水垢的形成，危害及其清除
鍋爐給水中溶有的鈣、鎂鹽類等雜質(zhì)，在鍋爐執(zhí)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。
1 、水垢的種類
?。ㄒ唬A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。
?。ǘ╄F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，在低壓鍋爐裝置上 ，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。
按水垢的形成程序可分為兩種：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，再次產(chǎn)生二次水垢。
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，執(zhí)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程序，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)程序， 這個程序分為兩步：
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。這個程序的第一步容易理解，因為鍋爐在執(zhí)行程序中， 爐水由于受熱而蒸發(fā)濃縮，致使鹽類雜質(zhì)達到溶解極限，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。
在鍋爐執(zhí)行程序中，水中鹽類超過溶度積的原因有以下三點：
?。ㄒ唬╁仩t裝置中水的蒸發(fā)濃縮，致使?fàn)t水中鹽類雜質(zhì)濃度升高，組建達到過飽和狀態(tài)。
（二）熱力裝置在加熱程序中，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產(chǎn)生了難溶的碳酸鹽。
（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，金屬表面粗糙或覆寫一層氧化物時，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
水垢直接威脅鍋爐裝置的安全和鍋爐的使用壽命，因為水垢的導(dǎo)熱系數(shù)很小。 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 公厘的水垢，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。
五，水垢的去除方案
?。ㄒ唬C械除垢法：當(dāng)爐內(nèi)有水垢或水渣時，停爐后放掉爐石，使鍋爐冷卻，用水沖洗或用螺旋鋼絲刷清除。如果水垢很堅硬，可用電力或水力帶動的洗管器來清洗。此法只適用于清洗鋼管，不適用于清洗銅管，因為洗管器容易將銅管損傷。
?。ǘ┧嵯闯阜ǎ河盟崆逑此缚捎名}酸、磷酸、鉻酸及氫氟酸，但不能用硫酸。因為硫酸與水接觸時，在水垢表面產(chǎn)生硫酸鈣硬膜，使膜下的水垢不易接觸到酸液。磷酸和鉻酸雖然比鹽酸有效，但由于價格太貴，所以一般都用鹽酸。鹽酸只能清洗碳酸鹽水垢，酸洗時產(chǎn)生的氯化鎂和氯化鈣溶解度很大，容易除去，并伴有二氧化碳產(chǎn)生，有攪拌鹽酸液的作用。對于純硅酸鹽水垢，可使用氫氟酸清洗。如果鍋爐中以硫酸鹽和硅酸鹽為主的混合水垢，也可使用鹽酸清洗。酸洗的作用在于用酸溶液溶解水垢與金屬壁間的氧化鐵層，使酸接觸到金屬，從而產(chǎn)生氫氣泡使水垢脫落。它與鹽酸鹽垢的鹽酸清洗道理不同。酸洗時，一般控制鹽酸溶液濃度為 3 ～ 5 ％，也可根據(jù)水垢的厚度來確定。組態(tài)鹽酸液時，應(yīng)注意市售鹽酸濃度不同，要經(jīng)過換算后再配制。用酸洗的缺點是，鹽酸對金屬有腐蝕作用。酸液的濃度越大，溫度越高，對金屬的腐蝕性就越大。因此，為了保護金屬在酸洗時不受腐蝕，必須在酸液中加入抑制劑。抑制劑的種類很多，每種抑制劑都在一定條件下才有效。用鹽酸酸洗時，國內(nèi)普通使用 02 －抑制劑。
鍋爐進行酸洗時 , 應(yīng)注意一下幾點 :
1. 為保證酸洗效果，酸洗中 , 應(yīng)不斷攪動酸液?？刹捎媚退岜眠M行灌注式酸洗，強迫酸液在鍋爐中回圈。如果采用靜置浸泡式酸洗，應(yīng)將酸液加溫到 50 ～ 700C, 利用酸和水垢作用產(chǎn)生的二氧化碳?xì)馀葸M行攪動，以充分發(fā)揮酸液的作用。
2. 在酸洗程序中，應(yīng)對進出鍋爐的酸液進行化驗，以便正確判斷酸洗結(jié)束時間。如果排出的酸液濃度大幅降低，需要補充新酸液；如果酸液濃度下降漸緩，而且逐漸穩(wěn)定，表明酸洗完畢。
3. 酸洗完畢，先放出酸液，再用清水沖洗，然后將水加滿，并加入水容量 0.3 ％左右的氫氧化鈉（先將氫氧化鈉溶于水再注入），煮沸 0.5 ～ 1 小時，以中和余酸。放出堿液后，再用清水沖洗一兩次即可。
?。ㄈA洗除垢法：用堿洗不能清除碳酸鹽水垢，因為堿對碳酸鹽水垢不起作用。用堿主要是清除硫酸鹽和硅酸鹽水垢，還可以清除硫酸鹽和硅酸鹽的混合水垢。此法不是使水垢溶解除去，而是使水垢軟化，再用機械的方法清除。堿洗除垢法所用的藥劑有碳酸鈉和氫氧化鈉兩種。如果使用磷酸三鈉，不但能清除硫酸鹽和氫氧化鈉沒噸水 2 ～ 4 公斤，濃度 0.2 ～ 0.4 ％； 磷酸三鈉每噸水 3 ～ 5 公斤，濃度 0.3 ～ 0.5 ％。堿 洗時用藥量為：碳酸鈉每噸水 10 ～ 20 公斤，濃度 1 ～ 2 ％，氫氧化鈉每噸水 2 ～ 4 公斤， 濃度 0.2 ～ 0.4 ％；磷酸三鈉每噸水 3 ～ 5 公斤，濃度 0.3 ～ 0.5 ％。堿 洗也是不升壓的長時間煮爐，一般不少于 24 小時，最多可以達 40 小時。堿 煮后要立即沖掉泥渣，并開啟鍋爐進行機械除垢，否則泥渣重新硬化，難以清除。
此發(fā)作業(yè)簡單，但比酸洗效果差，而且煮爐時間長，藥劑耗量大。
六、提出建議
根據(jù)開景水處理設(shè)備廠家的調(diào)查和所得的結(jié)論，我們提出以下幾點建議，以更好地進行生產(chǎn)和保護有限資源。
1. 經(jīng)常清除水垢，保持鍋爐的熱高傳導(dǎo)性。
2. 對進入鍋爐內(nèi)部的水進行處理，使化學(xué)成分在進入鍋爐之前就去除它。
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