在循环冷却水系统中，水垢是由过饱和的水溶性组分形成的。水中溶解有各种盐类，如重碳酸盐、碳酸盐、硫酸盐、氯化物、硅酸盐等，其中以溶解的重碳酸盐如Ca（HCO3）2、Mg(HCO3)2不稳定，极容易分解生成碳酸盐。因此，当冷却水中溶解的重碳酸盐较多时，水流通过换热器表面，特别是温度较高的表面，就会受热分解，其反应如下：

 Ca(HCO3)2 → CaCO3↓+H2O+CO2↑

当循环水通过冷却塔，溶解在水中的CO2会溢出，水的pH值升高，此时，重碳酸盐在碱性条件下也会发生如下反应：                

Ca(HCO3)2+2OH¯ → CaCO3↓+2H2O+CO23¯

如水中溶有适量的磷酸盐与钙离子时，也将产生鳞酸钙的沉淀：

2PO34¯+3Ca2+ → Ca3(PO4)2↓

上述一系列反应中生成的CaCO3和Ca3(PO4)2等均属微溶性盐，它们的溶解度比起Ca(HCO3)2要来小的多。同时，它们的溶解度与一般的眼泪还不同，其溶解度不是随着温度的升高而加.大，而是随着温度的升高而降.低。因此，在换热器传热表面上在，这些微溶性盐很容易到达到过饱和状态而从水中结晶析出，尤其当水流速度小或传热面较粗糙时，这些结晶沉淀物就会沉积在传热表面上，形成了通常所谓的水垢。由于这些水垢结晶致密，比较坚硬，又称为硬垢。常见的水垢组成为：碳酸钙、硫酸钙、磷酸钙、镁盐、硅酸盐。