锅炉给水中溶有的钙、镁盐类等杂质，在锅炉运行中，随炉水浓缩温度的升高而析出。析出钙镁类杂质，可在锅炉的受热面上形成各种不同密度和不同成分的固体附着物，这些固体附着物称为水垢。水垢给工业生产，资源利用等造成极大危害，所以研究水垢，清除水垢是十分必要的。

    为了保护有限的资源，所以我们浙江莫兰蒂金属表面处理科技有限公司技术研发部对这个问题展开了调查！

    一、调查时间

    一月至二月中旬，这个期间，由于工厂组织休息，方便我们对锅炉进行取样和分析。

    二、调查方式

    调查以实地考察，采访，实验，分发问卷调查，询问专家，同时借助互联网收集资料。

    三、 调查过程

    我们首先确立课题，然后询问专家，了解课题的可研究性，对课题去各个分发调查问卷，了解工厂对水垢的认识。然后访问各个拥有锅炉的工厂的管理人员，让他们阐述水垢对生产的印象，和一般他们去除的方法。其后对工厂的水垢进行取样。用取来的各个样本，在专家的帮助下，分析水垢的成分，并采取物理，化学各种方法去除水垢。虽然水垢的问题是一个世界性的问题，至今没有很好的办法解决，但是我们凭着对事物的独特看法，对去除水垢有了独特的一套较可行的方案。

    四、 调查结果

    1、水垢的种类

    （一）碱土金属垢：包括以钙为主要成分的垢，如硫酸钙垢、硅酸钙垢、碳酸钙垢等，以镁为主要成分的，如氢氧化镁垢、磷酸镁垢等。

    （二）铁垢：包括以铁为主要成分的垢，有氧化铁垢、磷酸盐铁垢和硅酸盐铁垢。

    （三）铝垢：是以铝为主要成分的垢，如硅酸铝垢。

    （四）铜垢：是以金属铜为主要成分的垢。

    硫酸钙垢坚硬而致密，在低压锅炉设备上（如省煤气中），主要以半水合物或石膏的形式沉淀附着；在锅炉本体中，以无水化合物的形式沉淀附着。

    硅酸钙垢主要在锅炉热负荷较大的受热面上形成，它沉淀为硅灰石，垢的硬度较大，导热性很差，能牢固地粘附在受热面上。

    碳酸盐垢有着不同的特性，它既可以是坚硬的水垢，又可以是松软的水渣。当炉水进行微弱蒸发时，碳酸盐常沉淀成坚硬的结晶状水垢。当炉水进行剧烈沸腾时，碳酸盐又常常沉淀为水渣。

    氢氧化镁和磷酸镁易粘附在锅炉壁上，形成二次水垢。

    水垢成分中大部分是碱土金属垢（达９０％），还有铁垢、铝垢、铜垢等和金属腐蚀产物及有机物等。

    按水垢的形成过程可分为两种：一是盐类杂质在受热面上直接结晶而形成的一次水垢；一是易粘附在受热面上的水渣，再次生成二次水垢。

    水渣分为两种，除一种水渣易粘附在受热面上，形成难以用机械方式除去的二次水垢外，还有一种水渣呈流动状态不易粘附在受热面上，运行中可按照排污方法将其排出。由此看来，不论是一次水垢，还是二次水垢或水渣的形成过程，都是在一定环境和一定条件下形成的，互相牵连，互相制约，所以不可忽视。

    2、水垢的形成

    水垢和水渣的形成是一个复杂的物理化学过程，这个过程分为两步：第一步为盐类杂质由过饱和溶液中析出；第二步为结晶出来的盐类杂质附着在金属受热面上，形成水垢或悬浮在溶液中成为水渣。

    这个过程的第一步容易理解，因为锅炉在运行过程中，炉水由于受热而蒸发浓缩，致使盐类杂质达到溶解极限，即溶度积。如果盐类阴、阳离子的浓度乘积超过其溶度积，此盐类杂质便会从过饱和溶液中析出。反之，盐类将继续溶解。

    在锅炉运行过程中，水中盐类超过溶度积的原因有以下三点：

    （一）锅炉设备中水的蒸发浓缩，致使炉水中盐类杂质浓度升高，组建达到过饱和状态。

    （二）热力设备在加热过程中，某些离子发生化学变化而形成一种难溶的化合物，如水加热到６０～７０摄氏度以上时，重碳酸根转变成碳酸根。水的温度越高，重碳酸根转变成碳酸根越多，这样使易溶的重碳酸盐生成了难溶的碳酸盐。

    （三）某种盐类（如钙、镁盐）的溶解度随温度的升高而降低，因此在接近受热面的水中，此种盐类首先应超过溶度积而析出。

    第一步所形成的过饱和状态溶液很不稳定，开始时是治安过饱和溶液中发生盐类结晶核心上，极小的微粒逐渐长大成颗粒，最后形成粗结晶体或絮状的水垢或水渣。

    形成水垢或水渣，不仅与盐类物质的化学成分有关，而且还取决于盐类杂质和受热面之间物理化学因素。如果金属受热面粗糙并伴有凸瘤包时，便会成为过饱和溶液产生固态的结晶核。金属受热面氧化层有相当大的附着力，它可成为金属壁与析出结晶沉淀物的粘结中间层。因此，金属表面粗糙或覆盖一层氧化物时，盐类杂质沉淀出来将主要成为水垢。反之，在光洁的受热金属面上，则多呈水渣。

    3、水垢的危害

    水垢直接威胁锅炉设备的安全和锅炉的使用寿命，因为水垢的导热系数很小。表1是几种不同水垢的平均导热系数。

    从表中可看出，水垢的导热系数比金属的导热系数小几百倍。因此，即使在受热面上形成不太厚的水垢，也会由于热阻大，使其导热效率降低，造成热损失，浪费燃料。实践证明，锅炉受热面结有1毫米的水垢，能使煤的消耗增加1.5～２％左右。由于受热面上结有水垢，会使金属管壁局部过热，当壁温超过其工作允许极限温度时，会使管子鼓包，严重的会引起锅炉爆管事故，使人身安全受到威胁。

    水垢是一种复杂的盐类，其中含有卤素离子，在高温下对铁有腐蚀作用。通过对铁质水垢的分析，可知它含铁量达２０～３０％左右。水垢侵蚀金属会使锅炉内壁变脆，并不断向锅炉深处腐蚀。

    由于清除水垢要停炉、消耗人力、物力，以及造成锅炉的机械损伤和化学腐蚀。因此，防止水垢和清除水垢是水质处理工作中必须解决的问题。