電廠化學-10結垢與防止

1、電廠化學及水處理電廠化學及水處理 華北電力大學能源與動力工程學院華北電力大學能源與動力工程學院 劉忠劉忠 培訓講座培訓講座 2 第第10章章 熱力設備的結垢及其防止熱力設備的結垢及其防止 1 1 水垢和水渣水垢和水渣 2 2 水垢的形成與防止水垢的形成與防止 3 3 易溶鹽易溶鹽“隱藏隱藏”現(xiàn)象現(xiàn)象 3 （1）水垢）水垢 水垢的定義水垢的定義 熱力設備受熱面水側金屬表面上生成的固態(tài)附著熱力設備受熱面水側金屬表面上生成的固態(tài)附著 物稱為水垢。物稱為水垢。 水垢的組成水垢的組成 水垢的化學組成一般比較復雜，它不是一種簡單水垢的化學組成一般比較復雜，它不是一種簡單 的化合物，而是由許多化合物混合組成

2、的。的化合物，而是由許多化合物混合組成的。 水垢中各種物質主要以氧化物和鹽類形式存在。水垢中各種物質主要以氧化物和鹽類形式存在。 水垢中的化學成分雖然很復雜，但往往以某種化水垢中的化學成分雖然很復雜，但往往以某種化 學成分為主。學成分為主。 4 以一級鈉離子交換軟化水作補給水的中低壓鍋爐，以一級鈉離子交換軟化水作補給水的中低壓鍋爐， 因凝汽器泄漏，冷卻水因凝汽器泄漏，冷卻水( (天然水天然水) )進入給水，其鍋內進入給水，其鍋內 水垢的主要成分為碳酸鈣、硫酸鈣、硅酸鈣等組水垢的主要成分為碳酸鈣、硫酸鈣、硅酸鈣等組 分。分。 以二級鈉離了交換水作補給水的普通高壓鍋爐，以二級鈉離了交換水作補給水的

3、普通高壓鍋爐， 常因補給水除硅不完全或者凝汽器泄漏等原因，常因補給水除硅不完全或者凝汽器泄漏等原因， 鍋爐水冷壁管內生成以復雜硅酸鹽為主要成分的鍋爐水冷壁管內生成以復雜硅酸鹽為主要成分的 水垢。水垢。 以除鹽水作補給水的高壓和超高壓鍋爐，由于凝以除鹽水作補給水的高壓和超高壓鍋爐，由于凝 汽器的嚴密性較高，水處理工藝也較完善，天然汽器的嚴密性較高，水處理工藝也較完善，天然 水中常見的一些雜質已經(jīng)基本上除掉，給水水質水中常見的一些雜質已經(jīng)基本上除掉，給水水質 較純，給水中的較純，給水中的雜質雜質主要是熱力系統(tǒng)金屬結構材主要是熱力系統(tǒng)金屬結構材 料的腐蝕產(chǎn)物，這類鍋爐水冷壁管內的水垢，其料的腐蝕產(chǎn)物

4、，這類鍋爐水冷壁管內的水垢，其 化學成分往往以化學成分往往以FeFe、CuCu為主。為主。 5 水垢的分類水垢的分類 按水垢主要化學成份分為以下幾類：按水垢主要化學成份分為以下幾類： 鈣鎂水垢鈣鎂水垢 硅酸鹽垢硅酸鹽垢 氧化鐵垢氧化鐵垢 銅垢。銅垢。 6 水垢的性質水垢的性質 堅硬度堅硬度 水垢的堅硬程度，表明它是否容易用機械方法清除掉。水垢的堅硬程度，表明它是否容易用機械方法清除掉。 孔隙率孔隙率 水垢中孔隙和縫隙占水垢體積的百分數(shù)。一般孔隙率水垢中孔隙和縫隙占水垢體積的百分數(shù)。一般孔隙率 大則導熱性差。大則導熱性差。 導熱性導熱性 水垢的導熱性較差，與鋼材相比相差數(shù)十到數(shù)百倍。水垢的導熱性

5、較差，與鋼材相比相差數(shù)十到數(shù)百倍。 水垢的危害水垢的危害 鍋爐爐管結垢后，熱阻升高導致金屬壁溫度過高，鍋爐爐管結垢后，熱阻升高導致金屬壁溫度過高， 而發(fā)生局部變形、鼓包，甚至爆管等事故。而發(fā)生局部變形、鼓包，甚至爆管等事故。 降低鍋爐熱效率。降低鍋爐熱效率。 引起沉積物下的腐蝕。引起沉積物下的腐蝕。 7 （2）水渣）水渣 水渣的定義水渣的定義 如果爐內水質不良，經(jīng)過一定時間運行后，水中如果爐內水質不良，經(jīng)過一定時間運行后，水中 可能析出一些呈懸浮狀態(tài)的固體物質，或沉積在可能析出一些呈懸浮狀態(tài)的固體物質，或沉積在 汽包和下聯(lián)箱底部等水流速較慢處形成沉渣。這汽包和下聯(lián)箱底部等水流速較慢處形成沉渣。

6、這 些呈懸浮狀態(tài)和沉渣狀態(tài)的物質稱為水渣。些呈懸浮狀態(tài)和沉渣狀態(tài)的物質稱為水渣。 水渣的組成水渣的組成 水渣的組成也很復雜，但形成水渣的主要物質通水渣的組成也很復雜，但形成水渣的主要物質通 常有以下幾種：碳酸鈣、氫氧化鎂、堿式碳酸鎂、常有以下幾種：碳酸鈣、氫氧化鎂、堿式碳酸鎂、 磷酸鎂、堿式磷酸鈣以及金屬的腐蝕產(chǎn)物等。有磷酸鎂、堿式磷酸鈣以及金屬的腐蝕產(chǎn)物等。有 時水渣中還含有某些隨給水帶入鍋爐水中的懸浮時水渣中還含有某些隨給水帶入鍋爐水中的懸浮 物。物。 8 水渣的分類水渣的分類 不會粘附在受熱面上的水渣不會粘附在受熱面上的水渣 較松軟，常懸浮在鍋爐水中，易隨鍋爐排污水排出而較松軟，常懸浮在

7、鍋爐水中，易隨鍋爐排污水排出而 除掉，如堿式磷酸鈣。除掉，如堿式磷酸鈣。 易粘附在受熱面上的水渣易粘附在受熱面上的水渣 容易粘附在受熱面管內壁上，特別容易粘附在水流緩容易粘附在受熱面管內壁上，特別容易粘附在水流緩 慢或停滯的地方，經(jīng)高溫烘焙后常常轉化為水垢慢或停滯的地方，經(jīng)高溫烘焙后常常轉化為水垢 二次水垢，如磷酸鎂和氫氧化鎂等。二次水垢，如磷酸鎂和氫氧化鎂等。 水渣的危害水渣的危害 水渣太多會影響鍋爐蒸汽的品質，有可能堵塞爐水渣太多會影響鍋爐蒸汽的品質，有可能堵塞爐 管，威脅鍋爐安全運行。管，威脅鍋爐安全運行。 采用鍋爐排污的方法及時將水渣排除掉。采用鍋爐排污的方法及時將水渣排除掉。 為防止

8、生成二次水垢，盡可能避免生成磷酸鎂和為防止生成二次水垢，盡可能避免生成磷酸鎂和 氫氧化鎂水渣。氫氧化鎂水渣。 9 第第10章章 熱力設備的結垢及其防止熱力設備的結垢及其防止 1 1 水垢和水渣水垢和水渣 2 水垢的形成與防止水垢的形成與防止 3 3 易溶鹽易溶鹽“隱藏隱藏”現(xiàn)象現(xiàn)象 10 鈣、鎂水垢鈣、鎂水垢 在鈣、鎂水垢中，鈣、鎂鹽的含量常常很大，甚至可達在鈣、鎂水垢中，鈣、鎂鹽的含量常常很大，甚至可達 90%左右。這類水垢又可按其主要化合物的形態(tài)分成：碳左右。這類水垢又可按其主要化合物的形態(tài)分成：碳 酸鈣水垢酸鈣水垢(CaCO3)、硫酸鈣水垢、硫酸鈣水垢(CaSO4、CaSO42H2O、

9、2CaSO4H2O)、硅酸鈣水垢、硅酸鈣水垢(CaSiO3、5CaO5SiO2H2O)、 鎂垢鎂垢(Mg(OH)2、Mg3(PO4)2)等。等。 碳酸鹽水垢，容易在鍋爐省煤器、加熱器、給水管道以及碳酸鹽水垢，容易在鍋爐省煤器、加熱器、給水管道以及 凝汽器冷卻水通道和冷水塔中生成。凝汽器冷卻水通道和冷水塔中生成。 硫酸鈣和硅酸鈣水垢，主要在熱負荷較高的受熱面上生成，硫酸鈣和硅酸鈣水垢，主要在熱負荷較高的受熱面上生成， 如鍋爐爐管、蒸發(fā)器和蒸汽發(fā)生器內等處生成。如鍋爐爐管、蒸發(fā)器和蒸汽發(fā)生器內等處生成。 （1）水垢形成的原因及部位）水垢形成的原因及部位 11 形成鈣、鎂水垢的原因：水中鈣、鎂鹽類的

10、離子濃度乘積形成鈣、鎂水垢的原因：水中鈣、鎂鹽類的離子濃度乘積 大大超過了溶度積，這些鹽類從過飽和溶液中結晶析出并大大超過了溶度積，這些鹽類從過飽和溶液中結晶析出并 附著在受熱面上。附著在受熱面上。 水中析出物之所以能附著在受熱面上，是因為受熱面金屬水中析出物之所以能附著在受熱面上，是因為受熱面金屬 表面粗糙不平，有許多微小的凸起的小丘。這些小丘，能表面粗糙不平，有許多微小的凸起的小丘。這些小丘，能 成為溶液中析出固體時的結晶核心。成為溶液中析出固體時的結晶核心。 此外，因金屬受熱面上常常覆蓋著一層氧化物此外，因金屬受熱面上常常覆蓋著一層氧化物(即所謂氧即所謂氧 化膜化膜)，這種氧化物有相當?shù)?/p>

11、吸附能力，能成為金屬壁和，這種氧化物有相當?shù)奈侥芰Γ艹蔀榻饘俦诤?由溶液中析出物的粘結層。由溶液中析出物的粘結層。 在各種熱交換器中，水中鈣、鎂鹽類的濃度超過溶解度的在各種熱交換器中，水中鈣、鎂鹽類的濃度超過溶解度的 原因，有以下幾方面：原因，有以下幾方面： 12 1） 隨溫度升高，某些鈣、鎂化合物在水中的溶解度下降。隨溫度升高，某些鈣、鎂化合物在水中的溶解度下降。 2）在水不斷受熱蒸發(fā)時，水中鹽類逐漸濃縮。）在水不斷受熱蒸發(fā)時，水中鹽類逐漸濃縮。 3）在水被加熱的過程中，水中某些鈣、鎂鹽類因發(fā)生化學反）在水被加熱的過程中，水中某些鈣、鎂鹽類因發(fā)生化學反 應，從易溶于水的物質變成難溶的物質

12、而析出。應，從易溶于水的物質變成難溶的物質而析出。 例如在水中發(fā)生碳酸氫鈣和碳酸氫鎂的熱分解反應：例如在水中發(fā)生碳酸氫鈣和碳酸氫鎂的熱分解反應： Ca(HCO3)2CaCO3 +H2O + CO2 Mg(HCO3)2Mg(OH) 2 + CO2 水中析出的鹽類物質可能成為水垢，也可能成為水渣，這不水中析出的鹽類物質可能成為水垢，也可能成為水渣，這不 僅取決定于其化學成分和結晶形態(tài)，而且還與析出時的條件僅取決定于其化學成分和結晶形態(tài)，而且還與析出時的條件 有關。有關。 如在省煤器、給水管道、加熱管、凝冷器冷卻水通道和冷卻如在省煤器、給水管道、加熱管、凝冷器冷卻水通道和冷卻 塔中，水中析出的碳酸鈣

13、常結成堅硬的水垢，但是在鍋爐、塔中，水中析出的碳酸鈣常結成堅硬的水垢，但是在鍋爐、 蒸發(fā)器和蒸汽發(fā)生器中，水的堿性較強而且水處于劇烈地沸蒸發(fā)器和蒸汽發(fā)生器中，水的堿性較強而且水處于劇烈地沸 騰狀態(tài)，此時，析出的碳酸鈣常常形成海綿狀的松軟水渣，騰狀態(tài)，此時，析出的碳酸鈣常常形成海綿狀的松軟水渣， 造成的金屬的物理不均勻性。造成的金屬的物理不均勻性。 13 硅酸鹽水垢硅酸鹽水垢 硅酸鹽水垢絕大部分是鋁、鐵的硅酸化合物。硅酸鹽水垢絕大部分是鋁、鐵的硅酸化合物。 這種水垢中往往含有這種水垢中往往含有40%50%的二氧化硅、的二氧化硅、25%30% 的鋁和鐵的氧化物、的鋁和鐵的氧化物、10%20%的鉀、

14、鈉氧化物以及鈣、的鉀、鈉氧化物以及鈣、 鎂化合物。鎂化合物。 這些復雜的硅酸鹽水垢，有的多孔，有的很堅硬、致密，這些復雜的硅酸鹽水垢，有的多孔，有的很堅硬、致密， 常常勻整地覆蓋在熱負荷很高或水循環(huán)不良的爐管內壁及常常勻整地覆蓋在熱負荷很高或水循環(huán)不良的爐管內壁及 汽輪機低壓缸葉片上。汽輪機低壓缸葉片上。 在高熱負荷的爐管管壁上從高濃縮的鍋爐水中直接結晶出在高熱負荷的爐管管壁上從高濃縮的鍋爐水中直接結晶出 硅酸鹽化合物，并在高熱負荷的作用下，與爐管上的氧化硅酸鹽化合物，并在高熱負荷的作用下，與爐管上的氧化 鐵相互作用生成復雜的硅酸鹽化合物。鐵相互作用生成復雜的硅酸鹽化合物。 Na2SiO3 +

15、 Fe2O.3Na2OFe2O.3SiO2 對于更復雜的硅酸鹽水垢，則認為是由析出在高熱負荷的對于更復雜的硅酸鹽水垢，則認為是由析出在高熱負荷的 爐管上的鈉鹽、熔融狀態(tài)苛性鈉及鐵、鋁的氧化物相互作爐管上的鈉鹽、熔融狀態(tài)苛性鈉及鐵、鋁的氧化物相互作 用而生成的。用而生成的。 14 氧化鐵垢氧化鐵垢 氧化鐵垢的主要成分是鐵的氧化物，其含量可達氧化鐵垢的主要成分是鐵的氧化物，其含量可達70%- 90%。此外，往往還含有金屬銅及銅的氧化物，少量鈣、。此外，往往還含有金屬銅及銅的氧化物，少量鈣、 鎂、硅和磷酸鹽等物質。鎂、硅和磷酸鹽等物質。 氧化鐵垢的表面為咖啡色，內層是黑色或灰色，垢的下部氧化鐵垢的表

16、面為咖啡色，內層是黑色或灰色，垢的下部 與金屬接觸處常有少量的、白色的鹽類沉積物。與金屬接觸處常有少量的、白色的鹽類沉積物。 氧化鐵垢最容易在高參數(shù)和大容量的鍋爐內生成，但在其氧化鐵垢最容易在高參數(shù)和大容量的鍋爐內生成，但在其 它鍋爐中也可能產(chǎn)生。它鍋爐中也可能產(chǎn)生。 這種鐵垢的生成部位，主要在熱負荷很高的爐管管壁上，這種鐵垢的生成部位，主要在熱負荷很高的爐管管壁上， 如：噴燃器附近的爐管；對敷設有燃燒帶的鍋爐，在燃燒如：噴燃器附近的爐管；對敷設有燃燒帶的鍋爐，在燃燒 帶上下部的爐管；燃燒帶局部脫落或爐膛內結焦時的祼露帶上下部的爐管；燃燒帶局部脫落或爐膛內結焦時的祼露 爐管內。爐管內。 由氧化

17、鐵垢所引起的爆管事故，也正是發(fā)生在這些區(qū)域。由氧化鐵垢所引起的爆管事故，也正是發(fā)生在這些區(qū)域。 15 銅垢銅垢 如果水垢中金屬銅的含量達到如果水垢中金屬銅的含量達到20或更高，則這種水垢稱或更高，則這種水垢稱 為銅垢。為銅垢。 銅垢中的金屬銅主要分布在銅垢的表層，此處含銅常達銅垢中的金屬銅主要分布在銅垢的表層，此處含銅常達 70%90%，但越接近金屬管壁處銅垢中含銅量越小。，但越接近金屬管壁處銅垢中含銅量越小。 銅垢中的金屬銅來源于熱力系統(tǒng)中的銅合金部件的腐蝕銅垢中的金屬銅來源于熱力系統(tǒng)中的銅合金部件的腐蝕 產(chǎn)物，這些銅的腐蝕產(chǎn)物在堿性爐水中主要以絡合物形式產(chǎn)物，這些銅的腐蝕產(chǎn)物在堿性爐水中主

18、要以絡合物形式 存在。存在。 在熱負荷較高的部位，由于高熱負荷的作用，爐水中銅的在熱負荷較高的部位，由于高熱負荷的作用，爐水中銅的 絡合物部分解離，使爐水中的銅離子濃度升高；同時，爐絡合物部分解離，使爐水中的銅離子濃度升高；同時，爐 管熱負荷較高部位的保護膜被破壞，金屬表面帶負電荷，管熱負荷較高部位的保護膜被破壞，金屬表面帶負電荷， 銅離子就在此處獲得電子而析出金屬銅。銅離子就在此處獲得電子而析出金屬銅。 因此，銅垢總是形成在局部熱負荷較高的管壁上。因此，銅垢總是形成在局部熱負荷較高的管壁上。 銅垢的形成速度隨著熱負荷的增大而加快。銅垢的形成速度隨著熱負荷的增大而加快。 16 （2）水垢的防止

19、方法）水垢的防止方法 防止雜質進入給水防止雜質進入給水 制備高質量的補給水，徹底清除掉補給水中的各種易結垢的雜質。制備高質量的補給水，徹底清除掉補給水中的各種易結垢的雜質。 防止凝汽器泄漏，及時查漏、堵漏。各局級組參數(shù)的要求，必要防止凝汽器泄漏，及時查漏、堵漏。各局級組參數(shù)的要求，必要 時對凝結水進行過濾和除鹽處理，防止冷卻水帶入鈣、鎂離子和時對凝結水進行過濾和除鹽處理，防止冷卻水帶入鈣、鎂離子和 硅鋁化合物以及一些微小的黏土等雜質。硅鋁化合物以及一些微小的黏土等雜質。 對生產(chǎn)返回的凝結水和疏水的水質進行嚴格監(jiān)控，必要時也應進對生產(chǎn)返回的凝結水和疏水的水質進行嚴格監(jiān)控，必要時也應進 行除鹽處理

20、，同時還必須進行必要的除油、除鐵處理。行除鹽處理，同時還必須進行必要的除油、除鐵處理。 防止水汽系統(tǒng)的金屬腐蝕，減少給水的含鐵量和含銅量。防止水汽系統(tǒng)的金屬腐蝕，減少給水的含鐵量和含銅量。 如采取給水除氧、加氨處理，凝汽器的銅管造膜，循環(huán)水水質穩(wěn)如采取給水除氧、加氨處理，凝汽器的銅管造膜，循環(huán)水水質穩(wěn) 定處理等措施。定處理等措施。 爐內水處理。爐內水處理。 在鍋爐水中投加某些藥劑，控制鍋爐水水質，使水中的某些結垢在鍋爐水中投加某些藥劑，控制鍋爐水水質，使水中的某些結垢 雜質形成一種不粘附在受熱面上的水渣，隨鍋爐排污除掉，如常雜質形成一種不粘附在受熱面上的水渣，隨鍋爐排污除掉，如常 用的爐內磷酸

21、鹽處理等用的爐內磷酸鹽處理等 17 第第10章章 熱力設備的結垢及其防止熱力設備的結垢及其防止 1 1 水垢和水渣水垢和水渣 2 水垢的形成與防止水垢的形成與防止 3 3 易溶鹽易溶鹽“隱藏隱藏”現(xiàn)象現(xiàn)象 18 （1）鹽類鹽類“隱藏隱藏”現(xiàn)象現(xiàn)象 當鍋爐負荷增高時，鍋爐水中某些易溶鹽類當鍋爐負荷增高時，鍋爐水中某些易溶鹽類 (Na2SO4、Na2SiO3、Na3PO4)從水中析出，沉積從水中析出，沉積 在爐管壁上，鍋爐水中鹽類濃度明顯降低；當鍋在爐管壁上，鍋爐水中鹽類濃度明顯降低；當鍋 爐負荷減小或停爐時，沉積在爐管管壁上的鈉鹽爐負荷減小或停爐時，沉積在爐管管壁上的鈉鹽 又被溶解下來，鍋水中鹽

22、類濃度重新增大，這種又被溶解下來，鍋水中鹽類濃度重新增大，這種 現(xiàn)象稱為鹽類現(xiàn)象稱為鹽類“隱藏隱藏”現(xiàn)象，也稱鹽類暫時消失現(xiàn)象，也稱鹽類暫時消失 現(xiàn)象?，F(xiàn)象。 19 （2）發(fā)生易溶鹽）發(fā)生易溶鹽“隱藏隱藏”現(xiàn)象的原因現(xiàn)象的原因 與易溶鹽的特性有關與易溶鹽的特性有關 在高溫水中，某些鈉化合物在水中的溶解度隨溫在高溫水中，某些鈉化合物在水中的溶解度隨溫 度升高而下降，當溫度達到一定值后繼續(xù)上升，度升高而下降，當溫度達到一定值后繼續(xù)上升， 其溶解度就下降。尤其是其溶解度就下降。尤其是Na3PO4最為明顯，當溫最為明顯，當溫 超過超過200后，它的溶解度隨水溫升高而急劇下后，它的溶解度隨水溫升高而急劇

23、下 降，因此在高溫水中降，因此在高溫水中Na3PO4的溶解度很小。的溶解度很小。 在高參數(shù)鍋爐中，鍋爐水溫度都較高，由于這幾在高參數(shù)鍋爐中，鍋爐水溫度都較高，由于這幾 種化合物在高溫水中溶解度較小，如爐管內發(fā)生種化合物在高溫水中溶解度較小，如爐管內發(fā)生 鍋爐水局部蒸發(fā)濃縮，它們容易在此局部區(qū)域達鍋爐水局部蒸發(fā)濃縮，它們容易在此局部區(qū)域達 到過飽和濃度。到過飽和濃度。 由于這幾種鈉鹽的飽和溶液沸點較低，當爐管因由于這幾種鈉鹽的飽和溶液沸點較低，當爐管因 局部過熱而使爐管內壁溫度高于純水沸點溫度超局部過熱而使爐管內壁溫度高于純水沸點溫度超 過過10 以上時，這些鈉鹽的水溶液能完全蒸干而以上時，這些鈉鹽的水溶液能完全蒸干而 形成固態(tài)沉積物。形成固態(tài)沉積物。 20 與爐管熱負荷有關與爐管熱負荷有關 當鍋爐出力增大時，爐膛內熱負荷增大，容易使當鍋爐出力增大時，爐膛內熱負荷增大，容易使 上升管內鍋爐水發(fā)生不止常的沸騰工況上升管內鍋爐水發(fā)生不