆蓋一層氧化物時，鹽類雜質(zhì)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(shè)備的安全和鍋爐的使用壽命，因為水垢的導(dǎo)熱系數(shù)很小。表1是幾種不同水垢的平均導(dǎo)熱系數(shù)。

    從表中可看出，水垢的導(dǎo)熱系數(shù)比金屬的導(dǎo)熱系數(shù)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(dǎo)熱效率降低，造成熱損失，浪費燃料。實踐證明，鍋爐受熱面結(jié)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(jié)有水垢，會使金屬管壁局部過熱，當(dāng)壁溫超過其工作允許極限溫度時，會使管子鼓包，嚴(yán)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(fù)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(zhì)水垢的分析，可知它含鐵量達(dá)２０～３０％左右。水垢侵蝕金屬會使鍋爐內(nèi)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(xué)腐蝕。因此，防止水垢和清除水垢是水質(zhì)處理工作中必須解決的問題。