第七章工業(yè)鍋爐的水處理

1、第七章工業(yè)鍋爐的水處理工業(yè)鍋爐生產(chǎn)蒸汽或熱水供生產(chǎn)用汽和生活用熱。由于用戶用熱方式不同和供熱系統(tǒng)的復(fù)雜性等原因，送出的蒸汽大部分不能回收，熱水也有損失，需要一定量的補(bǔ)給水。自然界中的各種水源都含有一些雜質(zhì)，不能直接用于鍋爐給水，必須經(jīng)過(guò)處理符合水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)后才能供鍋爐使用，否則會(huì)影響鍋爐的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行因此，鍋爐房必須設(shè)置合適的水處理設(shè)備。第一節(jié)水中的雜質(zhì)和水質(zhì)指標(biāo)一、水中的雜質(zhì)天然水中的雜質(zhì)是多種多樣的，這些雜質(zhì)按其顆粒大小可分為三類：顆粒最大的稱為懸浮物，其次是膠體，最小的是離子和分子，即溶解物質(zhì)。懸浮物是指水流動(dòng)時(shí)呈懸浮狀態(tài)的物質(zhì)，其顆粒直徑在10_4mm以上，通過(guò)濾紙可以分離出來(lái)。主要是泥

2、砂、動(dòng)植物殘?jiān)?、工業(yè)廢物等。膠體物質(zhì)是許多分子和離子的集合體，其顆粒直徑在10-610-4mm之間。 水中膠體物質(zhì)有鐵、鋁、硅的化合物，以及動(dòng)植物有機(jī)體的分解物質(zhì)有機(jī) 物。天然水中的溶解物質(zhì)主要是鈣、鎂、鉀、鈉等鹽類及氧和二氧化碳等氣體。這些鹽類在水中大都以離子狀態(tài)存在，其顆粒直徑小于10-6mm。水中溶解的氣體則是以分子狀態(tài)存在的。二、水質(zhì)指標(biāo)和水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(一）水質(zhì)指標(biāo)用來(lái)表示水中雜質(zhì)含量的指標(biāo)稱為水質(zhì)指標(biāo)。水質(zhì)指標(biāo)用以表明水的品質(zhì)，主要指標(biāo)如下：懸浮物表示水中不溶解的固態(tài)雜質(zhì)含量，即將水樣過(guò)濾后分離出的固 形物。其含量通常用mgL表示。溶解固形物將濾出懸浮物后的水樣進(jìn)行蒸發(fā)和干燥后所得的殘?jiān)?/p>

3、。其 含量用!1幾表示。溶解固形物包括水中所含的有機(jī)物在內(nèi)，是表示水中含鹽量 的近似指標(biāo)。硬度（H）指溶解于水中能夠形成水垢的兩種主要鹽類鈣、鎂鹽 類的總含量。因此，把水中鈣、鎂離子的總濃度稱為總硬度（H)，其含量是以1811821L水中含有硬度物質(zhì)的毫摩爾來(lái)表示，即mmolL。硬度又可分為碳酸鹽硬度和非碳酸鹽硬度。1)碳酸鹽硬度(HT)：溶解于水中的重碳酸鈣Ca（HCO3）2、重碳酸鎂Mg (HC03)2和鈣、鎂的碳酸鹽形成的硬度稱為碳酸鹽硬度。一般天然水中鈣、鎂 的碳酸鹽含量很少，所以可將碳酸鹽硬度看作是鈣、鎂的重碳酸鹽形成的。這些 鹽類很不穩(wěn)定，在水加熱至沸騰后可分解生成沉淀物析出，即C

4、a(HCO3)2CaCO3+H20+CO2Mg（HCO3）2=MgCO3 + HaO + CO2 MgCO3 + H2O=Mg(OH)2+CO2 所以又稱其為暫時(shí)硬度。2)非碳酸鹽硬度（HFT):指水中的氯化鈣CaCl2、氯化鎂MgCl2、硫酸鈣 CaSO4、硫酸鎂MgSO4等非碳酸鹽的含量。這些鹽類在加熱至沸騰時(shí)不能立即 沉淀析出，所以又稱為永久硬度?？傆捕鹊扔跁簳r(shí)硬度和永久硬度之和，即H=HT+HFT。 堿度（A）指水中堿性物質(zhì)的總含量。例如，氫氧根OH-、碳酸根 CO32-、重碳酸根HCO3 -及其他一些弱酸鹽類都可以用酸中和，都是水中常見(jiàn) 的堿性物質(zhì)。堿度的單位用mmol/L表示。水中

5、所含的各種硬度和堿度，有著內(nèi)在的聯(lián)系和制約。例如，水中不可能同時(shí)存在氫氧根堿度和重碳酸根堿度，因?yàn)槎邥?huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，即HCO3-+OH-CO32-+H20另外，水中的暫時(shí)硬度是鈣、鎂與HCO3及CO32-形成的鹽類，也屬于水 中的堿度。當(dāng)水中含有鈉鹽堿度時(shí)，就不會(huì)存在非碳酸鹽硬度（永久硬度），即 CaSO4 + Na2CO3 =CaCO3 + Na2SO4由上列化學(xué)反應(yīng)方程式可見(jiàn)，水中不可能同時(shí)存在鈉鹽堿度和永久硬度，所以常將鈉鹽堿度稱為負(fù)硬度。綜合上述分析，水中硬度和堿度的內(nèi)在關(guān)系可歸結(jié)為以下三種情況：1)若總硬度大于總堿度，水中必有永久硬度，而無(wú)鈉鹽堿度，則H T=A， HFT=H-A;

6、2)若總硬度等于總堿度，水中無(wú)永久硬度，也無(wú)鈉鹽堿度，則H=HT=A；3)若總硬度小于總堿度，水中無(wú)永久硬度，而有鈉鹽堿度，則H=HT,A-H=負(fù)硬度。(5)相對(duì)堿度指鍋水中氫氧根堿度折算成游離Na0H的量與鍋水中溶解 固形物含量的比值。相對(duì)堿度是為防止鍋爐苛性脆化而規(guī)定的一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。183(6)pH值它是表示水的酸堿性指標(biāo)，指水中氫離子濃度的負(fù)對(duì)數(shù)。表7-1給出了水的酸堿性與PH值的關(guān)系。表7_1水的酸堿性與011值的關(guān)系pH值10酸堿性酸性弱酸性中性弱堿性堿性呈酸性的水會(huì)對(duì)金屬產(chǎn)生酸性腐蝕，因此鍋爐給水要求PH7;當(dāng)水的PH13時(shí)，容易將金屬表面的Fe304保護(hù)膜溶解，加快腐蝕速度，因此

7、鍋水的pH值要求控制在1012。(7)溶解氧（O2) 指溶解于水中的氧氣含量，單位為mg/L。水中溶解氧 會(huì)腐蝕鍋爐設(shè)備及金屬管路，所以水中的溶解氧必須除去。(8)磷酸根(PO43-) 天然水中一般不含磷酸根，但有時(shí)為了消除給水帶 人鍋內(nèi)的殘余硬度或?yàn)榱朔乐瑰仩t內(nèi)壁苛性脆化，可向鍋內(nèi)加入一定量的磷酸 鹽。因此，磷酸根也作為鍋水的一項(xiàng)控制指標(biāo)。(9)亞硫酸根（SO32-) 給水中的溶解氧可用化學(xué)藥劑亞硫酸鈉除去，此 時(shí)，亞硫酸根也是一項(xiàng)控制指標(biāo)。(10)含油量天然水中一般不含油，可是蒸汽的凝結(jié)水或給水在使用過(guò)程中可能混入油類，因此也規(guī)定了鍋爐給水含油量的指標(biāo)，其單位為mg/L。含油量只作為定期檢

8、測(cè)項(xiàng)目。水質(zhì)指標(biāo)中硬度和堿度的單位采用毫摩爾/升（mg/L），它是以一價(jià)離子 作為基本單元，對(duì)于二價(jià)離子則以其1/2作為基本單元；硬度單位是以1/2Ca2+ 和1/2Mg2+為基本單元的毫摩爾/升；堿度單位是以H+為基本單元。硬度和堿度單位還曾采用過(guò)德國(guó)度（G)和百萬(wàn)分?jǐn)?shù)（10-6)表示。一升水中含有硬度或堿度物質(zhì)的總量相當(dāng)于10mgCaO時(shí)稱為1G。換算關(guān)系為：Lmmo/L=2.8oG。用1L水（1106mg)溶液中雜質(zhì)的量相當(dāng)于1mg碳酸鈣（CaCO3)的量來(lái)表示，稱為百萬(wàn)分?jǐn)?shù)，換算關(guān)系為：1mmol/L=50.110-4%。德國(guó)度與百萬(wàn)分?jǐn)?shù)之間的換算關(guān)系為：1G=17.9*10-4%。(

9、二）水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為防止鍋爐由于結(jié)垢、腐蝕及鍋水起沫而影響鍋爐的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，鍋爐給水及鍋水均要達(dá)到水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)現(xiàn)行的工業(yè)鍋爐水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（0815762001)適用于額定出口蒸汽壓力小于等于2.5MPa，以水為介質(zhì)的固定式蒸汽鍋爐和汽水兩用鍋爐，也適用于以水為介質(zhì)的固定式承壓熱水鍋爐和常壓熱水鍋爐。1)蒸汽和汽水兩用鍋爐的給水一般應(yīng)采用鍋外化學(xué)水處理，水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符184合表7-2規(guī)定。表7-2蒸汽和汽水兩用鍋爐鍋外化學(xué)水處理水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng) 目給 水鍋 水額定蒸汽壓力/MPa1.01.01.61.62.51.01.01.61.62.5懸浮物/(mg/L)555總硬度/(mmol/L)0.030.030.

10、03總滅度/(mmol/L)無(wú)過(guò)熱器6-266-246-16有過(guò)熱器1412pH(25OC時(shí))77710-1210-1210-12溶解氧/(mg/L)0.10.10.05溶解固形物無(wú)過(guò)熱器,400035003000/ (mg/L)有過(guò)熱器30002500SO32-/ (mg/L)10-3010-30PO43-/ (mg/L)10-3010-30相對(duì)堿度（游離NaOH溶解固形物）0.20.2含油量/(mg/L）222含鐵量/(mg/L)0.30.30.3 硬度mmol/L的基本單兀為C(1/2Ca2+、1/2Mg2+)，下同。堿度mmol/L的基本單元為C(OH-、1/2CO32-、HCO3-)

11、，下同。對(duì)蒸汽品質(zhì)要求不高，且不帶過(guò)熱器的鍋爐，使用單位在報(bào)當(dāng)?shù)劐仩t壓力安全監(jiān)察機(jī)構(gòu)同意后，堿度指標(biāo)上限值可適當(dāng)放寬。當(dāng)鍋爐額定蒸發(fā)量大于等于6t/h時(shí)應(yīng)除氧，額定蒸發(fā)量小于6t/h的鍋爐如發(fā)現(xiàn)局部腐蝕時(shí)，給水應(yīng)采取除氧措施，對(duì)于供汽輪機(jī)用汽的鍋爐給水含氧量應(yīng)小于等于0.05mg/L。如測(cè)定溶解固形物有困難時(shí)，可采用測(cè)定電導(dǎo)率或氯離子（Cl-）的方法來(lái)間接控制，但溶解固形物與電導(dǎo)率或氯離子（Cl-）的比值關(guān)系應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)確定，并應(yīng)定期復(fù)試和修正此比值關(guān)系。全焊接結(jié)構(gòu)鍋爐相對(duì)堿度可不控制。僅限燃油、燃?xì)忮仩t。額定蒸發(fā)量小于等于2t/h，且額定蒸汽壓力小于等于1.0MPa的蒸汽和 汽水兩用鍋爐（如對(duì)

12、汽、水品質(zhì)無(wú)特殊要求）也可采用鍋內(nèi)加藥處理。但必須對(duì) 鍋爐的結(jié)垢、腐蝕和水質(zhì)加強(qiáng)監(jiān)督，認(rèn)真做好加藥、排污和清洗工作，其水質(zhì)應(yīng) 符合表7-3的規(guī)定。承壓熱水鍋爐給水應(yīng)進(jìn)行鍋外水處理，對(duì)于額定功率小于等于4.2MW 非管架式承壓的熱水鍋爐和常壓熱水鍋爐可采用鍋內(nèi)加藥處理，但必須對(duì)鍋爐的 結(jié)垢、腐蝕和水質(zhì)加強(qiáng)監(jiān)督，認(rèn)真做好加藥工作，其水質(zhì)應(yīng)符合表7-4的規(guī)定。185表7-3鍋內(nèi)加藥處理的鍋爐水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng) 目給 水鍋 水懸浮物/(mg/L）20總硬度/(mmol/L）4總喊度/(mmol/L）8-26pH(25OC時(shí))710-12溶解固形物/(mg/L）5000表7-4承壓熱水鍋爐和常壓熱水鍋爐的水質(zhì)標(biāo)

13、準(zhǔn)項(xiàng) 目鍋內(nèi)加藥處理鍋外化學(xué)處理給 水鍋 水給 水鍋 水懸浮物/(mg/L）205總硬度/(mmol/L）60.6pH(25OC時(shí))071012710-12溶解氧/(mg/L)0.1含油量/(mg/L）22通過(guò)補(bǔ)加藥劑使鍋水PH值控制在10-12。額定功率大于等于4.2MW的承壓熱水鍋爐給水應(yīng)除氧，額定功率小于4.2MW的承壓熱水鍋爐和 常雖熱水鍋爐給水應(yīng)盡量除氧。4)直流（貫流）鍋爐給水應(yīng)采用鍋外化學(xué)水處理，其水質(zhì)按表7-2中額定 蒸汽壓力為大于1.6MPa、小于等于2.5MPa的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。5）余熱鍋爐及電熱鍋爐的水質(zhì)指標(biāo)應(yīng)符合同類型、同參數(shù)鍋爐的要求。第二節(jié)鍋爐受熱面的結(jié)垢與腐蝕天然水中的

14、懸浮物和膠體物質(zhì)通常是在水廠里通過(guò)混凝和過(guò)濾處理后大部分被清除。如果將這些外觀看起來(lái)澄清的水直接供給鍋爐，水中的一部分溶解鹽類(主要是鈣、鎂鹽類）就會(huì)析出或濃縮沉淀出來(lái)。沉淀物的一部分比較松散，稱為水渣；而另一部分附著在受熱面內(nèi)壁，形成堅(jiān)硬而致密的水垢。水垢的存在對(duì)鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行危害極大，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1）水垢的導(dǎo)熱系數(shù)為鋼的導(dǎo)熱系數(shù)的1/50-1/30，鍋內(nèi)結(jié)垢使受熱面?zhèn)鳠崮芰︼@著下降，使鍋爐的排煙溫度升高，耗煤量增加，鍋爐的出力和效率降低。根據(jù)試驗(yàn)，汽鍋內(nèi)壁附著1mm厚的水垢，就要多耗煤2%-3%。2）水垢的導(dǎo)熱性能差，受熱面的壁溫大為增高，引起金屬的機(jī)械強(qiáng)度顯著下降，導(dǎo)致管

15、壁起包或出現(xiàn)裂縫，甚至爆裂。3)鍋爐水管結(jié)垢后，管內(nèi)流通截面積減小，水循環(huán)的流動(dòng)阻力增加，嚴(yán)重 時(shí)會(huì)將水管完全堵塞，破壞正常的水循環(huán)，最終使管子燒壞。4)水垢附著在受熱面上，清理困難，需要耗費(fèi)大量的人力和物力；還會(huì)使 受熱面受到損傷，縮短鍋爐的使用壽命。汽鍋中的水隨著不斷蒸發(fā)、濃縮，其所含的懸浮物和鹽分等濃度會(huì)有所增加，當(dāng)濃度達(dá)到某一限度時(shí)，鍋水的蒸發(fā)面上會(huì)形成大量泡沫，嚴(yán)重時(shí)產(chǎn)生汽水共騰現(xiàn)象。此時(shí)，蒸汽中會(huì)夾帶較多鍋水鹽分，嚴(yán)重影響蒸汽品質(zhì)；還會(huì)造成過(guò)熱器及蒸汽管道中積鹽和結(jié)垢，使過(guò)熱器壁溫增高，以致燒損。當(dāng)鍋水的相對(duì)堿度大，鍋筒的脹管口等應(yīng)力集中處有裂縫時(shí)，會(huì)引起受熱面金屬晶格間腐蝕（苛性

16、脆化），造成裂管甚至爆炸事故。水中含有的溶解氧和二氧化碳會(huì)對(duì)鍋爐的給水管路、受熱面產(chǎn)生化學(xué)腐蝕。鍋爐的給水和鍋水又都是電解質(zhì)，金屬在電解質(zhì)中會(huì)產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕作用。這兩種腐蝕均為局部腐蝕，即在金屬表面產(chǎn)生潰傷性或點(diǎn)狀腐蝕，嚴(yán)重時(shí)使管壁穿孔，造成事故。綜上所述，要保證鍋爐的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，必須對(duì)鍋爐的給水進(jìn)行處理，其任務(wù)是：軟化（降低水中鈣、鎂離子的含量），除堿（減低堿物質(zhì)含量），以減少鍋爐排每量，防止鍋內(nèi)結(jié)垢；除氧（減少水中的溶解氣體），減輕對(duì)受熱面金屬的腐蝕。大部分工業(yè)鍋爐，給水經(jīng)預(yù)先處理后送入鍋爐，稱為鍋外水處理；一些小容量的工業(yè)鍋爐，水處理在汽鍋內(nèi)部進(jìn)行，稱為鍋內(nèi)水處理。第三節(jié)鍋內(nèi)水處理對(duì)

17、于一些小容量的鍋爐，對(duì)鍋爐給水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求較低，常采用鍋內(nèi)水處理的方法。鍋內(nèi)水處理就是向鍋爐（或給水箱）內(nèi)投加藥劑，使水中結(jié)垢物質(zhì)生成松散的水猹，通過(guò)排污排出，達(dá)到防止結(jié)垢和減輕腐蝕的目的。一、鈉鹽法俗稱加堿水處理法，常用的有磷酸三鈉、純堿（碳酸鈉）和火堿（氫氧化鈉），其中以純堿使用得最普遍。純堿進(jìn)入汽鍋后水解，使鍋水的pH值保持在1012范圍內(nèi)，并保持鍋水中過(guò)剩的CO32-、原水中的碳酸鹽硬度在鍋內(nèi)自身受熱分解，在堿性環(huán)境中生成松散的碳酸鈣沉淀隨排污排出。水中非碳酸鹽硬度可與Na2CO3離解生成的CO32-和H2O水解生成的OH-結(jié)合，形成碳酸鈣和氫氧化鎂的水渣排出。鍋水中Ca2+濃度的減

18、低，就會(huì)減少CaS04、CaSi03等硬垢的形成。但如鍋爐壓力超過(guò)1.5MPa時(shí)，Na2C03的水解程度太高，不能保持一186187定的2濃度。此時(shí)，鈉鹽法采用磷酸三鈉為好，其反應(yīng)過(guò)程如下（以鈣硬為 例）：.3Ca(HC03)2 + 2Na3P04 ： Ca3(P4)2+3Na2C3 + 3C2+3H20 3CaS4 + 2Na3P4 Ca3 (PO4)2 +3Na2S04 3CaCl2 + 2Na3PO4-=Ca3 (PO4)2 +6NaCl 所形成的磷酸鹽能增加泥渣的流動(dòng)性，容易隨排污水排出不致附著在金屬表 面上變成二次水垢，同時(shí)，在金屬內(nèi)表面上，磷酸鹽形成保護(hù)膜，防止腐蝕。但磷酸三鈉價(jià)格

19、比碳酸鈉貴，在工業(yè)鍋爐中常與其他防垢劑配合使用或制成復(fù)合防 垢劑。磷酸鈉的加藥量可根據(jù)反應(yīng)式計(jì)算，并保持一定的過(guò)剩量，用磷酸根(PO43-)濃度指標(biāo)來(lái)表示。加藥時(shí)可將堿加人給水系統(tǒng)中，隨給水直接進(jìn)人汽鍋；也可先將堿在溶解罐中溶解，并加熱至7080：后再壓入汽鍋，前者操作簡(jiǎn)單，后者的反應(yīng)效果較好。此外，采用加堿法水處理后，必須加強(qiáng)排污管理，防止產(chǎn)生汽水共騰或堵塞排污閥等事故。二、綜合防垢劑法將氫氧化鈉、磷酸三鈉、碳酸鈉及栲膠配合使用組成綜合防垢劑。根據(jù)鍋爐給水水質(zhì)，按不同配比混合后投入鍋爐進(jìn)行鍋內(nèi)處理。防垢劑用量經(jīng)驗(yàn)數(shù)值參考表7-5。表7-5綜合防垢劑用量0.50.751.01.251.51.7

20、52.02.252.50磷酸三鈉8.49.410.411.412.413.414.415.416.4純堿12.814.816.818.820.822.824.826.828.8栲膠2222222 2 I2鍋內(nèi)加藥法有兩種：一是間斷加藥，二是連續(xù)加藥。鍋內(nèi)加藥水處理設(shè)備簡(jiǎn)單，投資少，操作方便，適用于額定蒸發(fā)量小于2t/h的蒸汽鍋爐或額定熱功率小于2.8MW胃的熱水鍋爐。鍋爐運(yùn)行中要加強(qiáng)排污管理，防止鍋爐底部出現(xiàn)泥渣堵塞現(xiàn)象，必須先排污后加藥，不可加藥后立即排污。第四節(jié)鈉離子交換軟化水的軟化目前廣泛采用的是離子交換軟化法，通常采用陽(yáng)離子交換軟化法，188即利用不產(chǎn)生硬度的陽(yáng)離子（如Na+、H+)將

21、水中的Ca2+、Mg2+置換出來(lái)，達(dá)到軟化的目的。離子交換軟化主要通過(guò)離子交換劑來(lái)實(shí)現(xiàn)。一、離子交換劑不溶于水，但可用自己的離子把水溶液中某些同種電荷的離子置換出來(lái)的顆粒物質(zhì)稱為離子交換劑，它是一種高分子化合物。常用的有機(jī)離子交換劑有磺化煤和合成樹(shù)脂兩種。磺化煤是將煙煤粉碎過(guò)濾，用濃硫酸處理（稱磺化）而制成的。由于其交換容量小、化學(xué)穩(wěn)定性差、機(jī)械強(qiáng)度低、易碎，逐步被合成樹(shù)脂代替。合成樹(shù)脂又稱離子交換樹(shù)脂，是人工合成的高分子化合物。合成樹(shù)脂內(nèi)部具有較多的孔隙，交換反應(yīng)不但在顆粒表面，而且在顆粒內(nèi)部進(jìn)行，其交換能力大，機(jī)械強(qiáng)度高，工作穩(wěn)定性較好，近年來(lái)被廣泛使用。離子交換樹(shù)脂分為四大類：強(qiáng)酸陽(yáng)離子

22、型、弱酸陽(yáng)離子型、強(qiáng)堿陰離子型、弱堿陰離子型。采用氫離子及鈉離子交換軟化時(shí)，一般都采用強(qiáng)酸陽(yáng)離子型樹(shù)脂。陽(yáng)離子型的離子交換劑是由陽(yáng)離子和復(fù)合陰離子根組成，復(fù)合陰離子根是穩(wěn)定的組成部分，而陽(yáng)離子則能和水中的鈣、鎂離子相互交換。通常用&表示離子交換劑中復(fù)合陰離子根。NaR表示為鈉離子交換劑，HR表示為氫離子交換劑。二、鈉離子交換軟化原理鈉離子交換軟化是在離子交換器中裝入鈉離子交換劑，原水流過(guò)鈉離子交換劑時(shí)，交換劑中的Na+與水中的Ca2+、Mg2+離子進(jìn)行置換反應(yīng)，使水得到軟化。其反應(yīng)式如下Ca (HC3)2+2NaRCaR2 + 2NaHC3Mg (HC3)2 + 2NaRMgR2 + 2NaH

23、C3CaSO4 + 2NaR CaR2 + Na2SO4CaCl2 + 2NaR CaR2 + 2NaClMgSO4 + 2NaR MgR2 + Na2SO4MgCl2 + 2NaR MgR2 + 2NaCl由以上各式可見(jiàn)，鈉離子交換既能除去水中的暫時(shí)硬度，又能除去永久硬 度，但不能除堿，因?yàn)闃?gòu)成天然水堿度主要部分的暫時(shí)硬度按照等物質(zhì)的量的規(guī) 則轉(zhuǎn)變?yōu)殁c鹽堿度NaHCO3;另外，按等物質(zhì)的量的交換規(guī)則1molCa2+(40.08g)與2mOl(45.98g)的Na+進(jìn)行交換反應(yīng)，使得軟水中的含鹽量有所增加。隨交換軟化過(guò)程的進(jìn)行，交換劑中的Na+逐漸被水中的Ca2+,Mg2+所代替，交換劑由Na

24、R型變?yōu)镃aR2和MgR2型.當(dāng)軟化水的硬度超過(guò)某一數(shù)值后,189水質(zhì)已不符合鍋爐給水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求時(shí)，則認(rèn)為交換劑已經(jīng)“失效”，此時(shí)應(yīng) 立即停止軟化，對(duì)交換劑進(jìn)行再生（也稱還原），以恢復(fù)交換劑的軟化能力。按 此時(shí)計(jì)算11濕態(tài)離子交換劑的軟化能力稱為工作交換能力Eg，單位是mol/m3 或mmol/L常用的再生劑是食鹽NaCl。方法是讓質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%8%的工業(yè)食鹽水溶液流過(guò)失效的交換劑層進(jìn)行再生，再生反應(yīng)如下CaR2 + 2NaCl _ 2NaR + CaCl2 MgR2 + 2NaCl 2NaR + MgCl2再生生成物CaCL2和以2NaCL2易溶于水，可隨再生廢水一起排掉。再生后，交換劑重

25、新變成NaR型，又恢復(fù)其置換能力。理論上每置換1Mol的鈣、鎂需要消耗2molNaCL即117g，但實(shí)際食鹽耗量應(yīng)為理論耗鹽量的1.21.7倍才能使還原完全。一般采用食鹽耗量為140200g/mol。三、固定床鈉離子交換設(shè)備及其運(yùn)行固定床離子交換器，是指運(yùn)行時(shí)交換器中的交換劑層是固定而不流動(dòng)的，一般原水由上而下經(jīng)過(guò)交換劑層，使水得到軟化，簡(jiǎn)稱固定床。固定床交換器常用的規(guī)格有5OOmm、75Omm、1OOOmm、12OOmm、1500mm及2000mm等幾種，交換劑層高有1.5M .2m及2.5M用離子交換樹(shù)脂作交換劑時(shí)，離子交換器內(nèi)部必須有內(nèi)襯，防止樹(shù)脂被“中毒”和管體腐蝕。固定床離子交換按其

26、再生運(yùn)行方式不同，可分為順流再生和逆流再生兩種。(一）順流式再生順流式再生是指交換運(yùn)行時(shí)再生液的流動(dòng)方向和原水流動(dòng)方向相同，一般均由上向下。順流再生固定床離子交換器結(jié)構(gòu)如圖7-1所示。它由交換器殼體、進(jìn)水裝置、再生液分配裝置、底部排水裝置和頂部排氣管等組成。離子交換器運(yùn)行操作通常分四個(gè)步驟。軟化見(jiàn)圖7-2，閥門1和2開(kāi)起，其余閥門關(guān)閉，原水由閥門1進(jìn)人 交換器內(nèi)分配漏斗，自上而下均勻地流過(guò)交換劑層，使原水軟化，軟水由底部集 水裝置匯集，經(jīng)閥門2送往軟化水箱。軟化時(shí)，必須定時(shí)對(duì)水質(zhì)進(jìn)行化驗(yàn)：當(dāng)出 水硬度達(dá)到規(guī)定的允許值時(shí)，應(yīng)立即停止軟化。反洗反洗的目的是松動(dòng)軟化時(shí)被壓實(shí)了的交換劑層，為還原液與交

27、換 劑充分接觸創(chuàng)造條件，同時(shí)帶走交換劑表層的污物和雜質(zhì)。開(kāi)起閥門3和5，其 余閥門關(guān)閉，具有一定壓力的反洗水自下而上流過(guò)交換劑層，從頂部排出。反洗 強(qiáng)度以不沖走完好的交換劑顆粒為宜，一般為15mh反洗時(shí)間一般為10 15min190圖7-1鈉離子交換器1一進(jìn)水閥2進(jìn)水管3分配漏斗4一法蘭5環(huán)形管6噴嘴7排水閥8軟水出水閥9一沖洗水進(jìn)水閥10三通11一泄水帽12集水管13排氣管14_排水管15_排水閥16_泄水管再生再生的目的是使失效的交換劑恢復(fù)交換能力，開(kāi)起閥門4和6，其余閥門關(guān)閉。鹽液由頂部多個(gè)輻射型噴嘴噴出，流過(guò)失效的交換劑，廢鹽液經(jīng)底部集水裝置匯集，由閥門6排走，再生流速一般為48mh。

28、正洗正洗的目的是清除交換劑中殘余的再生劑和再生產(chǎn)物。廢鹽液放盡后，開(kāi)始正洗，正洗水耗通常為36m3/m3樹(shù)脂，正洗速度為68m/h，正洗時(shí)間為3040min，正洗后期階段的含鹽分的正洗水可送入反洗水箱貯存起來(lái)，供下次反洗使用，以節(jié)省用水量和耗鹽量。正洗結(jié)束后，又可開(kāi)始軟化。191順流再生固定床的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行維修方便，水質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)。缺點(diǎn)是再生效果差，鹽液耗量大。(二）逆流再生鈉離子交換器及其運(yùn)行逆流式再生是指再生時(shí)再生液的流向和原水軟化運(yùn)行時(shí)的流向相反。通常鹽液從交換器下部進(jìn)入，上部排出。新鮮的再生液總是先與交換器底部尚未完全失效的交換劑接觸，使其得到很高的再生程度，隨著再生液繼續(xù)向上流

29、動(dòng)，交換劑的再生程度逐漸降低，當(dāng)再生液與上部完全失效的交換劑接觸時(shí)，再生液仍具有一定的“新鮮性”，再生液被充分利用。在軟化運(yùn)行時(shí)，水中鈣、鎂離子含量隨著水流向下越來(lái)越少，而下部交換劑的再生程度很高，因此，交換反應(yīng)仍能持續(xù)進(jìn)行下去，使交換器的出水水質(zhì)較好。綜上所述，逆流再生離子交換具有出水質(zhì)量高、鹽耗低等優(yōu)點(diǎn)，所以被廣泛采用。在逆流再生時(shí)，由于再生液是從交換劑下部進(jìn)入的，當(dāng)再生液流速較高時(shí)，會(huì)使交換劑層產(chǎn)生擾動(dòng)現(xiàn)象。這樣，交換劑層上下層次被打亂，稱為亂層。如果發(fā)生亂層現(xiàn)象，就失去了逆流再生的特點(diǎn)。為了防止亂層，逆流再生交換器在結(jié)構(gòu)上和運(yùn)行上都有一些相應(yīng)的措施。在結(jié)構(gòu)上，在交換劑表面層設(shè)有中間排水

30、裝置，如圖7-3，使向上流動(dòng)的再生液或沖洗水能均勻地從排水裝置排走,而不使交換劑層發(fā)生擾動(dòng)，另外在交換劑表面鋪設(shè)150200mm厚的壓實(shí)層，可用2530目的聚乙烯白球或直接用失效樹(shù)脂作為壓實(shí)層。壓實(shí)層還可以起過(guò)濾的作用，把水中帶進(jìn)的懸浮物擋住，保護(hù)交換劑。壓縮空氣頂壓法是從交換器頂部送入0.030.05MPa的壓縮空氣，這是圖7-3逆流再生離子交換器1一廢再生液出口2進(jìn)水閥3沖洗水閥4一再生液進(jìn)管5排水6軟化出水7排水8小反洗進(jìn)水1進(jìn)氣管1#氣管11一壓實(shí)層12中間排水裝置防止亂層的理想措施，但需增加空壓機(jī)設(shè)備。壓縮空氣頂壓法逆流再生操作步驟如下：小反洗交換器運(yùn)行失效時(shí)停止運(yùn)行，反洗水從中排裝

31、置引進(jìn)，經(jīng)進(jìn)水裝置排走，以沖去積聚在表面層及中排裝置以上的污物。反洗流速控制在510mh外，時(shí)間3min，如圖7-43所示。排水開(kāi)起空氣閥和再生液出口閥，放掉中排管上部的水，使壓實(shí)層呈192干態(tài)，如圖7-41)所示。頂壓關(guān)閉空氣閥和排再生液閥，開(kāi)起壓縮空氣閥，從頂部通入壓縮空氣，并維持0.030.05Mpa 頂壓，如圖7-4d所再生在頂壓情況下，開(kāi)起底部進(jìn)再生液閥門，使再生液以25mh外的流速?gòu)南虏克腿?，隨適量空氣從中排裝置排出，如圖7-4e所示。再生時(shí)間一般為4050min逆流沖洗當(dāng)再生液進(jìn)完后，關(guān)閉再生閥門，開(kāi)啟底部進(jìn)水閥，在有頂壓的狀態(tài)下進(jìn)逆流沖洗，從中排裝置排水，圖74氣頂壓法逆流再生

32、操作示細(xì)如圖7-46所疋。時(shí)間一般為3041。 3)小反洗以排水水經(jīng)水泵加壓后，送至噴射器高速噴出，將由反應(yīng)器來(lái)的無(wú)氧氣體吸入并與水強(qiáng)烈混合，軟水中的溶解氧向無(wú)氧氣體中擴(kuò)散，然后流入解，吸器中，水與氣體分離，無(wú)氧水從解吸器流人無(wú)氧水箱，含氧氣體從解吸器上部經(jīng)冷卻器、汽水分離器后，進(jìn)人反應(yīng)器中。反應(yīng)器中裝有催化脫氧劑，采用自動(dòng)控制溫度電加熱至300左右。在反應(yīng)器中氧氣與催化脫氧劑反應(yīng)，將氧氣消耗，不含氧氣體被噴嘴吸走，往復(fù)循環(huán)工作。無(wú)氧水箱可用膠囊密封，保證無(wú)氧水不與空氣接觸。解吸除氧可在常溫下除氧，初投資較低。要求噴射器前水壓在0.3MPa以上，水溫4060，解吸器內(nèi)水位不超過(guò)其髙度的1/3。解吸除氧只能除氧，不能除其他氣體，除氧后水中的CO2含量有所增加，pH值降低；工業(yè)鍋爐一般間歇補(bǔ)水，但除氧