清洗是清除污垢的专用技术。在人工清理与机械清除无能为力的情况下，发展起化学清洗技术。
　　为有效地除垢，必须研究污垢的形成过程及防垢方法。防垢难保无垢，防垢技术在实施中也难免疏漏，因此，清洗，尤其是化学清洗，永远是必要的。
　　1.污垢形成过程
　　除垢作为专门技术和形成行业，来自蒸汽机的工业应用。蒸汽机的发明与应用推动了工业革命，但是自从它诞生之日起，结水垢问题也随之产生。为了防止结水垢，发展起水处理行业；为了除垢，发展起清洗行业。后者出现得更早。无论是为了更好地防垢，还是为了有效地除垢，都应研究污垢的性质及其形成过程。
　　为了回收蒸汽凝结水，或者为了利用蒸汽的热能，出现了各种热交换器，在换热面上也会形成污垢的热交换器的广泛应用，使其防垢、除垢与锅炉防垢、除垢并驾齐驱。因此，也有必要研究冷却水系统中污垢特点及其形成机理。
　　污秽存在于被大气笼罩着的所有处所。小到家庭厨厕房间，大到各种设施，随着人们物质文化水平的提高，人们消费生活的需要，防污与清污技术将有很大发展。研究污秽的成因，对于开拓这一有极大潜力的市场有重要意义。　1.1锅炉污垢的形成过程　1.1.1锅炉
　　锅炉在其200多年的发展中有了很大演化。按其功能分，有采暖锅炉、工业锅炉和发电锅炉；按其参数分，有低压锅炉、中压锅炉、次高压锅炉、高压锅炉、超高压锅炉、亚临界参数锅炉和超临界参数锅炉；按工作介质的循环方式分，有自然循环锅炉、强制循环锅炉和直流锅炉。
　　采暖锅炉都是低压锅炉，按采暖方式又可分为蒸汽供热锅炉和热水锅炉两大类。低压蒸汽锅炉均为自然循环锅炉，它利用锅炉水与补给水的密度大于带有蒸汽的锅炉水(常称作水汽混合物)密度的原理而循环，以带走燃烧产生的热量。
　　轻工业供汽用的工业锅炉多为低压锅炉，大型工矿企业的供汽工业锅炉多用中压锅炉、次高压锅炉和高压锅炉。后者常同时用于发电。这类锅炉也是自然循环锅炉。
　　发电锅炉也称电站锅炉，除少量与电网不连接的地方电厂仍使用中压锅炉外，基本都是高压、超高压锅炉和亚临界参数锅炉、超临界参数锅炉。高压、超高压锅炉基本都是自然循环锅炉；亚临界参数锅炉有自然循环方式，也有强制循环方式、直流方式；超临界参数锅炉必然是直流锅炉。直流锅炉的最大特点是去掉了循环(不论是自然的或强制的)锅炉所必须存在的汽鼓，它可使补给水直接受热汽化，并成为过热的蒸汽。
　　锅炉的蒸汽参数与蒸发量对应关系列于表1-1，以供清洗单位参考。
　　

　　为节约有限的能源资源和保护大气环境，大量的低压小容量蒸汽锅炉被热水锅炉取代。热水锅炉常按热水温度与额定热功率划分。热水温度大致分为≤95℃和≥95℃两个等级，热功率的单位为MW，例如1.4MW、2.8MW、4.2MW等。　1.1.2水中可形成污垢的杂质
　　锅炉所结的污垢来自水中杂质，其中悬浮物质、胶体物质可直接沉着于受热表面成垢，溶解物质中钙、镁、铁、铜等杂质可通过热分解或沉积而成垢。锅炉金属被腐蚀后形成的腐蚀产物密度不足钢铁的1/2，传热能力更差，也是主要的污垢。因此，能引起锅炉腐蚀的酸、碱、氧和游离二氧化碳等也是致污的杂质。
　　悬浮物的粒径为1μm上下，长时间静置可因重力而自然分离，它进入锅炉后直接形成污垢。胶体物质的粒径为0.1μm上下，它能穿透滤层，但不能自然沉降分离。常见的是水合二氧化硅和腐殖酸，它进入锅炉后受热可吸着形成污垢。
　　钙、镁离子被称作硬度盐类(这是一个形成了近一个世纪的术语)。它的原意是指水所显示的阻碍肥皂产生泡沫的性质，该性质对锅炉至关重要，实际上可用以衡量结垢的倾向。水的硬度盐类含量越高，成垢越严重。按照钙镁离子和阴离子的组配情况，还可进一步分为碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度。碳酸盐硬度在水被煮沸后能以碳酸钙及氢氧化镁形式成垢，使水呈碱性反应，因此称作暂时(存在于水中的)硬度或碱性硬度；非碳酸盐硬度在煮沸的水中溶解存在，称永久硬度或非碱性硬度。
　　锅炉及水汽管道的材料是钢铁，热交换器常使用黄铜热交换管，因此，它们遭受腐蚀后，可产生铁的氧化物、铜的氧化物和碳酸盐。它们附着在设备上成为污垢的组成部分，即使进入水中，也会由于其溶解度很小而作为悬浮杂质再度成垢。　1.1.3污垢的形成过程
　　补给水进入锅炉后受热蒸发，可浓缩30～300倍，水中杂质因过饱和而析出，尤其是具有负温度系数的难溶物质将加速成垢。例如碳酸钙在常温水中溶解度为10mg/L，50℃时降到3.4mg/L。硫酸钙也具有同样的性质。
　　胶体状态的硅酸盐在受热时，其胶体状态被破坏，聚集成为失水的二氧化硅硬垢。铁的氧化物在水中也常以胶体状态存在，在锅炉中同样会失稳成垢。铜的氧化物(或铜离子)可以与钢铁发生电子交换而沉镀于传热面上。
　　难溶化合物在锅炉中析出时也可以不附壁成垢，而是形成不粘附的絮团状水渣。例如在高pH下迅速形成的碳酸钙就能丧失附壁能力。以蛇纹石形式产生的硅酸镁和以碱性磷灰石形式生成钙的磷酸盐都是水渣。如果保持足够的底部排污，及时把水渣由锅炉中排走，可以防止受热面结垢。反之，如果排污不足，尤其是底部排污(也称定时排污)起不到冲走水渣的作用，则絮团状的碳酸钙、蛇纹石和碱性磷灰石仍将转变为硬质水垢，这种垢常称作“二次水垢”。　1.2热交换器污垢的形成过程　1.2.1各类热交换器
　　热交换器或称换热器，用于加热或冷却等热量传递。常见的热交换方式有(燃)气与水、蒸汽与水、蒸汽与蒸汽、水与水等的热交换，在这几类热交换过程中都有可能产生污垢。按照换热面所用的材质，可分为黄铜(含部分紫铜、青铜)、钢铁铝及铝合金、钦及其他耐蚀材料；按换热器型式，可分为管式与板式；按照换热器的用途分类，有冷却(冷凝)器与加热器。
　　热交换器的介质温度低于锅炉，所承受的压力也低于锅炉。但是其用水量大，所使用的水往往是未经任何处理的天然水。因此，其结垢与污秽问题也相当严重。
　　火电厂汽轮机凝汽器是大型的热交换器，其壳体是碳钢，热交换管使用黄铜、白铜或钛，在其中进行汽-水热交换，用冷却水把成百吨/时、上千吨/时的蒸汽冷却为水。常见凝汽器如表1-2。
　　
　　在表1-2中与100MW及125MW配套的锅炉蒸发量均为410t/h，但是两者参数不同。前者为10.8MPa；后者为15MPa。大容量汽轮机凝汽器的冷却面积逾万，例如600MW机组冷却面积为29000m²。
　　由于汽轮机凝汽器的用水量大，往往要设置冷却塔使冷却水循环使用。冷却水经循环使用后浓缩倍率可达2～5倍。与凝汽器相似工作条件的还有冷轴器、空气冷却器等。
　　在石油化工厂、化工厂中，热交换器既用于工质的传热，也用于设备的冷却。所用的热交换材料以钢铁为主，也常在侵蚀性强烈的介质中　使用　耐蚀材　料。在钢铁厂　、冶炼厂　　、炼焦厂　和水泥　厂热交　换器常用于废热回收利用，也用于窑炉的冷却。这些换热设备的工作温度较火电厂的凝汽器为高，但是水量较少。有些设备采用冷却水直淋降温，这些设备的壁上也容易结垢。
　　较小容量的换热器使用更为广泛，集中供热系统，采用不同容量的热交换器，供给小区或居民楼采暖；中央空调机、制冷设备、压缩机械、转动设备等的冷却要使用换热器，甚至于已在千家万户中使用的电热水器、　煤气热水器也都是小型的热交换器。　1.2.2热交换表面上污垢的形成
　　热交换器在使用中可因结水垢而影响传热，也可因腐蚀和生物污塞而影响换热。板式换热器的通水间隙很小，污垢影响通水　可能比结垢影响传热的后果更严重。因此，对于热交换器不仅要研究污垢的形成过程，更应关注生物污塞和腐蚀产物污堵问题。
　　使用天然水作为冷却介质的热交换器，可因传热过程中水温升高，水中游离二氧化碳散失，而使与二氧化碳平衡溶存的碳酸氢钙与碳酸氢镁分别以碳酸钙与氢氧化镁形式析出:
　　
　　自70年代后期以来，节水成为全社会关注的大事，原先采取直流冷却的设备，纷纷改为循环冷却。冷却水在循环使用中依靠在冷却塔中蒸发与散播降温，此时不仅水中二氧化碳扩散散失于大气中，由于水的蒸发浓缩，加重了碳酸盐垢的沉积，甚至可使硅酸盐和硫酸盐成垢。冷水塔对空气有洗涤作用，空气中的悬浮颗粒进入冷却水中，也能在传热面上成垢。
　　使用阻垢剂可以抑制水垢的生成，但是这种阻垢过程不能等同于沉淀、中和、络合等反应，它受很多因素制约，水中成垢物质超过阻垢剂的稳定极限，水中悬浮物含量升高成为污垢的聚集中心、阻垢剂药龄过久而效能降低和水温变化等，都能影响阻垢剂的防垢效果。
　　水中菌藻可在传热面上形成微生物膜，它可与成垢物质、悬浮物形成生物粘泥。含磷和氮等元素的阻垢剂、缓蚀剂有富营养作用，往往加重微生物粘泥的污塞。　1.2.3其他设备的污秽问题
　　大气中的灰尘以气溶胶的形式悬浮和沉降，随着工业发展，交通运输转向以汽车代步，工厂企业排放的烟尘、汽油机和柴油机排放的烟灰、风沙及扬尘等，使空气中的颗粒物含量激增。我国燃料资源特点使我国能源以煤炭为主，这就造成了煤烟型污染。我国年产煤炭11亿吨以上，以煤炭灰分平均含量30%和除尘效率平均90%计算，则每年有3600万吨烟尘进入空气中，形成污秽源，回降到地面上的降尘量20t/(km²·mon)，在一些设备上粘附的盐类量可超过1g/m²。这就构成了建筑物墙幕和露天设备、设施等的污秽。灰尘和盐雾降落到输电线路金属和绝缘子上就会构成污秽。
　　暴露于空气中的金属制品容易氧化生锈。钢铁经轧制后表面有氧化皮。机械产品和转动部件涂有防锈油、润滑油后更易形成油泥。厨房难免有油垢，厕所和下水管路常会被污垢堵塞。因此，污秽无处不在，清洗也就有其存在的必要性。
　　2.污垢的危害　 人们已熟知结水垢影响传热，或者是增加燃料消耗，或者是降低冷却效率。但是，结垢还有引起设备腐蚀，损坏设备等更大危害。　2.1结垢影响传热的损失
　　锅炉和热交换器中的工作介质通过传热材料吸收燃料或高温热源的热能。如果有了污垢，这种传热过程受到很大的阻碍，这是由于垢层的热阻是钢铁的50～100倍，是黄铜的100～200倍，是铝和铜的300～400倍。
　　需要吸热的设备结水垢后，增加了热损失，增加了燃料消耗。以常见的工业锅炉为例，每结1mm水垢，其热效率可降低5%以上。我国工业锅炉和采暖锅炉的年燃煤量约占煤炭总产量的1/4；发电锅炉的燃煤量可达煤炭总产量的1/2。如果工业锅炉和采暖锅炉的平均垢量为1mm，发电锅炉的附着物(垢和腐蚀产物)的平均厚度为0.5mm，则将造成4500万t/a的燃料损失。也就是说，做好防垢和清洗工作，每年至少可节约45亿元的燃煤费用。
　　需要散热的设备结水垢后，影响传热，也会造成不同形式的经济损失。以我国目前最常见的300MW汽轮发电机为例，其凝汽器结水垢后，可使汽轮机排汽温度升高，真空度降低。如果结水垢厚度为0.5mm，可使汽轮机真空降低8%以上，相当于锅炉效率降低10%。如果水垢厚度达1mm，不仅将使发电煤耗增长80g/(kW·h)(一台300MW机组每小时多用标准煤24t)，还将降低能力20%以上，每台300MW机组每小时电能减产上万元。　2.2结垢引起金属传热面超温失效
　　碳钢的最高允许使用温度为490℃；常用的珠光体铬钼钒钢最高允许使用温度为590℃；低合金贝氏体钢最高允许使用温度为620℃；奥氏体高合金钢可达700℃以上。蒸汽锅炉等大型设备耗用钢材量大，为降低造价，尽量选用廉价的碳素钢和低合金热强钢。
　　清洁的锅炉管壁在传热中，每毫米钢铁引起的金属温度升高为6℃，如果结水垢后，每毫米水垢引起的金属温度升高可达65～85℃。以工业锅炉和发电锅炉均可使用的10.8MPa锅炉为例，其锅炉水温度为316℃，清洁的水冷壁管平均温度为346℃，如果结有2mm的垢(和腐蚀产物)，则水冷壁管自身温度可达516℃，在此温度下钢铁的蠕伸速度显著增长，可在1年之内因超温蠕胀而失效。　2.3结垢诱发的腐蚀
　　结水垢可使开口的设备产生不均匀充气电池或闭塞电池而腐蚀，也可在垢下产生缝隙腐蚀和锅炉的垢下局部蒸发浓缩引起腐蚀。结垢引起金属温度的升高也同样加重腐蚀。
　　在垢层下锅炉水可浓缩上万倍。即使清洁的炉管，在蒸发强度相当高，由核态沸腾转为膜态沸腾时，在炉表面与锅水之间将形成温度差，在水与蒸汽界面处存在浓缩的锅水液膜。仅需5℃左右的温度，可使炉水局部浓缩1000倍。
　　用钠离子交换软化的水作锅炉补充水时，锅炉水的总溶解固形物中，氢氧化钠可占20%以上；用淡水作为凝汽器冷却水时，凝汽器泄漏可使碳酸盐进入锅炉，当遇到防垢剂磷酸三钠时，同样会产生氢氧化钠。因此，即使锅炉水的碱度和pH均符合规程要求，但是在垢层下或浓缩的液膜中，同样会产生碱腐蚀。按照高温电位-pH图(POurbaix图)所示，在中压锅炉水温度下，pH为11以上就有碱腐蚀倾向；在高压锅炉水温度下，pH为10以上就有碱腐蚀倾向。大量锅炉碱腐蚀失效的事例表明，结水垢导致的碱液局部浓缩的作用，仅次于锅炉水中氢氧化钠与总溶解固形物比值的影响。
　　如果锅水中氯离子的含量比例较高，作为腐蚀过程产物的氯化亚铁会水解产生酸腐蚀。在腐蚀坑中，尤其是覆盖了腐蚀产物和垢层而形成的闭塞区内，此种水解酸腐蚀可导致锅炉失效。当锅炉补给水的含氧量不合格时，此腐蚀过程可无阻滞地进行下去。这种闭塞区的酸腐蚀可在锅水质量符合标准下进行。例如当锅炉水的pH为9～10时，闭塞的腐蚀坑内，由于氯化亚铁水解产生盐酸的结果，其pH可低于5。
　　不论是酸腐蚀或碱腐蚀，其腐蚀产物都是铁的氧化物，它和水垢一样影响传热的附着物，它使钢铁传热面温度上升。金属温度升高，提高了腐蚀速度。水垢对腐蚀过程的促进有时甚于腐蚀介质的侵蚀。　2.4结垢的污塞、污秽等其他危害
　　热交换器不仅会由于结垢影响传热，也会因结垢影响通流。在采暖系统达不到规定温度的诸多因素中，除了传热介质未达额定参数之外，就是结垢影响热交换过程，垢和腐蚀产物在折弯处的集存堵塞。通水间隙很小的板式换热器对此更为敏感。
　　污秽使许多精密仪器设备失效，使化工厂、石油化工厂等连续生产的工质流通受阻，污垢可使工业产品的质量受影响，污垢可降低锅炉、反应釜、压缩机、空调机等各类设备的生产能力。
　　国外已有许多绝缘子污秽引起大面积停电的故障，我国也发生过大雾引起闪络停电事故。供电线路的绝缘子污秽后，可因污垢而闪络，太阳能电池或吸热装置可因污垢而无法使用。宾馆饭店的厨房可因通风换气管道结油垢着火；厕所与游乐场所可因下水道被污垢堵塞、地面污垢滑腻而废弃。汽车可因烟灰、油垢影响行驶，轮船可因生物膜而降低航行速度。
　　3.防止污垢对策
　　对人体而言，防病保健先于治病；对于消防工作来说，防火重于灭火。同样，防垢应放在重点地位。治病、救火永远是需要的，除垢清洗也是必不可缺的。　3.1锅炉防垢技术
　　对锅炉进行防垢处理依据的原则是:≤3.3MPa的蒸汽锅炉和热水锅炉，按照劳动部以劳锅发[1993]319号文颁发的《锅炉水处理管理规则》执行；发电锅炉按照原水电部以　(88)水电电生字2号文颁发的《化学监督制度》执行。钢制的水处理设备应符合JB2932《水处理设备制造技术条件》的规定。电站锅炉的结垢腐蚀与建设阶段的管理关系密切，为强化全过程的防结垢、防腐蚀管理，应执行原水电部以(88)基火字98号文颁发的《电力基本建设热力设备化学监督导则》。电站锅炉水处理设备的施工质量应满足原水电部以(83)水电基火字137号文颁发的《火电施质量检验及评定标准》第八篇《水处理及制氢装置》的规定。满足以上要求，锅炉水质必然合格。锅炉可达基本无垢的程度。　3.1.1保证锅炉水质达到标准
　　不同参数锅炉、不同型式锅炉的结垢敏感性不同，在长达百年的防垢研究与实践中，确定的水质规范基本能保证锅炉受热面清洁。
　　(1)热水锅炉的水质标准
　　热水温度≤95℃的锅炉，且其额定功率≤2.8MW，可以采取锅内防垢处理。对这类锅炉的补给水要求是:悬浮物≤20mg/L，总硬度≤2mmol/L，pH≥7，含油量≤2mg/L。对其锅炉循环水pH的要求是达到10～12。由于这种锅炉不存在水的蒸发浓缩，因此要依靠投加碱化剂提高pH，以防止腐蚀结垢。
　　对于热水温度≥95℃的锅炉补给水要求是:悬浮物≤5mg/L，总硬度≤0.3mmol/L，pH≥7，溶解氧≤0.1mg/L，含油量≤2mg/L。对其锅炉循环水要求pH10～12，溶解氧≤0.1mg/L。这类锅炉的补给水应进行处理与脱氧才能合格。
　　(2)低压蒸汽锅炉水质标准
　　对蒸汽压力≤1MPa且蒸发量≤2t/h的蒸汽锅炉，可以不进行补给水的处理，而采取锅内投药防垢与防腐蚀，并定期进行清洗，以使受热面的水垢与腐蚀产物厚度≤0.5mm(或垢量≤500g/m²)。对这类锅炉应要求尽量回收冷凝水(称回水)，并严格按规定的时间间隔和放水持续时间进行底部排污。对其给水的要求是:悬浮物≤20mg/L、总硬度≤2mmOl/L，pH≥7；　对其锅炉水的要求是总碱度8～26mmol/L，pH10～12，总溶解固形物<5000mg/L。
　　1～1.6MPa的蒸汽锅炉给水要求是:悬浮物≤5mg/L，总硬度≤0.015mmol/L，pH≥7，溶解氧≤0.1mg/L，含油量≤2mg/L；1.6～2.5MPa的锅炉补充水溶解氧≤0.05mg/L，其他指标与≤1.6MPa的锅炉相同。
　　1～1.6MPa锅炉的锅水pH为10～12，碱度与溶解固形物按是否有过热器划分。不设置过热器的锅炉水碱度为6～24mmol/L，溶解固形物为3500mg/L；带有过热器的锅炉水碱度应为≤14mmol/L，溶解固形物应≤3000mg/L。1.6～2.5MPa锅水pH为10～12，同样按是否具有过热器规定锅水碱度与溶解固形物，以防止过热器中结盐垢。无过热器的锅炉水碱度为6～16mmol/L，溶解固形物为<3000mg/L；带有过热器时，锅炉水的碱度应≤12mmol/L，溶解固形物应≤2500mg/L。为防止碱腐蚀与苛性脆化，要求其相对碱度<0.2。这类锅炉应须进行水处理与脱氧。对这类锅炉同样要求尽量回收冷凝水和保持足够的排污。如果进行锅内辅助脱氧，则要求过剩亚硫酸根含量为10～30mg/L；如果进行磷酸盐辅助防垢处理，则要求过剩磷酸根为10～30mg/L。
　　(3)中压锅炉的水质标准
　　中压及以上锅炉往往配备蒸汽轮机，因此除了要求锅炉(补)给水和锅水达规定范围，还要求汽轮机的凝结水达到(补)给水标准。由于对其杂质含量要求严格，所使用的单位多为μg/L或μmol/L。
　　对其(补)给水的要求是硬度≤1.5μm0l/L，溶解氧≤15μg/L，铁≤50μg/L，铜≤10μg/L，油<1mg/L，pH为8.5～9.2。对其锅炉水的要求是:pH9～11，磷酸根5～15mg/L。对锅炉水含盐量的原则要求是≤400mg/L，二氧化硅应≤40mg/L。
　　(4)10.8MPa、15.7MPa及18.3MPa锅炉水质标准
　　这类锅炉均采取化学除盐处理，有的还对凝结水进行除铁及脱盐处理。这样基本可保证锅炉水的总溶解固形物<40mg/L。锅炉的硅酸盐携带既与参数有关，也与是否进行给水清洗有关。不进行给水清洗时，可按溶解携带系数计算。
　　小于等于15.7MPa压力下锅炉给水硬度应≤1μm0l/L，18.3MPa及以上锅炉应为零。其pH应为8.8～9.3，溶解氧<7μg/L。其含铁量应尽量≤20μg/L，含铜量应<5μg/L，含油量应<0.3mg/L。锅水pH应为9～10，磷酸根按三种参数递降，分别为2～10mg/L、2～8mg/L和0.5～3mg/L。3.1.2关于硬度法定计量单位的说明
　　水的硬度是重要指标，这是在长期生产中演化出来的专用术语。许多工业国家都有自己的硬度单位。按ISO/TC147水质技术委员会提出的ISO6107/2-1981规定的定义是:指水所显示的一种阻碍肥皂产生泡沫的性质，主要是由于存在钙、镁离子所致。ISO6059-1984附录中规定了毫摩[尔]/升(mmol/L)硬度单位与已废止的毫克当量/升(meq/L)的关系是1mmol/L=2meq/L。也就是取(Ca²⁺十Mg²⁺)为硬度的基本单元。1991年1月我国国家技术监督局以技监量发[1991]003号文认可了1mmol/L=2meq/L的规定。
　　目前国内有的行业标准(例如DL434-91)规定了1mmol/L=1meq/L(亦即取1/2(Ca²⁺十Mg²⁺)为基本单元)，而且影响有些标准采用了这种基本单元取值方法，可能会在一定时间内造成一些混乱。　3.1.3锅内防垢处理
　　不进行补给水处理的热水锅炉和蒸汽锅炉可采取锅内投药的方法防止结水垢。
　　对于使用长江水、珠江水、松花江水和黑龙江水为补给水(或与之相近的地下水)时，可采用每吨水加30g碳酸钠、10g磷酸三钠及5g单宁进行防垢处理。蒸汽锅炉的排污率不应少于3%。使用黄河、海河、淮河等水系及相近的地下水作补给水时，碳酸钠的用量应达80g/t，磷酸三钠30g/L，单宁10g/t，锅炉排污应达6%，并应使回水量达30%以上。使用上述配方能满足锅水或循环热水pH的要求，有防止结垢与腐蚀的作用。
　　如果使用有机磷酸(膦酸)盐或聚羧酸盐为阻垢剂时，可减少无机阻垢剂的用量。但是从水处理成本和保持炉水pH考虑，应在保证防垢作用的前提下少用多元膦酸和聚羧酸类阻垢剂。推荐的处理方剂是:投加EDTMP(或ATMP)2g/t，HPMA2g/t，则碳酸钠与磷酸钠用量可减少一半以上。EDTMP是乙二胺四甲叉膦酸(乙二胺四亚甲基膦酸)的缩写，ATMP是氨基三甲叉膦酸(次氨基三亚甲基膦酸)的缩写，HPMA是水解聚马来酸酐的缩写。　3.1.4补充水的消除硬度处理
　　(1)水的软化处理及其问题
　　最常用的消除硬度方法是钠离子交换软化法。原水经过装有钠型强酸阳离子交换树脂的软化器后产生离子交换反应，离子荷电多而且原子序数大的钙镁将离子交换树脂中的钠离子置换出来，成为不含硬度盐类的水，即软化水。当离子交换树脂中的钠离子大部分被钙镁离子取代后，由于离子交换平衡的关系，开始有钙镁漏过，水的硬度上升，软化器失效。此时可用4%～8%的氯化钠(食盐)溶液再生，这是基于其浓度远大于钙镁浓度的原理，使平衡移动逆向反应。清洗去再生废液后，软化器可重新使用。
　　对于一般的天然水来说，经过软化后可得到硬度<0.015mmol/L的软化水。但是对于原水硬度超过5mmol/L的水，由于离子平衡的原因，可能得不到合格的软化水。此时可采用两级串联方式进行软化。
　　常见的软化器是固定床顺流再生，该种软化器构造简单，易于管理，但是再生剂的用量常达理论量的2倍以上。采取逆流再生方式可使再生剂比耗低于1.8倍理论量，而且出水质量好。逆流再生方式有固定床和浮动床，前者在设备失效后用水或压缩空气压实树脂层(也可利用排水吸着交换剂层)，再生剂由底部进入，由树脂层表面排走，冲洗与制取软化水则是自上而下流动；后者在制水时由下而上将树脂托起压实成床，再生时则落床使再生剂由上而下流动，仍是以对流方式再生。浮动床的树脂装载量大，生产能力大，周期制水量大，但是无法洗掉树脂中的污物，因此要求原水悬浮物<2mg/L。
　　水经过软化后暂时硬度变成碱度，在2.5MPa下它们有80%转变成氢氧化钠；在4MPa下有95%转变为氢氧化钠，难免产生碱腐蚀。为此，采取氢钠交换或铵钠交换脱碱软化。脱碱还有防止二氧化碳腐蚀的作用。
　　将弱酸阳树脂与强酸阳树脂配合组成双层床，可以同时起到脱碱和软化的作用。只要原水的硬度与碱度大体不变，这种组合非常方便。
　　(2)使用电渗析器与反渗透器的问题
　　用软化水作为锅炉补充水时，锅水的溶解固形物含量高，容易引起过热器结盐垢。如果将软化水再经过电渗析处理，则可解决此问题。水经软化器的阻滤与交换，还可解决电渗析膜污塞和极室结垢问题。
　　目前已有低成本的软化用反渗透器问世，它的动力消耗也较低。采取反渗透处理，可同时有脱盐、软化、去硅的作用。但是要求其原水非常清洁，或者经过预处理使污染指数合格。　3.1.5水的脱盐处理
　　10.8MPa及以上压力的锅炉多采用化学除盐清除水中成垢物质。最简单的除盐系统是由阳床和阴床组成的单级脱盐系统。水中阳离子经阳床中的氢型强酸阳离子交换树脂交换后，变成各种酸，再经过阴床中的氢氧(羟)型强碱阴树脂交换成为含溶解固形物低于1mg/L的除盐水。为了减轻阳床负担，降低碱的用量，在阳床之后设置除二氧化碳塔，对于碱度>1mmol/L的原水来说除碳塔是必要的。水经除盐后硬度被彻底除去。
　　单级除盐的缺点是当阴床先于阳床失效时，除盐水立即变成酸性反应，而且其残留的盐分和二氧化硅含量还较高。因此最常采取的是阳床、脱碳、阴床和混床的三床四塔脱盐系统。再生好的阴阳树脂被混合之后，由于静电引力而抱团，形成无数组阴阳床的组合，因此可深度脱盐。其出水含盐量可低于0.05mg/L，二氧化硅可低于0.02mg/L。
　　如果原水含盐量超过500mg/L，就有必要采取反渗透或电渗析预脱盐。使用弱酸、强酸、脱碳、弱碱、强碱、混床的五床六塔联合脱盐，能使再生用的酸碱比耗接近理论量。但是从减轻污染考虑，采用膜处理预脱盐更为合理。　3.1.6锅内校正处理
　　不论水处理如何精良，仍难免锅炉进入成垢物质，因此还应进行辅助性的锅内处理。有时锅内投药不单是为了防垢，还可用于防腐蚀。
　　最常用的防垢药剂是磷酸三钠，它使进入锅炉的少量硬度盐类形成水合磷灰石，暂时失去附壁成垢能力。过剩的磷酸三钠水解产生的碱对保持炉水pH起很大作用。锅水中剩余磷酸根的量与参数有关，这是由于在高参数下磷酸盐可有一部分成为氢氧化钠，在10.8MPa已有15%。为防止用磷酸三钠处理时产生碱腐蚀，采取添加少量磷酸氢二钠使之形成缓冲溶液。其数量为磷酸三钠的15%～40%。常用假想的钠与磷酸根摩(尔)比(R)表示，全部为磷酸三钠时R为3，控制炉水pH较低使之保持2.3～2.8。必须指出的是，这种方法只适于15.7MPa以下的锅炉，亚临界参数锅炉采取协调磷酸盐处理时，炉水pH将低于9，因此具有酸腐蚀倾向。
　　中压锅炉和次高压锅炉也可采用聚羧酸盐进行分散处理以防垢。亚临界参数锅炉常采用全挥发处理，亦即向给水中加入氨(或有机胺)和联氨，主要用于防止腐蚀。　3.2循环冷却水防垢技术
　　火电厂的凝结器循环冷却水处理已有近半世纪的历史，形成了较为完整的防垢体系。自70年代引进化肥装置带入系列阻垢剂后，我国冷却水防垢处理空前活跃，水质稳定处理已遍布于所有循环冷却的设备上。　3.2.1火电厂汽轮机凝汽器的防垢技术
　　(1)极限碳酸盐硬度及其确定
　　循环水的极限碳酸盐硬度是很重要的指标，反映在某种条件下碳酸钙能以亚稳定状态长期保持而基本不会成垢的限度。水的碱度(暂时硬度)低于此值时，碳酸钙呈溶解状态，保持稳定；超过此值时，碳酸钙过饱和失稳而成垢。因此在考虑循环水处理方案时首先应确定此值。
　　火电厂循环水处理概分为三类:一是去掉水中硬度盐类；二是去掉水中碱度使暂时硬度变成永久硬度；三是进行水质稳定处理，提高水的极限碳酸盐硬度。
　　循环水的极限碳酸盐硬度和采取的处理方法有关，也和水中永久硬度及水温等因素有关。通常采取模拟试验得到，但是费时很久。也有各种经验公式做近似计算。最简化的计算方法是:
　　对未经处理的原水和用硫酸中和法降低碱度，用石灰软化法降低硬度与碱度再调整pH后的水，可用下式(适于循环水温度为45℃以下者):
　　H_极=1.45-0.05H_永式中　H_极——水的极限碳酸盐硬度，mmol/L；
　　H_永——水的永久硬度，mm0l/L。
　　使用水质稳定剂处理的循环水极限碳酸盐硬度与所采用的药剂稳定能力有关，其代表公式为:
　　H_无机=3.5-0.05H_永
　　H_有机=4.5-0.05H_永
　　H_复配=5.5-0.05H_永
　　在上述式中是按硬度(以Ca十Mg为基本单元)计算的，而不是碱度。如果用碱度表示应乘以2。H_无机、H_有机和H_复配，分别是指无机水质稳定剂、有机水质稳定剂和复配的水质稳定剂。无机水稳剂主要是三聚磷酸钠和六偏磷酸钠；有机水稳剂指单独使用的膦酸(盐)和聚羧酸(盐)；复配的水稳剂主要指将膦酸(盐)和聚羧酸(盐)复配使用，利用其协同作用增强药效。
　　(2)采取中和或软化方法进行防垢处理
　　用硫酸中和掉循环水的补充水中大部分碱度，此时碳酸氢盐变成硫酸盐从而防止形成碳酸钙垢。如果循环水中硫酸钙含量低于1000mg/L，也不会成垢。这种处理方法可使循环水的浓缩倍率超过5倍。但是由于硫酸用量大，且能腐蚀设备与侵蚀水工建筑物，因此只用于50MW以下小容量电厂。
　　石灰沉淀软化法是用了一个半世纪的水处理方法。由于石灰价廉，沉淀软化兼有降低碱度和硬度，而且有部分除硅的作用，至今仍在使用。对于1000MW或更大容量电厂由其处理循环水的补充水，并作锅炉补充水的预处理具有良好的经济性。经石灰处理的水应再加少量硫酸中和到pH7.8～8.3。如果配合水稳剂处理，其浓缩倍率也可达到5左右。
　　弱酸树脂对碳酸盐硬度能进行充分的交换，且能按理论量进行再生。因此，可用于循环水的补充水脱碱软化。这种方法实际上是以弱酸阳树脂作为中间体，进行硫酸(再生剂)处理。因此，其投资与运转费用均较高。该法对于非常缺水的地区有使用价值，能使循环水的浓缩倍率超过6倍。
　　在富盐而缺水的地区，可使用钠离子交换法对循环水的补充水进行软化，其补充水硬度不宜超过1.5mmol/L，火电厂的容量也不应超过30MW。
　　曾采用过鼓风机或水力喷射器将锅炉排烟送入水中，利用其中的二氧化硫与二氧化碳防垢。前者有中和作用，后者有稳定作用。该法存在堵灰、风机振动等许多问题，现已不用。
　　(3)水质稳定处理
　　50～60年代使用六偏磷酸钠进行水质稳定处理。如果使用类似于长江的水质，其浓缩倍率可超过2倍。但是在缺水的地区水质通常都较差，用类似于黄河水的水质作补充水，则循环水的浓缩倍率不超过1.5倍。70年代采用三聚磷酸钠者较多，主要是它价廉，易溶，稳定能力无差别。
　　单独使用膦酸或聚羧酸进行防垢处理始于70年代后期，它使缺水的华北地区循环水浓缩倍率达到1.7～2倍，配合硫酸处理可达2倍以上。随着水资源紧缺加剧，要求循环水的浓缩倍率为2～2.5倍，为此使用了复配的水质稳定剂，或将水质稳定处理与硫酸处理联合使用。比较典型的配方是ATMP(或EDTMP)与HPMA(或PAA)1:1的配合。
　　(4)火电厂凝汽器循环冷却水处理的控制
　　火电厂凝汽器防垢处理的要点是不论采取何种处理，都要保证循环水的极限碳酸盐硬度低于该方法的极限值(见(1)所述)。
　　a.采取硫酸处理时，将补充水的碱度降低到虽经过浓缩也不超过极限值的程度，就能防止结垢。如果原水水质稳定，只要加入计算量的硫酸就能满足防垢的要求。硫酸处理用于非常缺水的地区，其冷却塔应安装收水器，回收风吹带走的水滴，无法回收的部分(约0.1%～0.2%)就作为系统的排污水，调整了循环水的盐量平衡。按平均蒸发损失P₁为1.2%，风吹损失P₂为0.2%，排污P₃为0.1%考虑时，硫酸的投加量D_酸可由下式确定:
　　
式中　Q——循环水量(参看表1-2)，t/h；
　　A——补充水碱度，mmol/L；
　　Ψ——循环水的浓缩倍率，为Po/(P₂十P₃)=1.5/0.3=5；
　　Po——补充水率，%，Po=P₁十P₂十P₃=1.5%。
　　工业硫酸纯度有92.5%和98%两种，上述采用92.5%。如果是用98%的硫酸，则上式系数为0.1。
　　采用硫酸处理时的控制指标是:循环水的pH为7.5～8.0，碱度为2.4～2.6mmol/L。不可使循环水的pH低于7.3。
　　b.采取石灰处理时，也应加入少量硫酸中和水的酚酞碱度，使pH为7.5～8.0。所用的石灰纯度应达88%。由于石灰沉淀软化过程中产生碳酸钙，将其焙烧又可得到含氧化钙在88%以上的粉状石灰，因此，沉淀剂的来源与纯度可得到保证。其用量D_灰的计算为:
　　
式中Hmg为补充水镁硬度，mmol/L(其他符号同前)。
　　用于中和补充水酚酞碱度的硫酸量为:
　　
式中A_酚为经石灰处理后的酚酞碱度，mmol/L。
　　该法的循环水控制指标与硫酸处理相似。
　　c.离子交换法含有用弱酸树脂脱碱部分软化和全部软化两类。前者用硫酸为再生剂，其硫酸用量可为1.05～1.1倍的硫酸中和处理的用硫酸量；后者的食盐用量由补充水量及补充水的总硬度决定。如果采用逆流再生方式，食盐用量可采取为每mmol/L硬度用180～200g盐；用顺流方式再生，食盐用量为每mmol/L硬度用220～240g。可取平均值为每mmol/L用210g盐。则其耗盐量为:
　　D_盐=0.21×Q×Po×H_总(kg/h)式中H_总为补充水的总硬度，mmol/L。
　　用离子交换法处理的循环水pH也应调整到7.5～8.0。对软化处理水的碱度可放宽到4～6mmol/L。
　　d.采用水质稳定剂处理时，必须保证循环水质在其极限碳酸盐浓度以内，为此应通过排污，控制循环水的浓缩倍率。用聚磷酸盐或偏磷酸盐进行水的稳定处理时，应维持循环水的偏磷酸根过剩量为1～2mg/L，用膦酸和(或)聚羧酸进行水质稳定处理时，也应控制其剩余量不少于1mg/L。由于水的浓缩，循环水的pH通常都超过8，要求其上限不可超过8.6。不同补充水碱度及不同的水质稳定剂条件下的排污率和浓缩倍率如表1-3，控制在该浓缩倍率以内不会结垢。
　　
　　表1-3把费时难做的模拟试验筛选水稳剂和计算都简化掉。只要知道补充水的碱度和所用的水稳剂，按表中给出的排污率控制循环中的浓缩倍率在规定值之内，就可防止结垢。该表也能用于循环水处理药剂的选择，如果补充水的碱度确定了，按照预定的节水水平确定排污率和浓缩倍率，就可确定可选的水稳剂。合理的节水水平是使浓缩倍率为2.5～4.5倍。如果补充水的碱度超过5mm01/L，应采取硫酸部分中和，使碱度降到3～4mm0l/L再进行水质稳定处理。这样不仅可节水，水质稳定剂用量也少。
　　表1-3中相近的药剂可以互换，例如三聚磷酸钠与六偏磷酸钠，各种膦酸盐和聚羧酸盐可互换，这类水稳剂的复配成分与两元或三元聚合物也可互换。　3.2.2其他冷却设备的防垢处理
　　一般工业企业的循环冷却水量多在5000t/h以下，但是水的温度往往高于火电厂的凝汽器循环水温度，而且热交换器也往往是钢材。因此，对阻垢剂的水解倾向要求较严格，而且应缓蚀。
　　(1)热力网的循环水及多级闪蒸器的阻垢
　　热力网的热交换器对热源来说也是循环冷却水，其介质温度高于一般的冷却(凝)器。为防止热力网的热交换器和管路以及用户的采暖设备结垢，应要求尽量减少水的损失。在此条件下使用热稳定性能好的阻垢剂并配合缓蚀剂(或脱氧剂)处理。例如可使用水解聚马来酸酐1～2mg/L，调节pH为8.5以上，再加0.2mg/L苯骈三氮唑为缓蚀剂。如果加亚硫酸钠脱氧则可不用缓蚀剂，此时亚硫酸根的过剩量应不少于2mg/L。
　　MSF(多级闪蒸器)海水淡化装置在国内使用渐多，其工作温度为40～120℃，也可同样使用聚羧酸盐为水质稳定剂。
　　(2)化工与石化企业冷却水的防垢处理
　　这类企业的冷却系统使用钢材，投加水质稳定剂之前应进行预膜钝化，由于介质温度较高，投加的阻垢剂量也较大。钢材不同于铜材有释放铜离子抑菌、灭菌的能力，需要配合杀菌灭藻剂防止污垢的形成。
　　通常在进行防垢处理时，要对设备进行冲洗，如果换热面垢和腐蚀产物较多，还应进行清洗。随后投加药剂使金属面形成具有防腐蚀能力的表面膜，随后投加含有缓蚀剂的水质稳定剂阻垢，并配以杀菌灭藻剂防止微生物繁殖。
　　例如在系统中用循环泵作变流量冲洗，在水的浊度达10mg/L以下时，由去油清洗剂及消泡剂进行清洗，如果是油渍为主，用异丙醇和乙醇可以有效地洗涤；如果以垢和锈蚀为主，则可用无机酸或琥珀酸(丁二酸)清洗，可适当投加消泡剂防止循环清洗中大量起泡沫。例如用30%异丙醇、3%乙醇和16%磺化琥珀酸酯的水溶液可洗以油渍为主的附着物，它们都是很好的去油污溶剂。经清洗后的金属易于着膜，可用硅酸钠、三聚磷酸钠或六偏磷酸钠等在金属表面形成沉淀性膜层或络合物膜层，多元膦酸在钢铁表面可形成吸附性膜，MBT在铜合金上也可成膜。对钢铁换热器来说，可用50mg/L六偏磷酸钠与10mg/L硫酸锌进行预膜。提高预膜药剂的浓度可缩短预膜时间，例如可由48h以上降到24h以内。正常处理用投加的水稳剂量约为5～6mg/L，是火电厂凝汽器循环水处理用量的2～3倍。由于营养物质含量高，应配合以强氯精(三氯异氰尿酸)、十二烷基二甲基苄基氯化铵或异噻唑啉酮杀菌。
　　(3)空调机冷却器的防垢处理
　　中央空调机的冷却器结垢后，影响制冷、空调质量，除垢期间制冷设备不能使用，因此防垢是重要环节。空调系统的冷却器多使用铜或铜合金。应使用磷羧酸盐并复配以缓蚀剂，例如用含有丙烯酸、羟基乙叉二膦酸和苯并三氮唑的阻垢缓蚀剂Ⅲ即可。

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