锅炉是一种产生蒸汽和热水的换热设备，其传能介质原料是水 ，其常用于工业生产中加热 、蒸 煮 、干燥或者用于动力发电。锅炉在运行中，由于水的循环流动 ，不断地将受热面吸收的热量全部带走 ，不仅使水升温或汽化成蒸汽 ，而且使受热面得到良好的冷却 ，从而保证了锅炉受热面在高温条件下安全地 工作。因此锅炉用水的水质好坏直接对设备安全运行和能源 消耗有很大影响，锅炉水垢防冶最终目的就是保证锅炉的安全经济运行 ，因此必须掌握锅炉水垢 的形成 、危害及处理方法。本论文通过对造成锅炉水垢 的形成原 因及危害进行了分析 ，提出了如何 处理和预防水垢生成的方法，这对提高锅炉设备的安全经济性 ，延长锅炉的使用寿命以及节能减排有重要意义。
1 水垢形成的原因
含有杂质的给水未进行处理就进入锅炉 ，在锅炉运行一定时间后 ，经过不断的蒸发浓缩 ，当锅水中的杂质 (溶解 固形物 )的浓度达到饱和程度时 ，就会产生沉淀 ，粘附在锅筒及管壁上形成一层 白色硬皮 ，称为水垢。综合起来，水垢的形成的具体原因主要有以下几种 ：
(1)受热分解。某此易溶盐类进入锅 内后 ，在加热过程中，受热分解成固相晶粒，附着于锅炉受热面上结为水垢 。
(2)溶解度降低。某些结垢物质 ，如 CaSO、Ca—SiO 等，属于具有负溶解度温度系数的物质 ，即随温度的升高 ，溶解度降低，因此非常容易在受热面温度 最高的部位沉积为水垢 。
(3)相互反应。原来溶解度较大的盐类，在锅内和其它盐类相互反应，生成了难溶的化合物。
(4)锅水的蒸发浓缩。由于锅水不断地蒸发、浓缩 ，水 中溶解盐 的浓度不断增 大 ，当达到饱和时 ，在蒸发面上析出晶核 ，或 以原有 的水垢颗粒为结晶核心 ，生成水垢。
(5)金属腐蚀产物沉积在受热面上。锅炉在运行或停用时 ，若保护不当金属表面遭受腐蚀 ，腐蚀产物进入锅内后 ，附着在受热面上就转化为金属氧化物 。
(6)金属表面的离子化 。洁净 的锅炉受热面 ，由于金属的离子化 ，使金属表面带负电荷 ，而一些结垢的物质 ，常带正电荷 ，这样由于静电吸引作用使结物质沉积在金属表面而生成水垢。
(7)水渣转化成二次水垢。水渣粘附性较强 ，如排污不及时 ，很容易粘附在受热面上转化成水垢 。
2 水垢的危害
人们称水垢是锅炉 的“百 害之源 ”，究其原因是由于水垢 的导热性能太差 ，仅为锅 炉传热钢材的数十分之一到数百分之一(参见下表 1o同时，水垢热导率 因其化学成份和存在状态 (特征 )的不同 ，而有很大差别 ，就是 同一种水垢 ，疏松多孑L的要 比致密坚硬的水垢热导率要小得多。水垢热导率很低不但降低了锅炉热效率 ，增加燃料的消耗 ，也会引发过热事故等危害。
(1)降低锅炉热效率，增加燃料的消耗。当锅炉结有水垢后 ，由于水垢的导热性能很小 ，会降低热力设备的传热效率，锅炉燃料燃烧时所放出的热量不能迅速传递给炉水 ，因而大量热量被烟气带走 ，造成排烟温度升高，增加排烟热损失 ，使锅炉热效率降低。在这种情况下，要想保证锅炉额定参数 ，就必须更多地向炉膛投加燃 料 ，并加大鼓风和引风来强化燃烧。其结果是使大量未完全燃料的物质排出烟囱，无形中增加了燃料消耗 。众所周知 ，锅炉炉膛容积和炉排面积是一定 的，无论投加多少燃料 ，燃料燃烧是受到限制的，因而锅炉的热效率也就不可能提高 。锅炉中水垢结生得越厚 ，热效率就越低 ，燃料消耗就越大。工业锅炉受热 面皆有 Imm 的水垢 ，燃料消耗会增加 3％一8％ ，如果在水冷壁管上结有1姗的水垢 ，燃烧消耗量增加 10％。
(2)引发金属受热面过热事故 。
锅炉受热面如结有水垢 ，由于水垢传热不良，为了保持一定的工作压力和蒸发量 ，这样只有增加火侧的温度 。水垢越厚 ，热导率越差 ，锅炉火侧的温度就越高。当温度超过金属所能承受的允许温度时 ，就会导致锅炉 钢板 、炉管过热 ，并引起蠕变 、鼓包 、穿孔、破裂、爆管等事故，甚至使锅炉报废。在高参数锅炉的水冷壁管上 ，只要结有 0．I~0．5mm厚的水垢 ，就可能引起爆管。金属受热面壁温 因水垢产生的温差△ (6／A+l／a)q，式中 6为水冷壁管 内壁表面上水垢的厚度 m)；A为水垢的导热系数[W／(m．℃]； 为金属管壁对管内工质的放热系数 [W／(m．℃]；q为锅炉受热面热负荷[w，m．]。例如 ，工作压力 1．4MPa的工业锅炉，未结水垢时，锅炉受热面金属温度只有215—250℃，当结 0．8mm厚水垢 时 ，温度升高约 58％，此时温度可达 360℃，当结垢0．9mm，金属温度升高到 380cc，当结垢 1.O0mm时 ，金属温度高达390cC。对于20#钢，当其温度达到 315clc，其力学性能下降 ，当达 到 450℃，就会因过热而蠕变 。因此 ，TSGG5003—2008锅炉化学清洗规则规定 ，工业锅炉水垢平均厚度达到1mm以上时 ，就必须进行化学清洗除垢。
(3)发生沉积物下腐蚀 。在锅炉运行 中，锅水从水垢 的孔隙中渗入垢层 ，并很快蒸干，从而使锅炉水在垢层下高度浓缩，各种杂质的浓度变得很高，如NaOH可达到 5％以上。若水中有游离氢氧化钠时，使沉积物下的炉水 PH值升高得很高，当PH>l3时，就会发生碱性腐蚀；当给水带入氯化物时，那么沉积物下就会发生酸性腐蚀。这种结垢与腐蚀又是相互促进的。沉积物下腐蚀的危害性很大。当发生沉积物下132酸性腐蚀时，会使金属发生腐蚀坑陷，腐蚀达到一定深度时，便会因过热而鼓包或爆管 ；当发生沉积物下酸性腐蚀时，其危害性就更大，遭到腐蚀部位的金相组织发生了变化 ，使金属变脆 ，严重时 ，管壁未薄就会造成金属裂纹、穿孔 、爆管。
(4)增加检修和清洗费用。锅炉结有水垢后，用人工是难以清除的，要采用专用的煮炉剂或进行化学清洗 ，特别是水垢引起锅炉的泄漏 、裂纹 、折损 、变形 、腐蚀等 问题 ，不 仅损害了锅炉 ，而且还要耗费大量人力 、物力 、财力去检修 。这样不但缩短了运行周期，也增加了检修费用。
(5)缩短锅炉使用寿命 。一般锅炉使用寿命 ，在正常使用条件下 ，能够连续运行20年左右 。但为什么现在大部份使用单位的锅炉没有达到这一寿命呢?其原因是多方面的，其中之一就有水垢的影响。锅筒发生鼓包 ，挖补修复后 ，应该对其适当降压使用，以确保安全。这样一来 ，对于要求蒸汽压力表较高的单位来说 ，就不得不更换新的锅炉。有些单位也会因蒸汽压力过低而影响品质量 ，甚至出现次品，直接影响经济效益 。
3 水垢的处理方法
3．1 机械法
机械法除垢 即利用各种铲 、削工具或专门的线管器直接从锅炉壁上清除水垢 ，近年来利用高压水枪除垢得到了广泛的应用 。机械法除垢操作简单 ，易于实行 ，但是这种方法劳动强度大 ，清除不彻底 ，增加传热面的粗糙度 ，所以锅炉清洗通常以化学法为主。
3．2化学法除垢
(1)碱洗法
碱洗法就是根据实际情况 ，将不 同品种 、不同浓度 (一般保持碱的质量分数在 3％左右为宜 )的碱液注入锅炉 ，然后在一定的压力下加热进行除垢 。碱洗法比较简单、费用低 ，但需要较长时间才能过到除垢的效果，在实际中主要采用酸洗法除垢。
(2)酸洗法
由于价格原因，锅炉水垢酸洗以盐酸为主。盐酸能与水垢的组分如钙、镁碳酸盐及氢氧化物起作用 ，生成易溶于水的盐和挥发物，盐酸不但有溶解作用，而且能使附着在金属表面的氧化物剥离下来。酸洗采用的酸还有硫酸、硝酸、甲酸、乙酸等。酸洗前必须检查测定不同部位水垢的厚度，估算酸的用量及浓度。虽然酸洗可以除去水垢 ，但也对金属有腐蚀性，所以在酸洗过程中需加入缓蚀剂以阻止或减缓对金属的腐蚀。常见的缓蚀剂有乌洛托、若定等。
4 水垢的预防
要保证锅炉不结垢或薄垢运行 ，就要加强锅炉给水处理，这是保证锅炉安全和经济运行的重要环节。预防水垢生成 ，通常采用下列方法来预防 ：
(1)锅外水处理。这种方法适用于各种的锅炉。目前锅外水处理效果可靠 的有石灰加纯碱软化法 ，是向已经澄清的水中加入适量的生石灰和纯碱达到软化的 目的。石灰一纯碱软化法有冷法和热法两种 ，也可以采用离子交换法对所 要加入的水进行软化 ，采用这种方法时须对水质定时进行检验，按时序进行树脂塔的切换和再生，并检验再生效果。其中离子交换剂分无机和有机两大类。
(2)锅内水处理 。这是指向炉水中加入化学药品 ，与炉水 中的钙 、镁离子形成疏松的沉渣 ，然后用排污的方法将沉渣排 出炉外 ，起到防止锅炉结垢的作用，这种方法一般适用于小型低压锅炉。锅内水处理常用的药品有 ：磷酸三钠 、碳 酸钠 、氢 氧化钠及有胶体等。采用锅内水处理方法时，需及时将化学反应生成 的沉渣排出炉外。加药方法分为定期和连续加药两种 ，而对于蒸汽锅炉，建议采用连续加药法。
(3)合理操作锅炉排污。在锅炉运行中，由于蒸发作用锅炉水 的钙 、镁等离子的浓度越来越高 ，十分容易产生沉淀进而沉积为水垢。因此需要合理操作锅炉 ，根据锅炉水的离子浓度进行排污 ，减少水垢产生的几率。
5 结束语
水垢对锅炉的安全运行存在着较大的影响，因此对水垢的预防以及水垢产生后的清除都是十分必要的。使用单位应根据自身的锅炉型号、原水的水质情况来选择锅水水处理方式 ，把水 中的钙、镁离子及时去除掉 ，防止锅炉结垢 。在发生锅 内结垢后及 时根据垢样的分析结果来选择合适的清洗剂，制定清洗方案，对锅炉进行清洗。现在国内外对水垢的清洗有了很多安全、经济的方法 ，但都还存在着各自的问题，因此必须结合 自身锅炉情况 ，选择最佳的方法进行清洗。综上所述，锅炉使用单位应重视和提高水质的管理工作，加强对锅炉进行水处理，这样即大大节约了人力 、财力 、物力等成本费用 ，还对锅炉的安全 、经济运行起到了保障作用。