烟气余热锅炉水质硬度过高引发结垢爆管问题解析及应对

在能源高效利用的趋势下，烟气余热锅炉凭借回收工业废气余热、提升能源利用率的优势，广泛应用于钢铁、化工、电力等多个领域。然而，水质管理问题始终是影响其安全稳定运行的关键因素。当烟气余热锅炉水质硬度过高时，极易引发结垢现象，严重时甚至导致爆管事故，不仅造成生产中断、经济损失，还可能威胁人员安全。深入探究水质硬度过高引发结垢爆管的机理，并针对性提出应对措施，对保障烟气余热锅炉的可靠运行意义重大。

一、水质硬度过高引发结垢的原理

（一）硬度与水垢成分

水质硬度主要由水中钙、镁离子含量决定。在烟气余热锅炉运行过程中，含有大量钙、镁离子的硬水受热后，水中的碳酸氢钙、碳酸氢镁等物质会发生化学反应。在高温条件下，碳酸氢钙分解生成碳酸钙沉淀，碳酸氢镁分解产生碳酸镁，碳酸镁进一步水解转化为氢氧化镁沉淀。这些难溶性的碳酸钙、氢氧化镁等物质便是水垢的主要成分，会逐渐附着在锅炉受热面管壁上 。

（二）结垢过程

随着锅炉不断运行，水中的钙、镁离子持续结晶析出并沉积。起初，形成一层薄薄的水垢层，虽然此时对热传递影响较小，但随着运行时间增加，水垢层会不断增厚。水垢的导热性极差，仅为钢材导热系数的 1/20 - 1/50，这就如同在受热面管壁与高温烟气之间添加了一道隔热屏障，阻碍热量有效传递到管内的水或蒸汽中。

二、结垢导致爆管的风险分析

（一）热应力集中

由于水垢的隔热作用，使得受热面管壁的热量无法及时传递出去，导致管壁温度迅速升高。而未结垢部分的管壁温度相对正常，这样就会在结垢与未结垢区域之间形成巨大的温差。这种温差会引发热应力集中，当热应力超过钢材的许用应力时，管壁就会出现裂纹 。例如，在某钢铁厂的烟气余热锅炉中，因局部结垢严重，管壁温度差达 100℃以上，运行半年后就出现了多处裂纹。

（二）水循环受阻

结垢还会导致锅炉内部水循环通道变窄，水流阻力增大，影响正常的水循环。当水循环不畅时，管内的水无法及时带走管壁的热量，进一步加剧管壁温度升高。而且，结垢严重时，可能会完全堵塞管道，导致局部区域缺水干烧，管壁在高温下迅速失去强度，引发爆管事故。某化工厂的烟气余热锅炉，就曾因结垢堵塞管道，造成局部干烧，引发爆管，致使整个生产线停产一周，直接经济损失达数百万元。

（三）腐蚀加剧

结垢后，水垢与管壁之间容易形成缝隙，这些缝隙成为溶解氧、酸性物质等的聚集区域，从而加剧金属的腐蚀。腐蚀会削弱管壁的厚度，降低其承压能力，使得爆管风险进一步增加 。长期处于这种结垢和腐蚀的环境下，锅炉管壁的使用寿命会大幅缩短。

三、预防水质硬度过高引发结垢爆管的措施

（一）严格控制水质

1. 软化处理：采用离子交换树脂软化器对锅炉用水进行预处理，去除水中大部分钙、镁离子。定期对软化器进行再生操作，根据水质检测结果和处理水量，合理调整再生周期和再生剂用量，确保软化水的硬度符合锅炉运行要求，一般将给水硬度控制在 0.03mmol/L 以下。

2. 水质监测：建立完善的水质监测体系，安装在线水质监测仪器，实时监测硬度、酸碱度、溶解氧等关键指标。同时，定期进行实验室水质分析，全面掌握水质情况。一旦发现水质硬度超标，立即采取相应措施进行处理。

（二）优化运行管理

1. 控制运行参数：严格按照锅炉的设计参数运行，避免超温、超压运行。合理控制锅炉的负荷变化，防止因负荷波动过大导致水循环不稳定。定期对锅炉的运行参数进行记录和分析，及时发现异常并进行调整。

2. 定期排污与清洗：制定科学合理的排污计划，定期进行底部排污和表面排污，及时排出锅炉内的水渣、杂质和浓缩的盐分。此外，根据锅炉的运行情况，定期对受热面进行化学清洗或机械清洗，去除已形成的水垢，保持受热面清洁。

（三）设备维护与升级

1. 加强设备维护：定期对水处理设备、锅炉本体及附属设备进行检查和维护，确保其正常运行。检查软化器树脂的性能，及时更换失效树脂；清理过滤器中的杂质，保证过滤效果；检查锅炉受热面的腐蚀和结垢情况，发现问题及时处理。

2. 技术升级改造：对于老旧的烟气余热锅炉，可考虑进行技术升级改造，采用新型的防垢、除垢技术和设备。例如，安装电磁除垢装置、超声波除垢装置等，利用物理方法减少水垢的形成；或者采用更高效的水处理工艺，提高水质处理效果。

烟气余热锅炉水质硬度过高引发的结垢爆管问题不容忽视，其对锅炉的安全稳定运行和企业的生产效益都有着严重影响。通过深入了解结垢爆管的原理和风险，采取严格控制水质、优化运行管理、加强设备维护与升级等一系列有效措施，可以显著降低结垢爆管的风险，保障烟气余热锅炉的高效、安全运行，实现能源的高效利用和企业的可持续发展。