水垢和水渣的形成是一個復雜的物理化學過程，這個過程分為兩步：第一步為鹽類雜質由過飽和溶液中析出；第二步為結晶出來的鹽類雜質附著在金屬受熱面上，形成水垢或懸浮在溶液中成為水渣。
這個過程的第一步容易理解，因為鍋爐在運行過程中，爐水由于受熱而蒸發濃縮，致使鹽類雜質達到溶解極限，即溶度積。如果鹽類陰、陽離子的濃度乘積超過其溶度積，此鹽類雜質便會從過飽和溶液中析出。反之，鹽類將繼續溶解。
在鍋爐運行過程中，水中鹽類超過溶度積的原因有以下三點：
（一）鍋爐設備中水的蒸發濃縮，致使爐水中鹽類雜質濃度升高，組建達到過飽和狀態。
（二）熱力設備在加熱過程中，某些離子發生化學變化而形成一種難溶的化合物，如水加熱到６０～７０攝氏度以上時，重碳酸根轉變成碳酸根。水的溫度越高，重碳酸根轉變成碳酸根越多，這樣使易溶的重碳酸鹽生成了難溶的碳酸鹽。
（三）某種鹽類（如鈣、鎂鹽）的溶解度隨溫度的升高而降低，因此在接近受熱面的水中，此種鹽類首先應超過溶度積而析出。
第一步所形成的過飽和狀態溶液很不穩定，開始時是治安過飽和溶液中發生鹽類結晶核心上，極小的微粒逐漸長大成顆粒，最后形成粗結晶體或絮狀的水垢或水渣。
形成水垢或水渣，不僅與鹽類物質的化學成分有關，而且還取決于鹽類雜質和受熱面之間物理化學因素。如果金屬受熱面粗糙并伴有凸瘤包時，便會成為過飽和溶液產生固態的結晶核。金屬受熱面氧化層有相當大的附著力，它可成為金屬壁與析出結晶沉淀物的粘結中間層。因此，金屬表面粗糙或覆蓋一層氧化物時，鹽類雜質沉淀出來將主要成為水垢。反之，在光潔的受熱金屬面上，則多呈水渣。
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