摘要：近几年，随着各地锅炉水处理技术的普及，大部分工业锅炉给水可以达到合格，从而避免了结生水垢的问题，但由于铁杂质引起的问题日益突出。由于工业锅炉本身的特殊性，造成炉管内生成复杂铁垢的问题一直没有彻底解决，以致造成锅炉效率低下或者炉管破坏。本文通过锅炉铁杂质的来源与危害分析进而提出消除和控制的措施分析，以此提高锅炉效率。
关键字：锅炉、铁垢、来源、危害、控制
近几年，随着各地锅炉水处理技术的普及，大部分工业锅炉给水可以达到合格，从而避免了结生水垢的问题，但由于铁杂质引起的问题日益突出。由于工业锅炉本身的特殊性，造成炉管内生成复杂铁垢的问题一直没有彻底解决，以致造成锅炉效率低下或者炉管破坏。正常条件下，锅炉炉管表面有一层Fe3O4保护膜，它致密完整具有保护作用。但这个保护膜在pH9.0~11.0之间是稳定的，pH值在这个范围之外，它都会发生溶解，从而导致其下金属基体的腐蚀。工业锅炉杂质的来源和锅炉金属的腐蚀破坏都与这个表面膜的破坏有关。铁杂质除以溶解态和胶状物存在外，大部分以颗粒状存在于水中，且它的存在形态与水温有关。最终它沉积在锅炉内形成铁垢。
1、铁杂质的来源
1.1 锅炉氧腐蚀产物
氧腐蚀是工业锅炉最主要的腐蚀形态之一。尽管按规定>10t/h的锅炉必须除氧，但是由于低压锅炉除氧存在一定的困难，多半没有安装除氧器，而且也不进行化学除氧。这样高含量的给水极其低pH（7~7.5）就会造成炉管严重的氧腐蚀，有省煤器的锅炉氧腐蚀发生在省煤器管，没有省煤器的则发生在锅炉水进口的炉管，氧腐蚀的结果是大量的氧腐蚀产物附着在管壁上，腐蚀产物除Fe2O3外，还有Fe3O4和少量FeO。
1.2凝结水系统的酸腐蚀产物
由于软化水无法去除原水的碱度，因此原水中的碳酸化合物进入锅炉后就会发生分解产生CO2，而它进入蒸汽，接着冷凝后又全部或部分溶于凝结水中。据对许多工业锅炉凝结水的测量发现，凝结水pH值基本在5.5~6.5范围，原水碱度高的，有时pH值甚至低于5.5.在这样低的pH条件下，加上工业锅炉凝结水温度较高（50~80℃),金属表面保护膜很快会发生溶解，随后就导致其下的金属腐蚀。由于CO2的水溶液是弱酸，它的腐蚀性因不断地电离而一直维持下去。而且工业锅炉凝结水溶解氧含量往往很高，而CO2和O2，同时存在时，酸腐蚀会加速，这种腐蚀形式是均匀腐蚀，结果造成凝结水铁离子含量高。而这些铁杂质大部分被带往锅炉。
1.3停炉腐蚀产物
很多工业锅炉都是间断运行的，而在停炉期间，大部分锅炉又不采取停炉保护措施或采取的措施不当，就导致锅炉炉管表面生成大量黄棕色的停炉腐蚀产物r-FeOOH。这些产物在锅炉重新启动时就会因温度升高失水生成砖红色的α-Fe2O3而悬浮在炉水中，如果排污不够，会沉积在管壁上或锅炉底部。停用腐蚀在每个水汽管道都可能发生。
2、铁杂质的危害
2.1降低锅炉的热效率，增加燃料消耗，严重时会造成炉管过热爆管。
铁杂质最终在锅炉内生成难以清除的氧化铁垢，氧化铁垢的形成速度随炉水中铁含量的提高而增加，氧化铁垢的导热系数比钢材的导热系数差几百倍，所以氧化铁垢严重阻碍传热，实践证明，锅炉炉管上结1mm的水垢，煤耗将增加8%~10%，而且铁垢结生在热负荷高的炉管上，还往往会引起炉管局部温度升高，当温度超过金属承受的极限温度时，金属就会因过热而蠕变，强度降低。对水管锅炉的炉管，就会发生鼓包、破裂，甚至引起暴管事故。
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2.2导致金属发生沉积物下介质浓缩腐蚀和电化学腐蚀
炉管上结有水垢后，炉水会从垢的空隙、、缝隙渗入，在沉积的水垢层与管壁之间会急剧蒸发，垢下的炉水可被浓缩到很高的浓度。对于工业锅炉，浓缩物中最危险的是NaOH。有时炉水中NaOH含量仅为1~5mg/L,而管壁沉积物下它的浓度可达5%~10%，这样高浓度NaOH在溶解了保护膜后，就会和金属铁发生反应，生成铁酸钠和亚铁酸钠，而这两种物质又与渗入沉积物下的炉水发生水解反应重新生成NaOH，又继续反应。这样长期下去就会导致炉管延性破坏。严重时在有的部位还引起苛性脆化。
对于沿海地区，每年枯水期发生海水倒灌，枯水期原水中cl-含量急剧增加，而进入炉水中的MgCl2、CaCl2有时会在沉积物下水解产生HCl而产生酸腐蚀，严重的造成管材脱碳，引发脆性破坏。
2.3导致炉水水质变差，炉内处理受影响
炉水中杂质铁含量多，会使炉水溶解固形物增加，造成炉水长时间发黄、发混，严重时还会引起汽水共腾，造成饱和蒸汽含有铁腐蚀产物，蒸汽品质变差。此外铁的存在有时会严重地阻碍药剂处理防垢措施的效果，过多的铁对磷酸盐处理后产生的水渣有干扰作用。
3铁杂质的消除和控制
3.1停用锅炉进行停炉保护
对于停用的锅炉，必须要根据现场实际情况和停炉时间的长短采取合适的停炉保护方法。保持系统内部干燥的干法和充满除氧碱性溶液的湿法都可防止停用腐蚀。对于长期停用的锅炉（>2周），加药剂湿法保护效果更好，但必须定期监测炉内药剂的浓度和水中溶解氧的含量。对于检修、检验和短期停用的，采用热炉放水余热烘干或加成膜停炉保护药剂法是合适的，加干燥剂法一般只适用于保护汽包和联箱等部件。
3.2给水加药处理
在给水系统或软水箱中加入除氧剂和碱化剂，以降低给水溶解氧浓度和提高给水的pH，来减少给水管道的腐蚀。
3.3进行必要的锅内处理
向锅内加分散剂或螯合剂，利用它们的分散作用、络合作用和晶格畸变等作用使铁杂质呈分散状态悬浮在炉水中而防止铁的沉积，锅内加药时要通过监测炉水的溶解固形物来适当控制好锅炉的排污率，保证及时排除锅内浓缩杂质。
3.4改进锅外水处理设备
很多工业锅炉的补给水都没有经过降碱处理，而恰恰是给水碱度造成凝结水系统CO2腐蚀严重。所以可以在炉外对原水进行降碱预处理，经此处理后的水再进行软化。一般可采用石灰—纯碱沉淀处理或单纯的石灰处理。此外还可在凝结水系统加装除铁过滤器，过滤凝结水中的铁腐蚀产物，安装锰砂过滤器和电磁过滤器都可。
3.5锅炉进行化学清洗
通过化学清洗清除沉积在管壁上的铁腐蚀产物，既可以除去影响传热与形成闭塞覆盖区的腐蚀产物，而且还可以防止沉积物下介质浓缩腐蚀的发生，而且酸洗后必须采用合适的钝化剂钝化良好，建立永久钝化膜，防止再生成二次浮锈。
总之，控制工业锅炉铁杂质产生的危害必须从源头来控制铁的污染。因此降碱、除氧和停炉保护是最根本的方法，化学清洗、锅内外加药则是辅助措施。
参考文献：
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[2]蓝智伟. 浅谈工业锅炉水垢的危害及预防措施[J]. 江西建材, 2017(9):293-293.
[3]林寅. 浅谈工业锅炉水垢的危害、防垢及除垢方法[J]. 中国化工贸易, 2015(13).
论文作者:钱锐
论文发表刊物:《基层建设》2018年第21期
论文发表时间:2018/9/10
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