煙氣余熱鍋爐水質硬度過高引發結垢爆管問題解析及應對

在能源高效利用的趨勢下，煙氣余熱鍋爐憑借回收工業廢氣余熱、提升能源利用率的優勢，廣泛應用于鋼鐵、化工、電力等多個領域。然而，水質管理問題始終是影響其安全穩定運行的關鍵因素。當煙氣余熱鍋爐水質硬度過高時，極易引發結垢現象，嚴重時甚至導致爆管事故，不僅造成生產中斷、經濟損失，還可能威脅人員安全。深入探究水質硬度過高引發結垢爆管的機理，并針對性提出應對措施，對保障煙氣余熱鍋爐的可靠運行意義重大。

一、水質硬度過高引發結垢的原理

（一）硬度與水垢成分

水質硬度主要由水中鈣、鎂離子含量決定。在煙氣余熱鍋爐運行過程中，含有大量鈣、鎂離子的硬水受熱后，水中的碳酸氫鈣、碳酸氫鎂等物質會發生化學反應。在高溫條件下，碳酸氫鈣分解生成碳酸鈣沉淀，碳酸氫鎂分解產生碳酸鎂，碳酸鎂進一步水解轉化為氫氧化鎂沉淀。這些難溶性的碳酸鈣、氫氧化鎂等物質便是水垢的主要成分，會逐漸附著在鍋爐受熱面管壁上 。

（二）結垢過程

隨著鍋爐不斷運行，水中的鈣、鎂離子持續結晶析出并沉積。起初，形成一層薄薄的水垢層，雖然此時對熱傳遞影響較小，但隨著運行時間增加，水垢層會不斷增厚。水垢的導熱性極差，僅為鋼材導熱系數的 1/20 - 1/50，這就如同在受熱面管壁與高溫煙氣之間添加了一道隔熱屏障，阻礙熱量有效傳遞到管內的水或蒸汽中。

二、結垢導致爆管的風險分析

（一）熱應力集中

由于水垢的隔熱作用，使得受熱面管壁的熱量無法及時傳遞出去，導致管壁溫度迅速升高。而未結垢部分的管壁溫度相對正常，這樣就會在結垢與未結垢區域之間形成巨大的溫差。這種溫差會引發熱應力集中，當熱應力超過鋼材的許用應力時，管壁就會出現裂紋 。例如，在某鋼鐵廠的煙氣余熱鍋爐中，因局部結垢嚴重，管壁溫度差達 100℃以上，運行半年后就出現了多處裂紋。

（二）水循環受阻

結垢還會導致鍋爐內部水循環通道變窄，水流阻力增大，影響正常的水循環。當水循環不暢時，管內的水無法及時帶走管壁的熱量，進一步加劇管壁溫度升高。而且，結垢嚴重時，可能會完全堵塞管道，導致局部區域缺水干燒，管壁在高溫下迅速失去強度，最終引發爆管事故。某化工廠的煙氣余熱鍋爐，就曾因結垢堵塞管道，造成局部干燒，引發爆管，致使整個生產線停產一周，直接經濟損失達數百萬元。

（三）腐蝕加劇

結垢后，水垢與管壁之間容易形成縫隙，這些縫隙成為溶解氧、酸性物質等的聚集區域，從而加劇金屬的腐蝕。腐蝕會削弱管壁的厚度，降低其承壓能力，使得爆管風險進一步增加 。長期處于這種結垢和腐蝕的環境下，鍋爐管壁的使用壽命會大幅縮短。

三、預防水質硬度過高引發結垢爆管的措施

（一）嚴格控制水質

1. 軟化處理：采用離子交換樹脂軟化器對鍋爐用水進行預處理，去除水中大部分鈣、鎂離子。定期對軟化器進行再生操作，根據水質檢測結果和處理水量，合理調整再生周期和再生劑用量，確保軟化水的硬度符合鍋爐運行要求，一般將給水硬度控制在 0.03mmol/L 以下。

2. 水質監測：建立完善的水質監測體系，安裝在線水質監測儀器，實時監測硬度、酸堿度、溶解氧等關鍵指標。同時，定期進行實驗室水質分析，全面掌握水質情況。一旦發現水質硬度超標，立即采取相應措施進行處理。

（二）優化運行管理

1. 控制運行參數：嚴格按照鍋爐的設計參數運行，避免超溫、超壓運行。合理控制鍋爐的負荷變化，防止因負荷波動過大導致水循環不穩定。定期對鍋爐的運行參數進行記錄和分析，及時發現異常并進行調整。

2. 定期排污與清洗：制定科學合理的排污計劃，定期進行底部排污和表面排污，及時排出鍋爐內的水渣、雜質和濃縮的鹽分。此外，根據鍋爐的運行情況，定期對受熱面進行化學清洗或機械清洗，去除已形成的水垢，保持受熱面清潔。

（三）設備維護與升級

1. 加強設備維護：定期對水處理設備、鍋爐本體及附屬設備進行檢查和維護，確保其正常運行。檢查軟化器樹脂的性能，及時更換失效樹脂；清理過濾器中的雜質，保證過濾效果；檢查鍋爐受熱面的腐蝕和結垢情況，發現問題及時處理。

2. 技術升級改造：對于老舊的煙氣余熱鍋爐，可考慮進行技術升級改造，采用新型的防垢、除垢技術和設備。例如，安裝電磁除垢裝置、超聲波除垢裝置等，利用物理方法減少水垢的形成；或者采用更高效的水處理工藝，提高水質處理效果。

煙氣余熱鍋爐水質硬度過高引發的結垢爆管問題不容忽視，其對鍋爐的安全穩定運行和企業的生產效益都有著嚴重影響。通過深入了解結垢爆管的原理和風險，采取嚴格控制水質、優化運行管理、加強設備維護與升級等一系列有效措施，可以顯著降低結垢爆管的風險，保障煙氣余熱鍋爐的高效、安全運行，實現能源的高效利用和企業的可持續發展。