水垢的形成、危害及清除_百度文库

1、水垢的形成、危害及清除文章出处：-本站会员发布时间：2006-03-10水垢的形成、危害及清除给水中杂质进入锅炉后 , 随着水温不断地升高或蒸发浓缩在锅内受热面水侧金属表面上生成的固体附着物称为水垢。一、水垢的形成1. 受热分解含有暂时硬度的水进入锅炉后 , 在加热过程中 , 一些钙镁盐类受热分解 , 从溶于水的物质转变成难溶于水的物质 , 附 着于锅炉金属表面上结为水垢 , 钙和镁盐类分解如下 :ca(HC032 CaC03 +H2O+C02Mg(HCO2MgC03+H2O+C02MgC03+H2O Mg(OH2+c022. 某些盐类超过了其溶解度 由于锅水的不断蒸发和浓缩 , 水中的溶解盐

2、类含量不断增加 , 当某些盐类达到过饱和时 , 盐类在蒸发面上析出固相 ,结生水垢。3. 溶解度下降随着锅水温度的升高 , 锅水中某些盐类溶解度下降 , 如CaS04 和 CaSi03 等盐类。4. 相互反应 给水中原溶解度较大的盐类和锅水中其他盐类、碱反应 后 , 生成难溶于水的化合物 , 从而结生水垢。一些盐和碱相 互反应如下 :/ Ca(HC032+2NaOH=CaC03 +N4C03+H20 CaCl2+Na2C03=CaC03+2NaCl5. 水渣转化当锅内水渣过多时 , 而且又粘 , 如 Mg (OH2 和 Mg3(P042 等 , 如果排污不及时 , 很容易由泥渣转化为水垢。二、

3、水垢的分类1. 碳酸盐水垢 :是以钙簇的碳酸盐为主要成分的水垢 , 包括氢氧化缕 , 其中 CaC0350 10-2.硫酸盐水垢 : 是以硫酸钙为主要成分的水垢 , 其中CaS0450 10-2 。3. 硅酸盐水垢 : 当水垢中的 Si0220 10-2 时 , 属于这类水垢。4. 混合水垢 : 这种水垢有两种组成形式 : 一种是钙簇的 碳酸盐、硫酸盐、硅酸盐以及氧化铁等组成的混合物 , 难以 分出哪一种是主要成分 ; 另一种是各种水垢以夹层的形式组 成为一体 , 所以也很难指出哪一种成分是主要的。表 7-9 给出 了各种水垢的定性鉴别方法。三、水垢的危害 水垢的导热性一般都很差。不同的水垢因

4、其化学组成不同 , 内部孔隙不同 , 水垢内各层次结构不同等原因 , 导热性 也各不相同。各种水垢的导热系数如表 7-10 所示。水垢的导 热系数大约仅为钢材板的导热系数的 1 10-11 10-2 。这 就是说假设有 0.lmm 厚的水垢附着在金属壁上 , 其热阻相当 于加厚了几毫米到几十毫米。水垢的导热系数很低是水垢危 害大的主要原因。水垢的危害可归纳如下 :1. 浪费燃料、降低锅炉热效率因为水垢的导热系数比钢材的导热系数小数十倍到数百 倍。因此锅炉结有水垢时 , 使锅炉受热面的传热性能变差 , 燃 料燃烧所放出的热量不能有效地传递到锅炉水中 , 大量的热 量被烟气带走 , 造成排烟温度升

5、高 , 排烟热损失增加 , 锅炉 的热效率降低。在这种情况下 , 为保证锅炉的参数 , 就必须 更多投加燃料 , 提高炉膛的温度和烟气温度 , 因此造成燃料浪费。有人估算 , 锅炉受热面上结有 1mm 厚的水垢 , 浪费燃 料约 3%5% 。2. 影响锅炉安全运行锅炉水垢常常生成在热负荷很高的锅炉受热面上。因水垢导热性能很差 , 导致金属管壁局部温度大大升高。当温度 超过了金属所能承受的允许温度时 , 金属因过热而蠕变 , 强 度降低 , 在锅炉工作压力下 , 金属会发生鼓包、穿孔和破裂、影响锅炉安全运行。3. 水垢能导致垢下金属腐蚀锅炉受热面内有水垢附着的条件下 , 从水垢的孔、缝隙渗入的锅

6、水 , 在沉积的水垢层与锅炉受热面之间急剧蒸发。在 水垢层下 , 锅水可被浓缩到很高浓度。其中有些物质在高温高浓度的条件下会对锅炉受热面产生严重腐蚀 , 如 NaOH 等。结垢、腐蚀过程相互促进 , 会很快导致金属受热面的损坏 , 以致使锅炉发生爆管事故。4. 降低锅炉出力锅炉结垢后 , 由于传热性变差 , 要达到锅炉额定蒸发量或额定产热量 , 就需要多消耗燃料。但随着结垢厚度的增加 , 以及炉膛容积的炉排面积是一定的 , 燃料消耗受到限制 , 因 此锅炉的出力就会降低。5. 结垢会降低锅炉使用寿命锅炉受热面上的水垢 , 必须彻底清除才能保证锅炉安全经济运行。无论人工、机械、还是采用化学药品除

7、垢都会影响锅炉的使用寿命。四、水垢的清除1. 人工除垢这种方法要*人工锤、刮、铲筹清除水垢 , 最后冲洗排尽。此方法除垢效率低、劳动强度大 , 随着化学清洗技术的 提高 , 目前很少使用。2. 机械除垢依*专门的清洗工具 , 如带有电机、钢丝软带的电动洗管器。清除水垢的物理过程是 : 当转轴上的镜刀因电动机驱 动 , 与软轴一起转动时 , 镜刀和水垢接触 , 镜刀不仅跟软轴 转 , 同时也沿管壁移动 , 将水垢研碎研细、剥落。直径为 35 100mm 的管内水垢 , 均可清除。电动洗管器规格型号见表7-11 。水垢的形成，危害及其清除袁志成 朱俊 董凯 金晶 谢礽熙 邱宇舟 许劲 于云亮指导老

8、师：杜爽锅炉给水中溶有的钙、镁盐类等杂质，在锅炉运行中，随炉水浓缩温度的升高而析出。析出钙镁类杂质，可在锅炉的受热面上形成各种不同密度和不同成分的固体附着物，这些固体附着物称为水垢。水垢给工业生产,资源利用等造成极大危害,所以研究水垢,清除水垢是十分必要的。为了保护有限的资源，所以我们对这个问题展开了调查！一、调查时间一月至二月中旬，这个期间，由于工厂组织休息，方便我们对锅炉进行取样和分析。二、调查方式调查以实地考察，采访，实验，分发问卷调查，询问老师，同时借助互联网收集资料。三、 调查过程我们首先确立课题，然后询问老师，了解课题的可研究性，对课题去各个学校分发调查问卷，了解社会对水垢的认识。

9、然后访问各个拥有锅炉的工厂的管理人员，让他们阐述水垢对生产的印象，和一般他们去除的方法。其后对工厂的水垢进行取样。用取来的各个样本，在老师的帮助下，分析水垢的成分，并采取物理，化学各种方法去除水垢。虽然水垢的问题是一个世界性的问题，至今没有很好的办法解决，但是我们中学生凭着对事物的独特看法，对去除水垢有了独特的一套较可行的方案。四、 调查结果1、水垢的种类（一）碱土金属垢：包括以钙为主要成分的垢，如硫酸钙垢、硅酸钙垢、碳酸钙垢等，以镁为主要成分的，如氢氧化镁垢、磷酸镁垢等。（二）铁垢：包括以铁为主要成分的垢，有氧化铁垢、磷酸盐铁垢和硅酸盐铁垢。（三）铝垢：是以铝为主要成分的垢，如硅酸铝垢。（四

10、）铜垢：是以金属铜为主要成分的垢。硫酸钙垢坚硬而致密，在低压锅炉设备上（如省煤气中），主要以半水合物或石膏的形式沉淀附着；在锅炉本体中，以无水化合物的形式沉淀附着。硅酸钙垢主要在锅炉热负荷较大的受热面上形成，它沉淀为硅灰石，垢的硬度较大，导热性很差，能牢固地粘附在受热面上。碳酸盐垢有着不同的特性，它既可以是坚硬的水垢，又可以是松软的水渣。当炉水进行微弱蒸发时，碳酸盐常沉淀成坚硬的结晶状水垢。当炉水进行剧烈沸腾时，碳酸盐又常常沉淀为水渣。氢氧化镁和磷酸镁易粘附在锅炉壁上，形成二次水垢。水垢成分中大部分是碱土金属垢（达），还有铁垢、铝垢、铜垢等和金属腐蚀产物及有机物等。按水垢的形成过程可分为两种：

11、一是盐类杂质在受热面上直接结晶而形成的一次水垢；一是易粘附在受热面上的水渣，再次生成二次水垢。水渣分为两种，除一种水渣易粘附在受热面上，形成难以用机械方式除去的二次水垢外，还有一种水渣呈流动状态不易粘附在受热面上，运行中可按照排污方法将其排出。由此看来，不论是一次水垢，还是二次水垢或水渣的形成过程，都是在一定环境和一定条件下形成的，互相牵连，互相制约，所以不可忽视。2、水垢的形成水垢和水渣的形成是一个复杂的物理化学过程，这个过程分为两步：第一步为盐类杂质由过饱和溶液中析出；第二步为结晶出来的盐类杂质附着在金属受热面上，形成水垢或悬浮在溶液中成为水渣。这个过程的第一步容易理解，因为锅炉在运行过程

12、中，炉水由于受热而蒸发浓缩，致使盐类杂质达到溶解极限，即溶度积。如果盐类阴、阳离子的浓度乘积超过其溶度积，此盐类杂质便会从过饱和溶液中析出。反之，盐类将继续溶解。在锅炉运行过程中，水中盐类超过溶度积的原因有以下三点：（一）锅炉设备中水的蒸发浓缩，致使炉水中盐类杂质浓度升高，组建达到过饱和状态。（二）热力设备在加热过程中，某些离子发生化学变化而形成一种难溶的化合物，如水加热到摄氏度以上时，重碳酸根转变成碳酸根。水的温度越高，重碳酸根转变成碳酸根越多，这样使易溶的重碳酸盐生成了难溶的碳酸盐。（三）某种盐类（如钙、镁盐）的溶解度随温度的升高而降低，因此在接近受热面的水中，此种盐类首先应超过溶度积而析

13、出。第一步所形成的过饱和状态溶液很不稳定，开始时是治安过饱和溶液中发生盐类结晶核心上，极小的微粒逐渐长大成颗粒，最后形成粗结晶体或絮状的水垢或水渣。形成水垢或水渣，不仅与盐类物质的化学成分有关，而且还取决于盐类杂质和受热面之间物理化学因素。如果金属受热面粗糙并伴有凸瘤包时，便会成为过饱和溶液产生固态的结晶核。金属受热面氧化层有相当大的附着力，它可成为金属壁与析出结晶沉淀物的粘结中间层。因此，金属表面粗糙或覆盖一层氧化物时，盐类杂质沉淀出来将主要成为水垢。反之，在光洁的受热金属面上，则多呈水渣。3、水垢的危害水垢直接威胁锅炉设备的安全和锅炉的使用寿命，因为水垢的导热系数很小。表1是几种不同水垢的

14、平均导热系数。水垢的种类化学成分沉淀物特性导热系数（千卡/米时度）含油水垢坚硬0.10.15硅酸盐水垢含二氧化硅以上坚硬0.050.2石膏水垢含硫酸钙以下坚硬致密0.52.5碳酸盐水垢碳酸钙、碳酸镁含量大于无定型粉末到坚硬炉石0.50.6含有石膏、钙、镁、碳酸盐、硅酸盐混合物坚硬致密0.73.0从表中可看出，水垢的导热系数比金属的导热系数小几百倍。因此，即使在受热面上形成不太厚的水垢，也会由于热阻大，使其导热效率降低，造成热损失，浪费燃料。实践证明，锅炉受热面结有1毫米的水垢，能使煤的消耗增加1.5左右。由于受热面上结有水垢，会使金属管壁局部过热，当壁温超过其工作允许极限温度时，会使管子鼓包，

15、严重的会引起锅炉爆管事故，使人身安全受到威胁。水垢是一种复杂的盐类，其中含有卤素离子，在高温下对铁有腐蚀作用。通过对铁质水垢的分析，可知它含铁量达左右。水垢侵蚀金属会使锅炉内壁变脆，并不断向锅炉深处腐蚀。由于清除水垢要停炉、消耗人力、物力，以及造成锅炉的机械损伤和化学腐蚀。因此，防止水垢和清除水垢是水质处理工作中必须解决的问题。五，水垢的去除方案我们在学校里对水垢的成份进行了分析，并对水垢采取了多种方法进行去除，但是总的说来，有些方法比较好，有些方法并不实用，所以我们就把我们认为最好的方法写了出来，作为我们此次研究性学习报告的主打戏。但由于实验过程十分复杂和杂乱，将整个实验过程写下来也不切实际

16、，所以我们把关键的部分奉献给大家。（一）机械除垢法：当炉内有水垢或水渣时，停炉后放掉炉石，使锅炉冷却，用水冲洗或用螺旋钢丝刷清除。如果水垢很坚硬，可用电力或水力带动的洗管器来清洗。此法只适用于清洗钢管，不适用于清洗铜管，因为洗管器容易将铜管损伤。（二）酸洗除垢法：用酸清洗水垢可用盐酸、磷酸、铬酸及氢氟酸，但不能用硫酸。因为硫酸与水接触时，在水垢表面生成硫酸钙硬膜，使膜下的水垢不易接触到酸液。磷酸和铬酸虽然比盐酸有效，但由于价格太贵，所以一般都用盐酸。盐酸只能清洗碳酸盐水垢，酸洗时生成的氯化镁和氯化钙溶解度很大，容易除去，并伴有二氧化碳产生，有搅拌盐酸液的作用。对于纯硅酸盐水垢，可使用氢氟酸清洗

17、。酸如果锅炉中以硫酸盐和硅酸盐为主的混合水垢，也可使用盐酸清洗。酸洗的作用在于用酸溶液溶解水垢与金属壁间的氧化铁层，使酸接触到金属，从而产生氢气泡使水垢脱落。它与盐酸盐垢的盐酸清洗道理不同。酸洗前，必须首先查明结垢的程度，即量出单位面积上平均结垢重量（克 /米2），从而精确的计算出盐酸用量。酸洗时，纯盐酸用量可按下式计算：式中:G纯盐酸用量（100%）用量（公斤）；E锅炉结垢程度（克/米2）；F锅炉结垢面积（米2）；36.5盐酸的摩尔质量；100碳酸钙的摩尔质量。酸洗时，一般控制盐酸溶液浓度为35，也可根据水垢的厚度来确定。配置盐酸液时，应注意市售盐酸浓度不同，要经过换算后再配制。用酸洗的缺点

18、是，盐酸对金属有腐蚀作用。酸液的浓度越大，温度越高，对金属的腐蚀性就越大。因此，为了保护金属在酸洗时不受腐蚀，必须在酸液中加入抑制剂。抑制剂的种类很多，每种抑制剂都在一定条件下才有效。用盐酸酸洗时，国内普通使用02抑制剂。配制02抑制剂时，必须按照如下顺序：1. 将不低于700C的热水倒入容器内。2. 加入盐酸，缓缓搅动，此时溶液呈浅黄色。3. 加入苯胺，缓缓搅动，此时溶液呈桔黄色，表面无浮油。4. 最后加入甲醛，缓缓搅动，此时溶液由桔黄到淡红，逐渐变为深红透明，并且上漂浮物，下无沉淀物。配制好的抑制剂，应立即倒入配好的盐酸溶液中，并剧烈搅动23分钟，否则抑制剂会很快凝固。配制02抑制剂时，一

19、定要按上述顺序进行，否则药液色不正，有沉淀，以致降低药品效能。例如，按盐酸苯胺甲醛水的顺序配制，还会使溶液爆胀膨起，造成事故。表32是100公斤盐酸溶液在不同抑制剂用量比例时，抑制剂原料用量与抑制剂用量比例的关系。表32原料名称抑制剂用量比例1234热水（kg）30盐酸（kg）苯胺（胺尼林）（kg）甲醛（福尔马林）（kg）0.30.40.50.60.81.030.2250.150.1540.30.20.250.3750.250.2560.450.30.380.60.40.4100.450.50.5根据水垢的厚度和锅炉的材料所采用酸洗数值见表33。表33 酸洗锅炉数值表锅炉材料水垢厚度(mm盐酸浓度(%抑制剂用量(与酸液用量的百分比(%处理时间(小时铸铁锅炉20101520250.30.50.81.04668810812钢板(管锅炉1068120.40.60.85779810锅炉进行酸洗时,应注意一下几点:1.为保证酸洗效果，酸洗中,应不断搅动酸液。可采用耐酸泵进行灌注式酸洗，强迫酸液在锅炉中循环。如果采用静置浸泡式酸洗，应将酸液加温到50700C,利用酸和水垢