天然水中的杂质及其对锅炉的危害

天然水可分为地面水和地下水。地面水包括江河水、湖水、水库水和海水等。地下水包括泉水和井水等。地面水来自雨水和雪水，地下水主要来自地面水，而雨水又来自地面水的蒸发。因此，水在自然界中不断地循环运动着。

除了雨、雪以外，天然水（程度不同地）不同程度的存在杂质。这是由于：雨水自空中降落时，受到空气中尘埃的污染，落到地面后，流经土壤或岩石，使一些腐败的动、植物残渣和砂、石等无机盐类混入水中；雨水汇合成溪流，或注入江河，或注入湖泊，或百川归海。这当中，又无时无刻不受自然环境的影响，产生各种各样的杂质。其中包括把大气中的氧、二氧化碳气体溶解进去。

一、天然水杂质的分类

天然水中的杂质，归纳起来，可分为悬浮物、胶体和溶解物质三大类。

(一)悬浮物

悬浮物是指颗粒直径（约在）为10-4mm以上的微粒。由于其微粒大小和（比重）相对密度不同，在水中或漂浮，或悬浮，或沉淀。当水静止时，（如一些草本植物）腐殖质等一些有机化合物其（比重）相对密度小，一般漂浮于水面；一些动植物微小碎片、纤维或死亡后的腐烂产物，其（比重）相对密度近似等于l，则悬浮水中；一些沙子和黏土之类（物质）无机化合物，其比重较大，则沉于水底（当水静止时，就会沉淀下来，使水得到一定程度的净化）。悬浮物在水中很不稳定，分布也很不均匀，是一种比较容易除去的物质。

(二)胶体

胶体是指颗粒直径约为10-6～10-4mm之间的微粒。主要是铁、铝、硅的化合物以及动植物有机体分解产物、蛋白质、脂肪、腐殖质等。它们往往是许多分子或离子的集合体。由于比表面积很大，有明显的表面活性(液体和固体表面都有吸附能力，能吸附其他物质，称为表面活性)。表面上常常吸附许多带正电荷或负电荷的离子，同类胶体因带同性电荷而互相排斥，从而阻止颗粒变大下沉，用混凝剂使之凝聚才能除去。

(三)溶解物质

溶解物质包括溶解盐和溶解气体两类。溶解物质是颗粒直径小于10-6mm的微粒。它们往往是以离子状态、分子状态或气体状态存在水中。

表7-1　溶解物质

二、水中杂质对锅炉的危害

水中杂质如果不经处理，对锅炉的安全经济运行的危害是很大的。其危害有如下3个方面。

（一）在锅炉受热面上结生水垢

1.水垢和水渣的形成

锅炉受热面上形成水垢主要是水中有钙、镁盐类产生沉淀析出，铁、铜氧化物等腐蚀产物也容易在高温受热面形成水垢。而钙、镁盐类产生沉淀的原因有以下3个方面。

(1)给水进入省煤器和锅炉后，水温逐渐升高，而某些钙、镁盐类在水中的溶解度随水温升高而下降，逐步产生沉淀。

(2)水在锅炉中不断蒸发，盐类在锅水中不断被浓缩，到一定程度时，难溶盐类就会形成沉淀。

(3)水在被加热和蒸发的过程中，某些钙、镁盐类因发生化学反应，从易溶于水的物质转变成了难溶于水的物质而析出。例如在锅炉中发生重碳酸钙和重碳酸镁的热分解反应：

Ca(HC03)2→CaCO3↓+H20+C02↑

Mg(HC03)2→Mg(OH)2↓+2C02↑

2.水垢和水渣的危害

水垢的生成对锅炉的安全、经济运行危害很大，主要表现在：

(1)降低锅炉的热经济性。水垢的导热性能很差，它比钢铁的导热能力小得多，相差几十倍(因垢类不同而异)。水垢的存在会使受热面传热性能变坏，排烟温度增高，从而增加燃料的消耗。根据试验，在锅炉内壁如有1mm厚的水垢，就要多消耗煤3%～5%。

(2)引起受热面金属过热。由于水垢的导热性能差，而且水垢又大多结在热负荷较高的受热面上。结垢部位的金属温度过高，金属强度下降，在蒸汽压力的作用下，就会发生过热部位变形、鼓包，甚至引起爆破。

(3)破坏正常的锅炉水循环。水垢生成，会减小受热面管子的流通截面，增加管内水循环的阻力，严重时甚至完全堵塞。这样不仅破坏了锅炉的正常水循环，降低锅炉的蒸发能力，还可能引发爆管等其他事故。

(4)增加锅炉维修费用，缩短锅炉使用寿命。锅炉受热面结生了水垢，不仅需要清洗除垢的费用，还会引起垢下金属腐蚀，使受热面受到损伤，缩短锅炉使用寿命，增加检修费用。（而往往导致种种损坏事故，使检修频繁而增加检修费用。也大大降低锅炉的使用寿命。）

水渣过多影响蒸汽质量，并促使汽水共腾。

（二）使锅炉本体及辅助受热面遭受腐蚀

金属材料和水接触，若水质不良，会引起金属的腐蚀。锅炉的给水管道、省煤器、汽包、水冷壁、过热器等，都会因为水质不良而引起腐蚀。

1.腐蚀的原因及形成

金属表面和其周围介质(如水、空气等)发生化学或电化学作用，而遭到破坏的现象称为腐蚀。例如铁器生锈和铜器长铜绿就是铁和铜的腐蚀现象。金属的腐蚀，按其机理的不同可分为化学腐蚀和电化学（府）腐蚀两类。在电化学腐蚀过程中有电流产生。金属处于潮湿的地方或者遇到水时，特别容易发生这一类腐蚀。锅炉中的腐蚀，一般都是电化学腐蚀。在化学腐蚀过程中没有电流产生，而是金属表面和其周围介质直接进行化学反应，使金属遭到破坏。如金属被过热蒸汽直接氧化所引起的腐蚀；含二氧化硫的烟气对尾部受热面的破坏，都是化学腐蚀。锅炉金属的腐蚀有材料方面的原因，如材料组织中的杂质和内部应力等。也有介质方面的原因。介质方面最大的影响因素，是锅水的pH值、碱度和给水中的溶解氧，例如pH值过低，会造成酸性腐蚀，碱度过高又会造成苛性脆化等碱性腐蚀。锅炉的氧腐蚀则是由于水中溶解氧含量过高所致。

2.腐蚀的危害

锅炉金属的腐蚀不仅要缩短设备本身的使用期限，造成经济损失，同时还由于金属腐蚀产物转入水中，使水中杂质增多，从而加剧在高热负荷受热面上的结垢过程，结成的垢（转）进而又会促进锅炉的腐蚀。此种恶性循环会迅速导致爆管等事故。如果锅筒、炉胆发生大面积腐蚀减薄则会导致恶性爆炸事故。此外，如金属的腐蚀产物被蒸汽带到用汽设备中沉积下来后，也会严重地影响这些设备的安全、经济运行。

（三）恶化蒸汽品质

含有杂质的给水进（人）入锅炉，逐渐蒸发、浓缩，当含盐量及碱度达到一定值后，在汽、水分界面处会形成泡沫。如果锅水中含有油脂、有机物或水渣较多，或含有较多的氢氧化钠和磷酸三钠等碱性物质时，这种现象更容易发生。当锅炉负荷急剧增加时，锅炉压力迅速降低（情况严重时），可以使汽、水分界面不清，成为蒸汽和泡沫的混合体，这种现象叫做汽水共腾。

一般蒸汽中含盐量很少，但是在锅炉汽水分界面处产生泡沫而发生汽水共腾现象时，蒸汽能直接把泡沫带走，这样就引起蒸汽大量带水，造成蒸汽含盐量急剧增加。这些被带出的盐分在过热器等用汽设备中发生沉积，影响传热，损坏设备。

从锅炉本身的运行来说，产生泡沫或汽水共腾，会使水位表内水位剧烈波动，甚至看不清水位，并使蒸汽管道产生严重水击现象。从而影响锅炉安全运行。