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低压中小型锅炉实现不结垢运行的有效途径

发布时间：2011/5/18 阅读次数：940 字体大小: 【小】【中】【大】

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低压中小型锅炉实现不结垢运行的有效途径

杨兴富陈晓辉

（昆明双星化学清洗有限责任公司） (云南省特种设备安全检测研究中心）

摘要本文分析了低压中小型锅炉水处理现状和问题，介绍了YXF-A锅炉除垢防垢剂及其应用，提出加药处理是低压中小型锅炉实现不结垢运行的有效途径。

主题词 低压锅炉除垢防垢剂加药处理

1．前言

目前全国在用锅炉有50余万台，其中低压中小型锅炉占80%以上，量大面广，大量为单台用户。由于管理、技术、人员素质、产品质量等多种因素，水处理合格率低，致使锅炉结垢，因此对低压中小型锅炉而言，结垢运行是一个普遍性的问题，另外，由于水处理不当，又无防氧腐蚀措施，锅炉产生腐蚀，事故频频发生，据国家质量技术监督局统计资料显示，全国与锅炉水处理相关的事故占事故总数的33%，有的地区高达40%以上，而锅炉事故中由于结垢造成的事故占70%左右，锅炉结垢严重时导致堵管、过热变形、鼓包、爆管渗漏，更严重时，甚至发生爆炸事故，影响锅炉安全运行。锅炉结垢运行还直接导致热效率降低，多耗燃料和电力，增加环境污染，因此，为了确保锅炉的安全运行，提高锅炉运行效率、降低燃料消耗、延长锅炉使用寿命，加强锅炉水处理工作和运行管理，选用优质高效的多功能水处理剂，实现锅炉不结垢运行是至关重要的，也是广大锅炉用户共同的愿望。

为防止锅炉结垢，按照国家质量技术监督局颁布的《锅炉水处理监督管理规则》，锅炉水处理普遍采用炉外离子交换设备处理和炉内加药处理两大类，炉外处理对一些特殊的水质，还采取混凝、沉淀、过滤、除氧、除铁锰等预处理，炉内处理就是向锅炉给水中加入药剂处理，达到防垢、除垢、防蚀的目的。加药处理，不需增加设备，操作简便，是广大小型锅炉用户最乐意采用的锅炉水处理方法，处理效果的好坏关键是对药剂的选择与正确操作，一定要选用能确保锅炉不结垢，经质检部门检验并注册登记的正规、优质高效的药剂。

2．锅炉结垢的原因及后果

锅炉给水不经处理或处理不当，进入锅炉后在受热的情况下，炉水中含有的Ca、Mg盐类等结垢物质就会发生物理化学作用，在受热面上结生水垢。

2．1．结垢原因主要是

2．1．1炉水中暂时硬度发生分解析出难溶CaCO3↓，Mg(OH)2↓，粘附于受热面上，导致锅炉结垢，反应式如下：

Ca(HCO3)2 △ CaCO3↓+H2O+CO2↑

Mg(HCO3)2 △ MgCO3↓+H2O+CO2↑

MgCO3在炉水高温作用下进一步发生水解反应：

MgCO3 + H2O → Mg(HO)2↓+CO2↑

2．1．2永久硬度，如CaSO4，随着炉水的蒸发不断浓缩，根据溶度积方法原理Ca²⁺，So₄^2-，阴阳离子的乘积（称离子积）大于其溶度积（L CaSO4），即：

Ca²⁺·So₄^2-＞L CaSO4

CaSO4沉淀不断析出，粘附于受热面上，形成水垢，在锅炉水中，能形成水垢或水渣的离子见表1：

表1

阳离子	阴离子
阳离子	OH^-	So4^2-	CO3^2-	SiO3^2-
Ca²⁺	—	CaSo4	CaCO3	Ca SiO3
Mg²⁺	Mg(OH)2	MgSo4	MgCO3	Mg SiO3
Fe²⁺	Fe(OH)2	—	—	Fe SiO3

2．1．3锅炉运行中，炉水不断蒸发浓缩，盐类浓度增大，当达到饱和状态，离子积＞溶度积时，就析出沉淀；炉水不同盐类相互作用，生成难溶化物，如发生下式反应，也要析出沉淀：

NaCO3+CaCl 2 CaCO 3↓+2NaCl

另外，大多数盐类的溶解度随着水温的升高而增大，而有些盐类则相反，如CO3^2-，SO4^2-，SiO3^2-，和Mg(OH) 2等盐类，以CaSO4为例，其溶解度与温度的关系如表2：

表2

温度℃	0	10	20	30	40	60	70	80	→
溶解度	0.271	0.193	0.212	0.218	0.217	0.210	0.178	0.153	→0

从表中可看出，在40℃以下，溶解度随温升而增加，40℃以上，其溶解度随温升而降低，直趋于0。

因此，锅炉受热面温度越高的部位生成硫酸钙的可能性也越大。

2．2．结垢的危害

2．2．1降低锅炉热效率，浪费燃料和电力

锅炉水垢一般分为六大类，即碳酸盐垢，混合型垢，硫酸钙垢，硅酸钙垢，氧化铁垢和油垢。水垢的导热系数比钢的导热系数（40～60千卡/m·h·℃）低得多。其中，硫酸钙垢和硅酸钙垢导热系数最小（0.05～0.2千卡/m·h·℃），而且附着比较紧密坚硬。结垢后，传热阻力增大，蒸发强度下降，蒸发量减少，锅炉出力降低，由于传热效率降低，排烟温度升高，热损增大，必然多耗燃料和电力，每结1mm厚的水垢，平均多耗燃料4%。

我们以蒸发量为0.5t，1t，2t的生产锅炉为例，按每天平均负荷70%，年运行时间330天，煤价按目前160元/吨计，无垢时1吨蒸汽耗标准煤200kg计（国家标准），见表3。

2．2．2损坏锅炉，危及安全

锅炉结垢严重时，导致堵管，局部金属过热变形、鼓泡、龟裂、爆管、渗漏等事故发生，危及锅炉安全运行。锅炉事故中，70%以上是由于结垢严重时引起的。结垢越厚，导热系数越小，金属过热温度越高，也越容易发生事故，管壁温度与水垢厚度的关系见图1：

1.0

0.2

λ=0.1

λ=2.0

管

壁

温

度

℃

水垢层厚度毫米

图1 管壁温度与水垢厚度关系

表3 水垢与燃料及水处理费用对比

垢厚			水垢厚度（mm）			年蒸发水量（吨）	年用药量kg（按100克/吨计）	折合人民币（元）（按9.5元/公斤计）
锅炉蒸发量浪费			1	2	3
锅炉蒸发量浪费			1	2	3
0.5t	天	多耗煤kg	67	134	201
	天	折合金额(元)	11	21	32
	月	多耗煤kg	2010	4020	6030
	月	折合金额(元)	322	643	965
	年	多耗煤kg	22110	44220	66330
	年	折合金额(元)	3538	7075	10613	2772	277	2633
1t	天	多耗煤kg	134	268	402
	天	折合金额(元)	21	43	64
	月	多耗煤kg	4020	8040	12060
	月	折合金额(元)	643	1286	1930
	年	多耗煤kg	44220	88440	132660
	年	折合金额(元)	7075	14150	21226	5544	554	5267
2t	天	多耗煤kg	268	536	804
	天	折合金额(元)	43	86	129
	月	多耗煤kg	8040	16080	24120
	月	折合金额(元)	1286	2573	3859
	年	多耗煤kg	88440	176880	265320
	年	折合金额(元)	14150	28301	42451	11088	1109	10533.6
说明：锅炉负荷按70%，日运行24小时，年运行时间330天，产生1吨蒸汽耗煤按国家标准0.2t煤/t蒸汽，煤价按160元/吨计。

2．3．造成锅炉腐蚀

水垢是由一些复杂的盐类组成的，其中氯化物盐类在高温下对钢板有腐蚀作用（即垢下腐蚀）。腐蚀会使金属变脆，降低钢板强度，缩短锅炉使用寿命。

2．4．增加锅炉维修，造成人力、物力、财力的浪费

锅炉由于结垢，事故频繁，检修时间增多，还影响生产生活的正常进行，对企业而言，停炉时间越多，直接影响生产，降低企业经济效益。

3．低压中小型锅炉水处理现状

3．1．炉外钠离子交换处理

对于低压中小型锅炉，国内目前大部分采用炉外钠离子交换处理。该法水处理是一项技术性很强的工作，需配备合格的专业水处理人员和水质监测设备，严格操作，否则很难达到水质软化标准（GB1576-2001），随着电脑技术的引入，现已有全自动和半自动钠离子交换水处理设备，提高了运行的可靠性，避免了人为的随意性，但对于多数中小企业而言，限于其价格昂贵，投资大，目前还难以普及。目前大多数用户还是用手工操作。以作者从事锅炉化学清洗及水处理工作多年的大量实践证明，我们认为，目前大多数低压中小型锅炉离子交换处理存在下列问题：

其一，低压中小型锅炉量大面广，比较分散，由于管理不严，水质监测不力，人员素质等多种因素，致使钠离子交换设备运行不正常，处理后的给水达不到标准（GB1576-2001），残余硬度超标（＞0.03mmol/L），导致锅炉结垢。据有关统计资料显示，昆明在用锅炉有1700余台，配有钠离子处理设备的有70%左右，水处理合格率只有50%左右，锅炉事故中，由于结垢导致的事故占到80%左右；

其二，从理论上讲，钠离子交换法只能交换Ca²⁺，Mg ²⁺等阳离子，对阴离子如SiO₃^2-无能为力，因而即使处理达标（硬度＜0.03mmol/L），仍会结生硅质垢。例如我们在对某机修厂2台锅炉清洗时发现，该厂使用钠离子水处理，而且软化水均达标，但炉内仍结生2～3mm厚的硅质垢，其原因就在于此；

其三，对高硬度水质，本法不太适用，要用本法处理，不能只用一级钠处理，必须要采用二级、甚至三级串连处理，但这样一来，运行成本增高，有的用户就承受不起。只用一级钠离子处理，由于硬度高，再生周期大大缩短，以至于还来不及再生，出水硬度已超标了，这样的水进入锅炉，又无其他处理措施，结垢就不足为奇了；

其四，钠离子处理，必须配备水质监测设备，最好专人负责管理、操作，及时对处理后的水质进行监测，适时进行再生处理，现有不少单位因无化验设备，水质指标，难于控制，靠估计，这是不合要求的；

其五，对一些水质较差的原水，比如含Fe等杂质较高的，浊度＞5mg/L的水质，由于Fe最易使树脂“中毒”，使树脂再生频繁，树脂耗量增加，运行成本高，要解决Fe污染问题，又得增加专用设备，对于仅有单台锅炉的用户，这也是难以承受的。有没有其他办法解决这个难题呢？回答是肯定的。用加药的方法很容易解决。例如：某奶制品厂的0.25t蒸汽锅炉，水中含Fe超标，导致钠离子交换器无法正常运行，而且水位表被铁锈污物粘附，模糊不清，虽经冲洗仍是老样子，成为该厂的一个难题，后按我们提供的药剂，采取辅助加药的办法，问题迎刃而解，水位表清清亮亮，用户很满意；

其六，单独采用钠离子处理，难于调控炉水pH值至水质标准规定的10～12范围，再加上无除氧设备，可能产生氧腐蚀。所以，锅炉的防蚀问题无法解决。

鉴于以上分析和现实中存在的问题，如果不采取其他辅助措施，低压中小型锅炉发生结垢和腐蚀就很难避免。实现锅炉不结垢运行也是一句空话，有没有其他辅助办法呢？答案就是辅助加药处理。

3．2．炉内加药水处理的特点及其发展

3．2．1加药处理的特点

炉内加药处理是锅炉水处理方法之一。应用至今已有上百年历史，是最早采用的锅炉水处理方法。加药处理法是低压中小型锅炉首选方法，原因是锅炉加药水处理有以下几个特点：

其一，加药操作简便，一学就会，无需配专业水处理技术人员，运行成本低，节省人力、物力；

其二，加药处理能方便地调控炉水pH值和碱度达到水质标准GB1576-2001；

其三，加药处理不仅能防垢，而且还能除去残垢。药剂中有除氧成分，还能防止氧和氯根，硫酸根离子的腐蚀；

其四，对水质适应范围宽，适用于钠离子不适用的水质等。

3．2．2炉内加药处理技术的发展

加药水处理技术也和其他技术一样，随着社会科学技术的发展而与时俱进。其发展主要体现在药剂的品质性能上。上世纪70年代以前的炉内加药处理采用简单的纯碱、磷酸三钠纯碱－腐钠和三钠－胶等药剂。70年代以后，不断开发出有机无机高分子复合型多功能药剂，近年来，各种新型有机磷酸盐、羧酸盐类有机合成药剂纷纷出现，国外“锅炉水质调节剂”的引入，这些药剂在锅炉防垢除垢、缓蚀方面表出了优异的性能，不仅能防垢，还能除垢，防止O₂和Cl⁺、SO₄²⁺等阴离子的腐蚀。为炉内加药处理的广泛应用带来了生机。据有关资料和用户反映，晶星牌YXF-A型锅炉除垢防垢剂（昆明），昌龙牌锅炉防垢剂，SG型锅炉阻垢剂，TGS系列锅炉水处理剂等新型药剂已在锅炉上大量应用，获得良好效果。

4．低压中小型锅炉实现不结垢运行的有效途径

根据目前锅炉水处理的现状，采用钠离子水处理的合格率很低，理论和实践证明单独应用钠离子已不能确保低压中小型锅炉实现不结垢运行。

炉内加药处理，由于本法的特点及近年来涌现出了新一代新型复合优质高效水处理剂，可配合钠离子使用克服其缺点，确保锅炉不结垢运行，也可单独使用，达到锅炉不结垢运行。

炉内加药处理或辅助加药处理的关键是选择好药剂。按照《锅炉水处理监督管理规则》规定应选择经锅炉主管部门备案、注册登记的药剂。现在市场上水处理剂名目繁多，鱼龙混杂，“打假抚优”力度不够，“优难胜，劣难汰”现象比较普遍。由于锅炉加药水处理知识普及不够，用户购药时盲目性大，道听途说，真假难辨，生产销售厂家售后服务工作跟不上，致使一些用户用药不当，这些问题直接影响着加药水处理的效果。按照国务院《关于进一步加强质量工作若干问题的决定》采取相应措施，以上问题就会逐步解决。

通过大量的应用实践证明，我们认为采用新型优质复合型水处理剂《如晶星牌YXF-A锅炉除垢防垢剂，TGS系列锅炉水处理剂，SG系列低压锅炉阻垢剂，昌龙牌锅炉阻垢剂等》并正确使用，是目前低压中小型锅炉实现不结垢运行的有效途径。

5．新一代YXF-A锅炉除垢防垢剂的应用

YXF-A锅炉除垢防垢剂简介：

为了提高锅炉水处理的合格率，并逐步实现低压中小型锅炉不结垢运行，随着科技的不断进步，通过大量实践，不断总结提高，在原第一代产品的基础上推出了新一代YXF-A锅炉除垢防垢剂^（²^）。本产品已经商标注册，为晶星牌，并经云南省质量技术监督局备案注册登记，证号为GSL-001。2002年荣获“中国专利新技术新产品博览会金奖”（国家知识产权局颁），“中国质量过硬服务放心信誉品牌”（中国技术监督协会颁），被选入《世界优秀专利技术精选》（1997）。

本品系由多元无机有机高分子化合物复合配制而成（其性能作用原理等见资料^（³^））。本品为碱性粉剂，易溶于水，无毒无臭，不腐蚀锅炉，经昆明市、上海市防疫站检测和小白鼠实验（LD50＞2000mg/kg），属无毒类药剂，蒸汽品质符合饮用水卫生标准。经云南省特种设备安全检测研究中心和上海市锅检所检测，对锅炉无腐蚀，并能在金属表面生成良好钝化膜。

本品是一种具有优异防垢、除垢、防蚀多功能的新型药剂，对水质适应范围宽，对含Fe较高的锈水处理有特效，本品的除氧成分在炉水pH10～12下发生下列反应：

COOH Ph10～12 COOH

4R +O₂ 4R +2H₂O

OH O

从而抑制了氧的腐蚀，用时还能抑制有害阴离子Cl⁺、SO₄²⁺的腐蚀。

本品使用检测简便，只需用pH试纸检测炉水并调控炉水在pH10～12。水处理成本低，只相当于钠离子处理的50～70%，而且节能显著，每使用本剂1t可节约煤60～80t，用节约下来的煤费付药剂费（对长2mm垢而言）还多多有余（见表3）。潜在的效益是非常明显的。使用本优质高效药剂，只要坚持正确使用和排污（即：使进入和排出的杂质达到“动态平衡”），其防垢率达98%以上）。能确保锅炉实现不结垢运行。

本品也可配合钠离子法使用，做到“双管齐下”，处理残余硬度和残垢，调控炉水pH值在10～12，防止氧腐蚀。

该药剂还有较强除垢能力，在锅炉运行中使用，不仅能仿垢，而且对已结生的各种性质的水垢均有软化溶脱作用，在用药3天后，水垢即开始疏松溶脱（从排污水可观察泥质污物明显增浓），直至水垢脱完，如需加快水垢溶脱，可加大投药量2～3倍，但需在用药15～25天后停炉清除落垢，以防堵管。

6．YXF-A锅炉除垢防垢剂应用实例

本品YXF-A锅炉除垢防垢剂已商品化，在云南、上海等省市大面积推广使用，大量实践证明，采用该锅炉水处理药剂是低压中小型锅炉实现不结垢运行的有效途径。

6．1．在低压中小型锅炉上单独用于防垢

单位	锅炉型号	原水硬度(mmol)	加药运行时间	进水加药量（g）	防垢情况
昆明广卫饲料厂	LSG0.5-7-AⅡ	3.25	54月	130	不结垢，年检合格
曲靖龙泉浴中池	LSG1-7-AⅡ	3.32	37月	120	不结垢，年检合格
宜良海达食品厂	DZL2-8-AⅡ	3.78	26月	100	不结垢，年检合格
楚雄紫溪宾馆	DZL0.5-7-AⅡ	4.65	53月	125	不结垢，年检合格
上海宝山罗南漂白粉厂	DZL2-13-AⅡ	2.96	73月	100	不结垢，年检合格
上海吉成事业有限公司	DZL2-13-AⅡ	3.10	36月	100	不结垢，年检合格

6．2．配合钠离子处理使用

单位	锅炉型号	配合使用时间	进水加药量（g/t）	防垢情况
曲靖银利大酒店	LSG2-10-AⅡ	32月	30～50	不结垢，年检合格
玉溪溶剂厂	DZL4-13-AⅡ	30月	30～40	不结垢，年检合格
楚雄酱菜厂	DZL2-8-AⅡ	74月	30～50	不结垢，年检合格
曲靖第一人民医院	DZL4-13-AⅡ	50月	30	不结垢，年检合格
师宗食品公司	DZL1-7-AⅡ	24月	30～50	不结垢，年检合格
上海前卫衬布厂	DZL4-13-AⅡ	61月	30～40	不结垢，年检合格

6．3．用于运行中除去残余水垢，如云南三环公司一台SHL20-13型锅炉，结垢1～3mm厚，用本剂处理25天，残余水垢基本脱落，并在金属表面上形成保护膜；徐州利国钢铁厂一台SHL10-13锅炉，曾因结垢发生过堵管、爆管事故，后采用YXF-A剂做补充处理，经用药3个月后停炉检查，残余水垢全部消失（徐州锅研所推荐并检查），汽泡内壁洁净露出金属本色，认为本剂是中低压锅炉改善水质的可靠途径。

本剂还可用于处理锅炉化学清洗后残余水垢，特别对于那些硫酸钙垢、硅质垢。清洗后加本剂在运行中处理，十分有效。

本品还可用于锅炉停炉保护，加药调控炉水pH=12煮沸即可。

7．结束语

大量实践证明，选用优质高效的水处理药剂（如YXF-A锅炉除垢防垢剂等），采用辅助加药或单独加药方法是低压中小型锅炉实现不结垢运行的有效途径，是清除锅炉残余水垢，调控炉水Ph=10～12，以及防止锅炉腐蚀行之有效的积极对策。

参考文献：

1．江启成等著《工业锅炉水处理技术及管理》成都四川科学技术出版社1987.4第55页。

2．杨兴富黄碧昌《HS-84型锅炉除垢防垢剂研制》 1984.7

3．杨兴富《第一次全国锅炉水处理学术会议论文集》2000.4 第149～151页

effective method of growing non-scale for low-compress and middle-to-small type boilers

Yang xingfu

( Kunming Double-Star Chemistry Cleaning Co.,Ltd)

Cheng xiaohui

(Safety Examination& Research Center of Special Equipment, Yunnan Province)

abstract In this article, the authors analyze the advent situations and problems of water-processing in low-compress and middle-to-small type boilers, introduce the cleaning and preventing preparation of YXF-A type for boiler scales and its applications, and come up with that preparation-adding processing is a effective method of growing non-scale for low-compress and middle-to-small type boilers.

key words middle-to-small type boilers cleaning and preventing preparation for scales preparation-adding processing

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