摘要：电力工程锅炉水冷壁管的结垢问题严重影响锅炉的安全稳定运行与热效率。基于此，文章深入分析水冷壁管结垢的原因，包括水质不良、运行工况异常等方面，并详细探讨了多种清洗技术，包括化学清洗、物理清洗以及新兴的清洗技术等，旨在为解决电力工程锅炉水冷壁管结垢问题提供科学依据与技术支持，保障锅炉高效、安全运行。

关键词：电力工程；锅炉水冷壁管；结垢原因；清洗技术

一、引言

在电力工程中锅炉作为重要的能量转换设备，其运行的稳定性和高效性直接关系到电力生产的质量与成本。水冷壁管作为锅炉的关键受热部件，起着吸收炉膛内高温火焰辐射热量、将水转化为蒸汽的重要作用。然而，在实际运行过程中水冷壁管极易出现结垢现象。结垢不仅会降低水冷壁管的传热效率，导致能源浪费，增加运行成本，还可能引发管壁超温、爆管等安全事故，严重威胁电力系统的安全稳定运行。因此，深入研究电力工程锅炉水冷壁管结垢原因及清洗技术具有重要的现实意义。

二、电力工程锅炉水冷壁管结垢原因分析

（一）水质因素

钙镁离子含量过高。天然水中通常含有一定量的钙、镁离子，当水进入锅炉后，随着温度升高，钙、镁离子的溶解度降低，它们会与水中的碳酸根、硫酸根等阴离子结合，形成碳酸钙（CaCO₃）、硫酸钙（CaSO₄）等难溶性盐类，逐渐在水冷壁管内壁沉积形成水垢。例如，当水中钙离子浓度较高且存在碳酸氢根离子时，在高温环境下会发生如下反应：Ca²⁺+2HCO₃⁻→CaCO₃↓+H₂O +CO₂↑，生成的碳酸钙沉淀附着在管壁上，日积月累形成水垢。

硅化合物含量超标：水中的硅化合物在高温高压条件下会发生聚合反应，形成复杂的硅垢。硅垢质地坚硬，附着力强，一旦在水冷壁管上形成极难清除。而且硅垢的导热系数极低，对水冷壁管的传热性能影响极大，会显著降低锅炉的热效率。例如，水中的活性硅在高温下可能会转化为无定形二氧化硅（SiO₂），并与其他杂质结合形成硅垢[1]。

溶解氧的腐蚀作用。水中溶解的氧气会对水冷壁管产生腐蚀作用。在高温环境下氧与铁发生化学反应，生成铁的氧化物。这些氧化物会与水中的其他杂质相互作用，促进水垢的形成。同时，腐蚀产物还会破坏水冷壁管的金属表面，降低其耐腐蚀性能，进一步加剧结垢和腐蚀的恶性循环。例如，发生的腐蚀反应为：4Fe+3O₂+6H₂O→4Fe（OH）₃，生成的氢氧化铁在一定条件下会转化为铁锈（Fe₂O₃·nH₂O），并参与水垢的形成。

（二）运行工况因素

锅炉负荷波动。当锅炉负荷频繁波动时水冷壁管内的水流速度和温度分布会发生变化。在低负荷运行时水冷壁管内水流速度减慢，水中的杂质更容易沉积在管壁上；而在高负荷运行时管内水温升高，水中溶解盐类的溶解度降低，也会促进水垢的形成。同时，负荷波动还可能导致水冷壁管产生热应力，使管壁表面的氧化膜受损，从而加速结垢和腐蚀过程。

燃烧工况不良。如果锅炉燃烧不充分会导致炉膛内局部温度过高，使水冷壁管受热不均。在高温区域水冷壁管表面的水膜可能会迅速蒸发，水中的杂质浓度急剧增加，从而加速结垢。同时，燃烧不充分还会产生大量的还原性气体，如一氧化碳（CO）等，这些气体在高温下会与水冷壁管表面的金属发生反应，破坏金属表面的保护膜，加剧腐蚀和结垢。

排污不及时。锅炉运行过程中水中的杂质会不断积累。定期排污是去除水中杂质、防止结垢的重要措施之一。如果排污不及时水中杂质浓度持续升高，就会增加结垢的风险。例如，水中的悬浮物、胶体等杂质若不能及时通过排污排出，就容易在水冷壁管内沉积，形成污垢[2]。

（三）设备因素

水冷壁管材质与结构。不同材质的水冷壁管对结垢和腐蚀的抵抗能力不同。一些材质的表面容易形成钝化膜，能够有效阻止水垢和腐蚀产物的附着；而一些材质则相对容易被腐蚀和结垢。同时，水冷壁管的结构也会影响结垢情况。例如，管径较小、内部结构复杂的水冷壁管，水流阻力较大，水中杂质更容易沉积，结垢风险相对较高。

水处理设备性能不佳。电力工程中的水处理设备用于去除水中的杂质、降低水的硬度等，以保证进入锅炉的水质符合要求。如果水处理设备性能不佳，如离子交换树脂老化、过滤器堵塞等，会导致处理后的水质不达标，水中的钙镁离子、硅化合物等杂质含量过高，从而为水冷壁管结垢创造条件。

三、电力工程锅炉水冷壁管清洗技术

（一）化学清洗技术

酸清洗。酸清洗是利用酸与水垢发生化学反应，将水垢溶解去除。常用的酸有盐酸（HCl）、硝酸（HNO₃）、氢氟酸（HF）等。例如，盐酸可以与碳酸钙水垢发生如下反应：CaCO₃+ 2HCl→ CaCl₂+ H₂O + CO₂↑，生成的氯化钙可溶于水，从而达到清除水垢的目的。酸清洗具有清洗速度快、效果显著等优点，但对水冷壁管有一定的腐蚀性，需要在清洗过程中添加缓蚀剂来降低腐蚀风险。

碱清洗。碱清洗主要用于去除油污、有机物等污垢。通常使用氢氧化钠（NaOH）、碳酸钠（Na₂CO₃）等碱性物质。碱液可以使油污发生皂化反应，将其转化为可溶于水的物质，从而达到清洗的目的。碱清洗对金属的腐蚀性相对较小，但对于水垢的清洗效果不如酸清洗，一般作为酸清洗的预处理步骤或与酸清洗配合使用[3]。

络合剂清洗。络合剂清洗是利用络合剂与水垢中的金属离子形成稳定的络合物，使水垢溶解。常用的络合剂有乙二胺四乙酸（EDTA）等。络合剂清洗对金属的腐蚀性小，清洗效果好，尤其适用于清洗含有多种金属离子的复杂水垢。但络合剂价格较高，清洗成本相对较大。

（二）物理清洗技术

高压水射流清洗。高压水射流清洗是利用高压泵将水加压至几十兆帕甚至更高压力，通过特制的喷嘴将高压水喷射到水冷壁管内壁，利用高速水流的冲击力将水垢冲刷掉。该方法清洗效率高、无污染，对水冷壁管无腐蚀作用。但高压水射流清洗需要专业的设备，且对操作人员的技术要求较高，在清洗过程中要注意控制水压和喷射角度，避免对水冷壁管造成损伤。

超声波清洗。超声波清洗是利用超声波在液体中产生的空化效应，使水垢受到高频振荡而脱落。在清洗过程中将水冷壁管浸泡在含有清洗剂的溶液中，通过超声波发生器发出超声波，使溶液中的微小气泡在超声波作用下迅速膨胀、破裂，产生强大的冲击力，破坏水垢与管壁之间的附着力，从而达到清洗的目的。超声波清洗适用于清洗一些形状复杂、难以用其他方法清洗的水冷壁管，但清洗设备成本较高，清洗效率相对较低。

（三）新兴清洗技术

生物清洗技术。生物清洗技术是利用微生物对水垢中的有机物和部分无机物进行分解、代谢，从而达到清洗的目的。例如，一些细菌能够分泌特殊的酶，这些酶可以分解水垢中的有机物，使其变成可溶于水的物质。生物清洗技术具有环保、对金属无腐蚀等优点，但清洗过程相对较慢，需要一定的时间来培养和繁殖微生物，目前在实际应用中还不够广泛。

激光清洗技术。激光清洗是利用高能量密度的激光束照射水冷壁管表面，使水垢吸收激光能量后迅速升温、气化或分解，从而达到去除水垢的目的。激光清洗具有清洗精度高、对金属损伤小、清洗过程可控等优点，但设备昂贵，运行成本高，且对操作人员的技术要求极高，目前主要应用于一些对清洗要求极高的特殊场合。

四、结束语

综上所述，电力工程锅炉水冷壁管结垢问题是一个复杂且亟待解决的技术难题。通过深入分析结垢原因，我们可以看到水质不良、运行工况异常以及设备因素均对结垢现象产生重要影响。为了有效应对这一问题本文详细探讨了多种清洗技术，包括化学清洗、物理清洗以及新兴的生物清洗和激光清洗等。这些技术各有优缺点，实际应用时需根据具体情况合理选择，并结合锅炉的运行特点和安全要求，制定科学的清洗方案。

参考文献：

[1]碳酸钙于换热表面结垢影响因素的模拟分析[J].全贞花，陈永昌，马重芳，石成，刘运洁.工程热物理学报，2023（11）.

[2]换热设备防结垢技术进展[J].程立新，杨杰辉.石油化工设备，2020（04）.

[3]锅炉水冷壁管沉积物下氧化腐蚀特征及其机理[J].龙会国，谢国胜，龙毅，杨湘伟.腐蚀与防护，2022（06）.