二氧化硅是天然水源中普遍存在的成分，由于其潜在的结垢和沉积风险，给锅炉运行带来了重大挑战。本技术指南概述了二氧化硅的特性、其在锅炉系统中的行为，以及预防和控制的有效策略。
了解水系统中的二氧化硅
二氧化硅（SiO₂）存在于所有天然水源中，浓度范围从低于百万分之一（ppm）到超过 100 ppm。在雨水、冰雹和雪中，浓度通常在 1 到 2.8 ppm 之间。地表水和地下水中的二氧化硅含量可达 1 到 107 ppm。区分可溶性二氧化硅和悬浮物中的二氧化硅至关重要。虽然悬浮二氧化硅可以通过混凝和过滤去除，但这些过程对可溶性二氧化硅含量的影响很小。
锅炉中二氧化硅的问题
二氧化硅在锅炉水盐类中很独特，因为它可以在低于 2400 磅/平方英寸（表压）（psig）或 165.5 巴（表压）的压力下汽化，在低至 400 psig（27.6 巴（表压））的压力下即可观察到汽化现象。这种挥发性导致蒸汽相夹带，从而引起沉积问题，尤其是在涡轮机中。
二氧化硅沉积物的特性
二氧化硅水垢通常具有以下特点：
- 坚硬且呈玻璃状： 使其极难去除。
- 附着力强： 它们与表面牢固结合。
- 导热性差： 即使非常薄的层也能显著降低传热效率，导致局部过热和潜在的管道故障。
当含有汽化二氧化硅的蒸汽在膨胀过程中冷却时（例如在涡轮机级中），就会形成沉积物。一旦形成，这些沉积物会严重损害涡轮机的效率和容量。
影响二氧化硅携带的因素
影响二氧化硅蒸汽携带的条件已有充分记录。对于使用除盐水或蒸发补给水的锅炉系统，二氧化硅以确定的比率分布在锅炉水和蒸汽之间。该比率受以下因素影响：
- 水压： 蒸汽中二氧化硅与锅炉水中二氧化硅的比率随压力升高而增加。
- 锅炉水 pH 值： 该比率随 pH 值升高而降低。pH 值的影响在较高 pH 值范围内（特别是在 11.3 至 12.1 之间）更为显著。
二氧化硅控制策略
有效的二氧化硅管理对于防止运行问题以及保持锅炉和涡轮机的可靠性至关重要。
目标二氧化硅水平
为防止沉积问题，蒸汽中的二氧化硅含量应保持在 0.02 ppm 以下。要实现这一目标，需要仔细控制锅炉水中的二氧化硅水平。为达到 0.02 ppm 的蒸汽目标，锅炉水中允许的最大二氧化硅浓度随运行压力而变化，压力越高，要求越严格。
关键控制措施
- 保持低锅炉水二氧化硅含量： 这是最重要的因素。策略包括：
- 补给水的外部处理： 采用反渗透、除盐（离子交换）或蒸发等技术来降低补给水中的二氧化硅水平。
- 冷凝水监测与控制： 警惕地监测冷凝水是否受到污染，并采取纠正措施，防止受污染的冷凝水返回锅炉，从而引入额外的二氧化硅。
- 锅炉排污： 如果二氧化硅意外进入锅炉水，增加锅炉排污是通常的纠正措施。这会降低锅炉水中溶解固体（包括二氧化硅）的浓度。
- 主动监测： 定期分析补给水、锅炉水和蒸汽中的二氧化硅含量，对于及早发现异常并及时进行调整至关重要。
二氧化硅污染失控的后果
虽然水洗有时可以恢复涡轮机因水溶性盐类而损失的容量，但对二氧化硅沉积物基本无效。二氧化硅会形成不溶于水的化合物。当涡轮机被二氧化硅污染时，需要采用更激进的、停机清洗方法，通常涉及使用氧化铝或其他软介质等研磨材料进行喷砂处理。
AquaChain 工程提示
在排除外部处理充分但锅炉水中二氧化硅持续偏高的问题时，务必检查冷凝水回水管线的完整性，以发现潜在的冷却水泄漏，尤其是在使用直流冷却系统或冷却水源二氧化硅含量高的系统中。即使是微小的泄漏也可能引入大量二氧化硅。
常见问题解答
问题 1：为什么二氧化硅比锅炉中的其他溶解固体问题更大？
回答 1：二氧化硅的独特之处在于它在常见的锅炉压力下会汽化，从而能够随蒸汽携带，并在涡轮机叶片和过热器管上形成坚硬、绝缘的沉积物，而大多数其他溶解固体主要浓缩在锅炉水中。
问题 2：从锅炉补给水中去除可溶性二氧化硅的主要方法有哪些？
回答 2：从补给水中去除可溶性二氧化硅最常用且有效的方法是反渗透（RO）和除盐（离子交换），特别是混合床除盐器，它可以达到非常低的二氧化硅水平。
问题 3：锅炉水 pH 值如何影响二氧化硅携带？
回答 3：锅炉水 pH 值的升高（在典型运行范围内）会降低二氧化硅的挥发性，从而减少随蒸汽携带的二氧化硅量。这就是为什么维持适当的 pH 值是锅炉水化学处理的关键方面。
另请参阅： 锅炉结垢