第3章鍋爐水處理及其設備

1、第三章第三章 鍋爐水處理及其設備鍋爐水處理及其設備本章主要內(nèi)容水中的雜質(zhì)及其對鍋爐工作的危害水質(zhì)指標及水質(zhì)標準離子交換水處理及其設備其它水處理方法鍋爐給水除氧天然水中的雜質(zhì) 水是世界上儲存最豐富、分布最廣的物質(zhì)，在地球上大約有34的面積是水，自然界中的水可分為地面水和地下水。地面水包括河水、湖水、水庫水和海水等；地下水包括深井水、淺井水、泉水等。地面水主要來自雨水，地下水主要來自地面水，而雨水來自地面水和地下水的蒸發(fā)。因此，水在自然界不斷地循環(huán)運動著。天然水中的雜質(zhì) 天然水在大自然循環(huán)過程中，無時不與大氣、土壤和巖石接觸。由于水極易與各種物質(zhì)混雜，并具有較強的溶解能力，所以任何水體都不同程度地

2、含有多種多樣的雜質(zhì)。另外，工業(yè)廢水，生活污水以及農(nóng)田化肥的流失，排入水體，使天然水中的雜質(zhì)更趨復雜。 天然水中的雜質(zhì)，按顆粒大小不同可以分為懸浮物、膠體和 溶解物質(zhì)三大類。天然水中的雜質(zhì)4懸浮物雜質(zhì) 懸浮物的顆粒直徑很大，是使水產(chǎn)生混濁現(xiàn)象的主要原因，它在水中的狀態(tài)受顆粒本身質(zhì)量影響很大。在動水中由于水的紊流作用，常呈懸浮狀態(tài)；在靜水中密度較大的顆粒在重力作用下容易自然下沉，密度較小的顆粒，可上浮水面。易于下沉的懸浮物，主要是顆粒較大的粘土、細沙以及礦物廢渣等雜質(zhì)，能夠上浮的一般是體積較大、密度小于水的有機質(zhì)。天然水中的雜質(zhì)4膠體雜質(zhì) 天然水中的膠體是某些低分子的集合體，它具有較小的粒徑和較大

3、的比表面積，膠體顆粒的表面通常帶有負電荷。 膠體顆粒在水中能長期保持分散狀態(tài)，雖經(jīng)長期靜置也很難自然下沉，并且容易透過普通濾紙和濾層。 膠體顆粒很小，很難用肉眼觀察到，但它對光線具有散射作用，當光束通過含有膠體的水時，在光路上會出現(xiàn)一條明顯的發(fā)亮光帶。 天然水中的雜質(zhì) 天然水中的膠體雜質(zhì)，成分比較復雜。其中主要是鐵、鋁和硅氧化物形成的無機礦物膠體；其次是水生植物體腐爛和分解而形成的有機物膠體，它是水產(chǎn)生色、臭、味的主要原因之一；另外，水中溶解的某些高分子物質(zhì)(如腐殖質(zhì))和生長的微生物(如病毒和細菌)，按它們的性質(zhì)和粒徑一般也屬于膠體范圍。 這種雜質(zhì)需要在水中加入一些具有凝聚作用的化學藥品，方能

4、將其形成絮狀物沉淀析出。若膠體進入鍋爐，會使爐水表面產(chǎn)生大量泡沫，引起汽水共騰，并容易在受熱面上形成難以清除的水垢。天然水中的雜質(zhì)4氣體雜質(zhì)（1）溶解氧 天然水中氧分子主要是由大氣中的氧氣溶解到水中，有的也來自水生植物的光合作用所產(chǎn)生的氧氣。溶解在水中的氧氣稱為溶解氧。 地表水中溶解氧含量與水溫、氣壓及水中有機物含量有關； 地下水和空氣接觸較少，含氧量通常比地表水小，且隨著深度增加而減小，在一定深度下，地下水的溶解氧量幾乎為零。天然水中的雜質(zhì) （2）游離二氧化碳 天然水中都含有溶解二氧化碳氣體。它的主要來源是水體或土壤中的有機物質(zhì)進行生物氧化分解時的產(chǎn)物。在深層地下水中，有時會含有大量二氧化碳

5、，這是由地球的地質(zhì)化學過程產(chǎn)生的?？諝庵械亩趸家部扇苡谒?，但通?？諝庵械亩趸妓嫉谋壤苄　Ｌ烊凰械碾s質(zhì)4離子雜質(zhì) 天然水中或多或少都含有離子雜質(zhì)，它是由無機鹽類溶解于水后電離形成的。其中： 陽離子主要有： 陰離了主要有： 對于鍋爐來說，危害較大的陽離子，主要是鈣、鎂離子。它們在鍋水蒸發(fā)濃縮時，容易產(chǎn)生難溶化合物沉積在受熱面上形成水垢；對于鍋爐來說，危害較大的陰離子，主要是：22,agaCMNK24,eFNH2343,HCOSOCINO23CO234,HCOSO天然水中的雜質(zhì)天然水中溶有的離子雜質(zhì)雜質(zhì)離子間的關系：（1）正負電荷平衡（2）陰陽離子組合成化合物的規(guī)律鍋爐用水的水源及名

6、稱4鍋爐用水的水源有：地表水、地下水和自來水，地表水和地下水通稱天然水。4鍋爐用水的名稱 （1）原水，又稱生水，是未經(jīng)任何處理的天然水。 （2）補給水。原水經(jīng)過各種方法凈化處理后，用來補充鍋爐汽水損失的水，稱為鍋爐補給水。根據(jù)凈化處理方法不同，補給水又有不同的名稱。去除原水中懸浮雜質(zhì)的水稱為清水(自來水即屬清水)；去除鈣鎂離子的水，稱為軟化水；去除水中陰陽離子的水，稱為除鹽水或純水。對于采用鍋內(nèi)加藥處理的工業(yè)鍋爐，補給水為清水；而采用鍋外化學處理時，補給水是軟化水；只有高壓以上的鍋爐補給水才采用除鹽水。鍋爐用水的水源及名稱 （3）凝結(jié)水：是蒸汽經(jīng)生產(chǎn)設備或采暖設備進行熱交換冷凝后的水。 （4）

7、給水：供給鍋爐工作的水稱為鍋爐給水，簡稱給水。工業(yè)鍋爐的給水通常是由凝結(jié)水（或循環(huán)水）和補給水兩部分構(gòu)成。 （5）鍋水：在鍋爐內(nèi)受熱和沸騰的水稱為鍋水 （6）排污水：在鍋爐運行過程中，從鍋爐中排出的雜質(zhì)含量高的鍋水。鍋爐用水的水源及名稱水中雜質(zhì)對鍋爐工作的危害4形成水垢 在鍋內(nèi)進行的受熱沸騰和蒸發(fā)過程，為水中的雜質(zhì)提供了化學反應和不斷濃縮的條件，當鍋水中這些雜質(zhì)的濃度達到飽和時，便有固體物質(zhì)析出。所析出的固體物質(zhì)，如果懸浮在鍋水中，就稱為水渣；如果牢固地附著在受熱面上，則稱為水垢。水垢對鍋爐工作的危害性表現(xiàn)在： （1）引起受熱面金屬過熱 （2）降低鍋爐的熱經(jīng)濟性 （3）破壞正常的水循環(huán) （4）

8、增加鍋爐的檢修量鍋爐的受熱面上形成水垢是由于水中鈣、鎂離子的濃度超過了它的溶解度 水中雜質(zhì)對鍋爐工作的危害4受熱面金屬腐蝕 鍋爐給水管道、金屬受熱面都會因 水質(zhì)不良而引起腐蝕，其結(jié)果是： （1）鍋爐金屬構(gòu)件破損 （2）增加鍋水中的結(jié)垢成分 （3）產(chǎn)生垢下腐蝕水中雜質(zhì)對鍋爐工作的危害4造成汽水共騰 所謂汽水共騰是指蒸汽鍋爐鍋筒內(nèi)的水滴被蒸汽大量帶走的現(xiàn)象。汽水共騰造成的主要危害是： （1） 蒸汽受到嚴重污染 （2）過熱器管和蒸汽流通管道內(nèi)出現(xiàn)積 鹽，嚴重時能將管道堵塞 （3） 使過熱蒸汽的溫度下降鍋爐水處理的目的 鍋爐水處理的目的，就是采取一定的技術手段，除去鍋爐給水中的有害雜質(zhì)，有效防止鍋爐受

9、熱面的結(jié)垢、腐蝕、保證蒸汽品質(zhì)良好，為鍋爐安全經(jīng)濟運行創(chuàng)造良好的條件。水質(zhì)指標及水質(zhì)標準 在各種工業(yè)生產(chǎn)過程中，由于水的用途不同，對水質(zhì)的要求也不同。所謂水質(zhì)是指水和其中的雜質(zhì)共同表現(xiàn)的綜合特性；水質(zhì)指標表示水中雜質(zhì)的種類及含量，用它來判斷水質(zhì)的優(yōu)劣；水質(zhì)標推是指水在具體應用中所限定的水質(zhì)指標范圍。 工業(yè)鍋爐用水的水質(zhì)指標有兩種：一種是表示水中某種雜質(zhì)含量的成分指標，例如氯離子、鈣離子、溶解氧等。另一種是為了技術上的需要人為擬定的，反映水質(zhì)某一方面特性的技術指標。技術指標通常表示某一類物質(zhì)的總合量，例如硬度、堿度、溶解固形物。水質(zhì)指標及水質(zhì)標準4工業(yè)鍋爐常用的水質(zhì)指標（1）懸浮物 懸浮物是表示

10、水中顆粒較大一類雜質(zhì)的指標。由于這類雜質(zhì)沒有統(tǒng)一的物理和化學性質(zhì)，所以很難確切地表示出它們的含量。通常采用某些過濾材料分離水中不溶性物質(zhì)的方法來測定懸浮物。 在水質(zhì)分折中，常用較易測定的“濁度”作為衡量懸浮物的指標。濁度是反映水中懸浮物含量的一個水質(zhì)替代指標。濁度測定方法是以難溶性的不同重量級配的硅化物分散在無濁水中，所產(chǎn)生的光學阻礙現(xiàn)象為標準，在特定的光學測定儀器濁度儀上與原水進行對比進行測定。水質(zhì)指標及水質(zhì)標準 （2）含鹽量 含鹽量是表示水中溶解鹽類的總和?？梢愿鶕?jù)水質(zhì)全分析的結(jié)果，通過計算求出。 （3）溶解固形物 溶解固形物是指水已經(jīng)過懸浮物分離后，那些仍溶于水的各種無機鹽類、有機物等，

11、在水浴鍋上蒸干，并在105110 下干燥至恒重所得到的蒸發(fā)殘渣，稱為溶解固形物，在不嚴格的情況下，當水比較潔凈時，水中的有機物含量比較少，有時也用溶解固形物來近似地表示水中的含鹽量。水質(zhì)指標及水質(zhì)標準 （4）電導率 表示水中導電能力大小的指標，稱為電導率。因為水中溶解的大部分鹽類都是強電解質(zhì)，它們在水中全部電離成離子，所以可利用離子的導電能力來判斷水中含鹽量的高低。電導率反映了水中含鹽量的多少，是水純凈程度的一個重要指標。電導率的大小除了與水中離子含量有關外，還和離子的種類有關，單憑電導率不能計算水中含鹽量。在水中雜質(zhì)離子的組成比較穩(wěn)定的情況下，可根據(jù)試驗求得電導率和含鹽量的關系。水質(zhì)指標及水

12、質(zhì)標準 （5）硬度 硬度是指水中某些高價金屬離子的含量。天然水中的高價金屬離子主要是 鈣、鎂離子，其它離子在水中含量較少，所以天然水的硬度通常是指鈣離子和鎂離子含量之和。 根據(jù)硬度形成雜質(zhì)或硬度的構(gòu)成，可將硬度分為以下幾類 總硬度：表示水中鈣、鎂離子的總含量； 鈣硬度：表示水中鈣離子的含量； 鎂硬度：表示水中鎂離子的含量。水質(zhì)指標及水質(zhì)標準 碳酸鹽硬度：表示水中鈣、鎂的重碳酸鹽及溶解的碳酸鹽的含量。 暫時硬度：表示水中鈣、鎂的重碳酸鹽含量。因為這種鹽類在沸騰的水中容易分解生成沉淀物，從水中析出，不再以硬度形式存在于水中，故得此名。其反應如下 水質(zhì)指標及水質(zhì)標準 因為鈣和鎂的碳酸鹽溶解度很小，水

13、中 溶解量很少，所以碳酸鹽硬度近似于暫時硬度，通常對這兩種硬度就不加區(qū)分。 非碳酸鹽硬度又稱永久硬度表示水中溶解的鈣、鎂的硫酸鹽和氯化物等的含量，由于這種雜質(zhì)在水沸騰時不能以沉淀物析出，所以又稱永久硬度。23CO水質(zhì)指標及水質(zhì)標準 （6）堿度 堿度是表示水中能與強酸(HCI或H2SO4)發(fā)生中和反應的所有堿性物質(zhì)的含量。天然水中堿性物質(zhì)主要是HCO3，鍋水中堿性物質(zhì)有CO32和OH，如果鍋內(nèi)采用磷酸鹽處理時，鍋水中還有磷酸根離子。 此外，為了防止鍋爐發(fā)生苛性脆化腐蝕，還對鍋水制定了相對堿度標準。相對堿度是指鍋水中游離NaOH的含量與溶解固形物含量的比值，即 相對堿度游離NaOH/溶解固形物 相

14、水質(zhì)指標及水質(zhì)標準 （7）溶解氧 溶解氧是表示水中含有游離氧的濃度。 （8）含油量 含油量表示水中所含有的油脂的含量，給水含油量高時，會使鍋水產(chǎn)生泡沫，影響蒸汽品質(zhì)，也會使鍋內(nèi)形成導熱系數(shù)很小的帶油質(zhì)的水垢。另外，在溫度較高的受熱面上，由于油質(zhì)的分解，而轉(zhuǎn)變成導熱性極差的碳質(zhì)水垢，所以必須控制給水含油量。水質(zhì)指標及水質(zhì)標準 （9）PH值 PH值是表示溶液中H離子的含量即表明溶液酸堿性強弱的一項指標。pH值與H離子濃度的關系為 當PH7時溶液呈中性，PH7時溶液呈堿性。如天然水pH值為6.5-8.5。因酸性水進入鍋爐，會使金屬產(chǎn)生酸性腐蝕，因此要求給水的pH7。鍋水的PH值要求控制在10-12之

15、間。水質(zhì)指標及水質(zhì)標準4工業(yè)鍋爐常用的水質(zhì)標準 我國現(xiàn)行的工業(yè)鍋爐水質(zhì)(GB15762001)是2001年1月1日由國家技術監(jiān)督局發(fā)布、2001年10月1日開始實施的國家標準，它總結(jié)了1985、l996年國家標準總局頒布的GBl57685及GBl5761996國家標準的執(zhí)行情況，并參照了國外一些國家的中小型鍋爐水質(zhì)標難而制定出來的。從執(zhí)行情況看，這個水質(zhì)標準基本符合我國的水處理技術水平，對確保鍋爐安全經(jīng)濟運行起到了積極的指導作用。水質(zhì)指標及水質(zhì)標準蒸汽鍋爐和汽水兩用鍋爐的給水采用鍋外化學水處理時的水質(zhì)標準蒸汽鍋爐和汽水兩用鍋爐的給水采用鍋外化學水處理時的水質(zhì)標準水質(zhì)指標及水質(zhì)標準熱水鍋爐的水質(zhì)

16、標準蒸汽鍋爐和汽水兩用鍋爐采用爐內(nèi)加藥水處理時的水質(zhì)標準蒸汽鍋爐和汽水兩用鍋爐采用爐內(nèi)加藥水處理時的水質(zhì)標準離子交換水處理及其設備4離子交換及離子交換劑 （1）離子交換概念 離子交換是離子交換劑上可交換的離子與溶液中離子間發(fā)生的交換反應的過程。此時溶液中的某種離子取代了離子交換劑上的可交換離子，而吸著在其上，交換劑上可交換離子則進入溶液。 離子交換法是目前普遍使用的、去除水中離子狀態(tài)雜質(zhì)的一種水處理方法。離子交換水處理及其設備 （2）離子交換反應 具有應用價值的離子交換劑，不僅能夠與水中的離子進行交換，并且達到交換容量不能再繼續(xù)交換時，可通過相反的交換反應，使其恢復交換能力，轉(zhuǎn)化為所需的形式，

17、這個過程叫做離子交換劑的再生。所以離子交換反應是一個可逆過程，而且是按等一份基本單元物質(zhì)的量規(guī)則(即過去的等當量)進行的。例如，陽離子交換反應可用下列式子表示離子交換水處理及其設備 （3）離子交換劑的種類 日前，在工業(yè)鍋爐水處理中使用的離子交換劑，主要有磺化煤和離子交換樹脂兩種。 磺化煤由褐煤或煙煤用發(fā)煙硫酸和濃硫酸處理(叫做磺化)而制得。由于它的交換性能及機械強度都較差，所以現(xiàn)在已很少使用。而大部分水處理單位都采用離子交換樹脂。離子交換水處理及其設備 （4）離子交換樹脂 離子交換樹脂是一種具有可交換離子，能同溶液中陽(或陰)離子發(fā)生交換的高分子化合物。工業(yè)水處理中常用的離子交換樹脂，是由苯乙

18、烯和二乙烯苯聚合成的、經(jīng)專門處理的粒狀球體。 苯乙烯是一種能夠聚合成鏈狀高分子(聚乙烯苯)的有機物；二乙烯苯是能夠在鏈狀高分子有機化合物間起架橋作用的有機物(叫交聯(lián)劑)，它們互相作用形成具有一定立體結(jié)構(gòu)的骨架基體，這種骨架經(jīng)過磺化或胺化處理，使骨架帶上交換基團，這樣就能與水中的離子發(fā)生交換反應：離子交換水處理及其設備 強酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂顆粒的微觀結(jié)構(gòu)如圖所示，它是由苯乙烯和二乙烯苯的共聚體為骨架組成的立體結(jié)構(gòu)，其空間被結(jié)合水所充滿。這種結(jié)構(gòu)類似排布錯亂的蜂巢。在樹脂內(nèi)形成縱橫交錯的“孔道”，離子交換基團就分布在孔道的骨架上。水中的離子通過孔道到達交換位置進行交換反應，交換下來的離子由

19、孔道擴散到水中，從而完成了離子交換的全部過程。離子交換水處理及其設備 陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂 陽離子交換樹脂是能與水中陽離子發(fā)生交換反應的樹脂。當樹脂上可交換離子為H時，稱H型陽離子交換樹脂，由于其電離度的不同又分為強酸性(陽離子交換)樹脂和弱酸性(陽離子交換)樹脂。 陰離子交換樹脂是能與水中陰離子發(fā)生交換反應的樹脂。當樹脂上可交換離子為OH+時，稱OH型陰離子交換樹脂由于其電離度的不同，又分為強堿性(陰離子交換)樹脂和弱堿性(陰離子交換)樹脂。離子交換水處理及其設備工業(yè)水處理常用的離子交換樹脂的分類見下表工業(yè)水處理常用的離子交換樹脂的分類見下表離子交換水處理及其設備 （5）離子交換反

20、應遵守以下基本原則 等當量交換的原則 水中的離子與交換劑上的離子交換時，它們是等當量交換的。如鈉離于交換，水中l(wèi)克當量的硬度，只能從交換劑上交換1克當兩的鈉。 離子交換反應符合質(zhì)量作用定律 根據(jù)質(zhì)量作用定律，化學反應速度與反應物濃度的某一次方的乘積成正比。如化學反應式為：ABCD離子交換水處理及其設備則正反應速度為：逆反應速度為：平衡常數(shù)為： WB正1kA 2CDW逆k 12CDkKkAB離子交換水處理及其設備4陽離子交換軟化水原理（1）鈉離子交換軟化法 碳酸鹽硬度軟化過程： 非碳酸鹽硬度軟化過程：離子交換水處理及其設備由上述反應可見：經(jīng)鈉離子交換后，水中的鈣、鎂鹽度變成了鈉鹽，因此水中的硬度

21、消除了；原水中的重碳酸鹽堿度均轉(zhuǎn)變?yōu)殁c鹽堿度，所以，交換前后水中堿度保持不變；由于鈣離子和鎂離子的當量都小于鈉離子的當量，故交換后水中的含鹽量稍有增加鈣當量=20鎂當量=12.15鈉當量=23離子交換水處理及其設備 由以上分析可以得知，對于硬度很高的原水，單純進行鈉型軟化，雖然硬度消除了，但是會使軟化后的水質(zhì)含鹽量增加很多。對于堿度較高的原水，單純進行鈉型軟化，會使軟化后的水質(zhì)，仍然保持原來的堿度，這種較高的堿度和含鹽量，對提高鍋水質(zhì)量和蒸汽質(zhì)量都是不利的。因此，對于高硬度或高堿度的水質(zhì)，不宜使用此法軟化，而必須采用部分鈉離子交換法或氫一鈉聯(lián)合處理，甚至進行部分除鹽或全部除鹽處理。離子交換水處

22、理及其設備部分鈉離子軟化水 部分原水經(jīng)過鈉離子交換器除去硬度，留下堿度，另一部分原水不經(jīng)過鈉離子交換器直接進入鍋爐。這樣可以利用前一部分水中保留下來的堿度，對后一部分水中的硬度進行鍋內(nèi)處理。因此，部分鈉離子交換軟化法是一種鍋內(nèi)和鍋外相結(jié)合的水處理方法。離子交換水處理及其設備 部分鈉離子交換軟化法原理 鈉離子交換劑失效后要用食鹽NaCI處理，才能夠使它繼續(xù)工作：32322232223 232322323222 a()22NaHCONa COCOH ONa COH ONaOHCOH ON OHCa HCOCaCONa COH ONa COCaCICaCONaCI 離子交換水處理及其設備（2）氫離子

23、交換軟化法 碳酸鹽硬度軟化過程： 非碳酸鹽硬度軟化過程：離子交換水處理及其設備 由以上化學反應可見：水中的碳酸鹽硬度轉(zhuǎn)變成了水和二氧化碳，所以氫離子交換還有除鹽的作用，其除鹽的量與原水的碳酸鹽硬度的當量數(shù)相等。氫離子交換后，非碳酸鹽硬度轉(zhuǎn)變?yōu)橛坞x酸，產(chǎn)生的酸量與原水中非碳酸鹽硬度的當量數(shù)相等。離子交換水處理及其設備 氫離子交換劑失效后，用1.5-2的硫酸進行再生，再生反應為： 由于氫離子交換軟化水是酸性的，不能直接作為鍋爐給水。而鈉離于交換軟化水是堿性的，因此當原水的碳酸鹽硬度大時可采用氫一鈉離子聯(lián)合工作的系統(tǒng)，可使軟化水中沒有酸性，并保持合適的堿度。離子交換水處理及其設備（2）銨離子交換軟化

24、法 碳酸鹽硬度軟化過程： 重碳酸銨在鍋內(nèi)受熱分解： 4a3 2a2434g3 2g2432NH RC (HCO )C R2NH HCO2NH RM (HCO )M R2NH HCO 43422NH HCONHCOH 離子交換水處理及其設備 非碳酸鹽硬度軟化過程： 硫酸銨和氯化銨在鍋筒中受熱分解形成酸：4a4a24 244a2a244g4g24 244g2g242NH RC SOC RNHSO2NH RC CIC R2NH CI2NH RM SOM RNHSO2NH RM CIM R2NH CI （）（）4 2432443NHSO2NHH SONH CI2NHHCI （）離子交換水處理及其設備

25、可見，與氫離子交換一樣非碳酸鹽硬度軟化后；也形成酸所以銨離子交換必須與鈉離子交換聯(lián)合使用。 銨-鈉離子交換和氫-鈉離子交換在工作原理及產(chǎn)生的效果上都相同，但也有不同之處，銨-鈉離子交換的除堿、除鹽效果，必須在軟水受熱后才呈現(xiàn)，軟化水酸性也是在受熱后才呈現(xiàn)。銨-鈉離子交換處理的水產(chǎn)生氨氣，對銅制的設備和附件產(chǎn)生腐蝕作用。離子交換水處理及其設備 銨離子交換劑失效后，用銨鹽溶液進行再生，再生反應為： 離子交換反應時發(fā)生于交換劑和溶液界面之間的可逆反應，不論是軟化反應，還是再生反應，都是離子交換劑與溶液中離子間化學平衡的建立和推移過程。44244222aaggC RNH CINH RC CIM RNH

26、 CINH RM CI 離子交換水處理及其設備4樹脂層離子交換規(guī)律 （1）交換器內(nèi)樹脂的型態(tài) 以鈉離子交換為例含鈣、鎂離子的水經(jīng)過樹脂層后，由于離子交換反應的發(fā)生，在整個床層末完全失效前樹脂層可分為三個區(qū)域：失效層（飽和層）、工作層（交換層）和未交換層（保護層）。離子交換水處理及其設備 在交換器運行中三個區(qū)域變化情況如下： 失效層不斷擴大，工作層不斷下移，末交換層不斷縮小。 交換器運行過程，就是工作層不斷下移的過程，當工作層移到交換器底部時， 水中的硬度成分開始漏出，出水水質(zhì)開始惡化，此時稱為交換器失效或達運行終點。 工作層越薄，樹脂的利用率越高，工作交換容量越大。離子交換水處理及其設備（2）

27、水質(zhì)變化曲線 交換器內(nèi)樹脂層型態(tài)的變化情況是難以測定的，但是可以通過交換器出水水質(zhì)的變化來反映樹脂層的型態(tài)變化。離子交換水處理及其設備 在運行中交換劑層的厚度是評價交換器運行效果的重要指標。工作層越厚，鈣、鎂離子穿透越早，曲線拖尾越長，交換劑的交換容量越低。 影響工作層厚度的因素主要有：水的原始硬度大小、水通過交換劑層的流速、交換劑粒徑、交換劑的再生程度。離子交換水處理及其設備4離子交換劑的再生 在離子交換水處理中，再生這一環(huán)節(jié)具有特殊意義。樹脂再生的好壞，不僅對其工作交換容量和交換器出水水質(zhì)有直接影響，而且再生劑的用量在很大程度上決定著水處理成本。 根據(jù)軟化操作中原水的流動方向與再生操作中再

28、生劑流動方向的不同，將再生方式分為順流再生和逆流再生兩種方式。離子交換水處理及其設備（1）順流再生 順流再生是軟化時原水的流動方向與再生時再生劑的流動方向相同的再生方法。 這是一種傳統(tǒng)的再生方法，其優(yōu)點是：裝置簡單、操作方便；其存在的 缺點是：再生劑利用率不高、樹脂工作交換容量偏低、出水質(zhì)量差等。離子交換水處理及其設備 （2）逆流再生 逆流再生 是指軟化時原水的流動方向與再生時再生劑的流動方向相反的再生方法。 逆流再生可以用較少的再生劑取得較高的再生效率；逆流再生后投入運行時，含硬度成分較大的水首先接觸再生程度較差一些的樹脂，隨著水質(zhì)變好，接觸的樹脂再生程度也越來越高了，最后經(jīng)過再生程度最高的

29、樹脂層，所以出水水質(zhì)高且非常穩(wěn)定。離子交換水處理及其設備 離子交換器在運行或再生過程中，必須保持樹脂層處于靜止狀態(tài)。如果樹脂層發(fā)生擾動，就會破壞樹脂工況，致使出水水質(zhì)惡化，這種現(xiàn)象稱為“亂層”。順流再生不易發(fā)生亂層，所以交換器構(gòu)造可以比較簡單，操作也方便。逆流再生時，如果操作不當，容易發(fā)生亂層。這就需要在設備結(jié)構(gòu)和操作方法上采取相應的措施，因此，逆流再生設備構(gòu)造和操作方法都比較復雜。離子交換水處理及其設備4離子交換器及其運行 進行離子交換反應的設備稱為離子交換器。根據(jù)離子交換器運行方式的不同，離子交換器可分為下面幾種類型：離子交換水處理及其設備 固定床是離子交換器中最基本的一種裝置，離子交換樹

30、脂裝填在離子交換器內(nèi)，在操作過程中，原水的軟化和交換劑的再生是在同一裝置內(nèi)不同時間里分別進行的，所以稱為固定床。 連續(xù)床是離子交換樹脂在動態(tài)下運行的一種裝置，并且原水的軟化和交換刑的再生是在不同裝置內(nèi)同時進行的，連續(xù)床是與固定床相對而言的，并且在固定床基礎上改進和發(fā)展起來的。離子交換水處理及其設備 （2）順流再生離子交換器 順流再生離子交換器的結(jié)構(gòu) 順流再生離子交換器的結(jié)構(gòu)如圖所示。它的管路系統(tǒng)主要由排氣管、進水管、出水管、反洗進、排水管、正洗排水管、再生液進液管及閥門等組成。整體裝置主要有：交換器本體、進水裝置、排水裝置和進再生液裝置。離子交換水處理及其設備離子交換水處理及其設備 順流再生離

31、子交換器的進水裝置的作用是：交換器運行時使進入離子交換器的水分配均勻，水流不致沖擊交換劑層表面，保持交換劑層表面的平整；反洗時，通過進水裝置將集留的懸浮物和破碎的樹脂隨反洗水排出體外。離子交換水處理及其設備 順流再生離子交換器排水裝置的作用是：在交換器運行時起均勻排水的作用；反洗時起均勻配水的作用。常用的排水裝置：多孔板水帽式、穹型板墊層式離子交換水處理及其設備順流再生離子交換器的進再生液裝置的作用是：保證再生液均勻的分布在交換劑層中離子交換水處理及其設備 順流再生離子交換器的工作過程主要有：反洗一再生一置換一正洗一運行(離子交換)等五個步驟：離子交換水處理及其設備 反洗 反洗操作是從交換器底

32、部的排水裝置進水，水流自下而上地通過樹脂床層，使之膨脹，樹脂處于活動狀態(tài)。反洗的目的是：松動被壓實的樹脂層；通過水流的沖刷和樹脂顆粒的摩擦，除去附著在樹脂表面的懸浮雜質(zhì)；排除破碎樹脂和樹脂層中積存的氣泡。 再生 再生的目的是使失效的離子交換劑恢復其軟化能力。是將58的食鹽水溶液再生劑以5m/h左右的流速，自上而下地通過樹脂層。再生液與樹脂層的接觸時間，一般要保證在3060min內(nèi)。離子交換水處理及其設備 置換、正洗 再生操作結(jié)束后，在樹脂床層上部的空間以及樹脂層中間存留著尚未充分利用的再生劑，為了進一步發(fā)揮這部分再生液的作用，在停止輸送再生液后，仍利用再生液管道，繼續(xù)以再生過程中相同的流速輸入

33、清水或軟化水，將這部分再生液逐漸排擠出去。這一操作稱為置換。 置換只能將交換器內(nèi)的再生劑頂出。殘留在樹脂顆粒中及其表面上的大量的鈣、鎂離子需要進一步?jīng)_洗、清除。所以置換結(jié)束后，以交換過程的進水方向及相近的流速用清水和軟化水投入正洗過程，以徹底清除樹脂層內(nèi)的再生產(chǎn)物和殘留的再生劑。離子交換水處理及其設備 運行 離子交換器的運行，水流速度是一個重要條件。進水流速與進水水質(zhì)、出水水質(zhì)的要求、出水水量、水流通過交換劑層的阻力損失及運行周期等因素有關 順流再生離子交換器的管、閥系統(tǒng)如圖所示。離子交換水處理及其設備 （2）逆流再生離子交換器 逆流再生離子交換器的結(jié)構(gòu) 逆流再生離子交換器的主要結(jié)構(gòu)和交換器外

34、部的管路系統(tǒng)如圖所示，它基本上與順流再生交換器相同，但在結(jié)構(gòu)上具有以下特點：再生液改為由下部進入交換器，不另設進再生液的裝置，利用底部排水裝置進再生液；大直徑的離子交換器，為了防止樹脂亂層，需在項部設進氣管，以壓縮空氣頂壓；設置中間排液裝置(簡稱中排裝置)，其主要作用是排出再生廢液，并作為反洗中排以上壓實層（即小反洗）的排水裝置。離子交換水處理及其設備離子交換水處理及其設備逆流再生離子交換器的中排裝置離子交換水處理及其設備 逆流再生方法 逆流再生的關鍵就是再生過程中保證樹脂不亂層。為此，除在交換器結(jié)構(gòu)上采取相應措施外，再生過程中的操作條件也是十分重要的。目前采用的方法有兩種，即氣頂壓法和水頂壓

35、法。氣頂壓法再生過程離子交換水處理及其設備水頂壓法再生過程離子交換水處理及其設備 逆流再生離子交換器的工作過程主要有：小反洗頂壓再生逆流沖洗小（反）正洗正洗運行(離子交換)等幾個步驟： 逆流再生離子交換工藝中，在通常再生時，只反洗樹脂層表面的壓脂層，以保持下部樹脂的層次穩(wěn)定，獲得較高的再生效率。但是，長時間的運行后，下部樹脂會不斷被壓實(少部分被壓碎)或因積有懸浮物而結(jié)塊，造成水流阻力過大，甚至出現(xiàn)偏流現(xiàn)象從而影響樹脂的工作交換容量和降低出水質(zhì)量，以及使再生劑比耗增高。為此，經(jīng)過數(shù)個周期運行后，一般要進行整個床層的反洗，稱為大反洗。大反洗的周期與進水濁度有關，一般經(jīng)過1020個運行周期大反洗一

36、次。大反洗后，因樹脂床層次被破壞，需增加再生劑用量的50100，或采用連續(xù)進行兩次再生的方法來恢復樹脂的再生度。離子交換水處理及其設備離子交換水處理及其設備 （3）浮床離子交換器 浮床離子交換器一般簡稱為浮床，它也是逆流再生方式的一種。其運行和再生時的水流方向恰好與固定床逆流再生相反，即運行時，水流方向是自下而上，同時將樹脂層托起，這就是浮床名稱的來歷。再生時，再生劑自上而下流動。 浮床離子交換器的結(jié)構(gòu) 離子交換水處理及其設備 底部進水裝置 對于直徑小于1.5m的小型離子交換器，一般多采用孔板水帽式或孔板濾網(wǎng)式進水裝置。為緩沖進水的沖力，通常在進水管出口處加裝擋板。對于大型離子交換設備，則較多

37、采用穹形孔板加石英砂墊層的形式。 頂部出水裝置 小型設備仍以采用孔板水帽式或孔板濾網(wǎng)式為宜，大型設備多選用弧形支管式。離子交換水處理及其設備 浮床離于交換器的運行 浮床離于交換器運行過程為： 運行落床再生再生液排空(或置換)起床清洗，清洗合格后送水。定期進行體外清洗。離子交換水處理及其設備浮床離子交換器的優(yōu)缺點 浮動床屬于逆流再生的一種，除具有逆流再生“出水質(zhì)量高、鹽耗低、水耗低”的優(yōu)點之外，其還有一些獨特的優(yōu)點： 樹脂的空間利用率高,且允許高流速運行，這不僅提高了單位時間的制水量，也增長了運行周期。 浮動床再生方式不會引起樹脂的亂層，且省去了易損壞的中排裝置，所以操作簡單，運行可靠。 浮動床

38、離子交換器存在以下缺點： 浮動床不能進行自身反洗。因其樹脂裝填量較高，沒有反洗空間，需單設體外反洗罐進行體外反洗，增加設備的投入。 對原水懸浮物含量要求高。因其不能進行體內(nèi)反洗，對進水懸浮物要求小于2mg/L，否則會增加反洗次數(shù)、水耗增大。離子交換水處理及其設備 （4）連續(xù)床離子交換設備 連續(xù)式離子交換裝置可分為兩類：基本連續(xù)式移動床和完全連續(xù)式流動床兩類，它們又有單塔式、雙塔式和三塔式三種。單塔式是將交換、再生、清洗三個塔疊置成一個塔，它流程簡單管道少，但是高度較高也給運行和檢修帶來不便。雙塔式是將交換塔單獨設置，而再生和清洗兩個塔合成了一個塔，叫做再生清洗塔。三塔式即交換、再生、清洗三個塔

39、各自設置，用管道相互聯(lián)接成一套連續(xù)式離子交換設備。 離子交換水處理及其設備 移動床離子交換設備 移動床指交換器中的交換層在運行中是呈周期性運動的即定期地排出一部分已失效的樹脂和補進等量再生好的新鮮樹脂。被排出失效樹脂的再生過程，是在另一專用設備中進行的。所以在移動床系統(tǒng)中，交換和再生過程是分別在專用設備中同時進行的，供水基本上是連續(xù)的。離子交換水處理及其設備離子交換水處理及其設備 流動床離子交換設備 移動床離子交換工藝過程中有起床、落床的動作因此它的生產(chǎn)過程并不是完全連續(xù)的。而且由于要進行這些操作，自動控制的程序比較復雜。 流動床使離子交換過程完全是連續(xù)式的，這樣既可保證連續(xù)供水，又可簡化自動

40、控制的設備。離子交換水處理及其設備鍋內(nèi)加藥水處理4鍋內(nèi)加藥水處理是通過向鍋爐給水或鍋內(nèi)投加一定數(shù)量的藥劑，與鍋爐給水中的結(jié)垢物質(zhì)(主要是鈣、鎂鹽類)發(fā)生一些化學或物理化學作用，生成松散的水渣，通過排污從鍋內(nèi)排出，從而達到減緩或防止鍋爐結(jié)垢的目的。這種水處理方法主要是在鍋內(nèi)進行的，故稱為鍋內(nèi)加藥處理法。4鍋內(nèi)加藥水處理的處理對象是已進入鍋爐的水，處理特點是反應過程在鍋內(nèi)進行。引狼入室-存在一定風險性！鍋內(nèi)加藥水處理4鍋內(nèi)加藥處理包括以下兩種： 單獨的鍋內(nèi)加藥處理 作為鍋外水處理補充和后續(xù)手段的鍋內(nèi)加藥處理 可見，鍋爐用水是否進行過鍋外水處理，都必須進行鍋內(nèi)加藥處理；以上兩類鍋內(nèi)水處理在目的及技術

41、措施上并無差別，但使用場合及技術要求不同。鍋內(nèi)加藥水處理4鍋水中沉淀物的形態(tài)及改變的方法 （1）鍋水中沉淀物的形態(tài) 鍋爐運行時鍋水中形成沉淀物質(zhì)的現(xiàn)象是不可避免的，但是在不同的外界條件下， 可能生成多種形態(tài)的沉淀物質(zhì)，這些物質(zhì)沉積在鍋爐傳熱面上時，即生成水垢若懸浮在鍋水中則稱為水渣。水渣又有流動性好與流動性差之分。流動性好的水渣可通過排污除去，流動性差的水渣易在鍋爐熱負較高或鍋水循環(huán)緩慢的地方沉積下來，再次形成水垢，稱為二次水垢。 鍋內(nèi)加藥水處理（2）改變鍋水中沉淀物的形態(tài)的方法 鍋內(nèi)加藥處理的目的之一就是設法使鍋水中生成的沉淀物是粘附性差、流動性好的水渣。 改變鍋水中沉淀物形態(tài)的手段主要有：

42、 創(chuàng)造使水垢轉(zhuǎn)變成水渣的條件：向鍋水中引入形成水渣的結(jié)晶核心；創(chuàng)造鍋爐受熱面的清潔條件，阻礙水垢結(jié)晶萌芽的形成 投加高分子聚合物，使其在鍋內(nèi)與鈣、鎂等離子發(fā)生絡合，減少鍋水中的鈣、鎂等離子濃度，使它們難以達到溶度積，延緩沉淀物的生成鍋內(nèi)加藥水處理 使沉淀析出的固體微粒表面與受熱金屬表面具有相同的電荷，或使受熱金屬表面形成電中性絕緣層。從而破壞它們之間的靜電作用。 有效地控制結(jié)晶的離子平衡，使鍋水易結(jié)垢離子向著生成水渣方向移動。 創(chuàng)造有利于水循環(huán)和加速水循環(huán)的條件，以破壞水垢晶體的沉積過程。鍋內(nèi)加藥水處理4國內(nèi)常用水處理藥劑的種類 （1）防垢劑防垢劑 主要是用來消除給水中的硬度，其中的堿性藥劑是

43、使它轉(zhuǎn)變成為水渣；也有的藥劑能改變水渣的性質(zhì)，使其不易在蒸發(fā)面上粘附成為水垢。 （2）降堿劑降堿劑 主要是用來降低給水或鍋水中的堿度，防止苛性脆化。 （3）緩蝕劑緩蝕劑 主要是用來防止鍋爐金屬(水側(cè))的腐蝕。 （4）消沫劑消沫劑 主要是用來防止鍋水發(fā)生起沫或汽水共騰，可提高蒸汽品質(zhì) （5）防油垢劑防油垢劑 主要是用來吸附鍋水中的油脂，以防止難以清除的含油水垢的結(jié)生鍋內(nèi)加藥水處理4鍋內(nèi)加藥處理的加藥方法 （1）間斷加藥和連續(xù)加藥。 間斷加藥是每間隔一定時間，向給水或鍋水中加藥一次的方法。這種方法不需復雜的加藥設備，加藥方便，操作簡單。但在鍋爐運行過程中，鍋水的藥液濃度變化很大，會出現(xiàn)某些水質(zhì)指標

44、過低或過高的現(xiàn)象，給鍋水監(jiān)督帶來麻煩，所以這種方法僅適合于低壓小容量的鍋爐。 連續(xù)加藥是藥液以一定濃度，連續(xù)地加到給水或鍋水中的方法。這種方法是將藥劑先配制成一定濃度的溶液，通過加藥裝置進行定量加藥。所以鍋水的藥液濃度始終保持均勻水質(zhì)指標保持平穩(wěn)。但需要一套加藥設備。鍋內(nèi)加藥水處理 （2）鍋外加藥和鍋內(nèi)加藥。 鍋外加藥是將藥劑加入水箱(池)中，有干法和濕法之分。 鍋內(nèi)加藥是將藥劑直接加入鍋爐的省煤器或汽包內(nèi)的方法。這種方法適用于沒有設置水箱或需準確定量加藥的鍋爐。對于在空氣中不穩(wěn)定的藥劑也適宜這種方法鍋內(nèi)加藥水處理4加藥裝置與系統(tǒng)鍋內(nèi)加藥水處理鍋內(nèi)加藥水處理鍋內(nèi)加藥水處理4鍋爐排污 有雜質(zhì)的給

45、水進入鍋爐以后，隨著鍋水的不斷蒸發(fā)濃縮，水中的雜質(zhì)濃度逐漸增大，當達到一定限度時，就會給鍋爐帶來不良影響，為了保持鍋水水質(zhì)的各項指標在標準范圍內(nèi)，就需要從鍋內(nèi)不斷地排出含鹽量較高的鍋水和沉積的水渣，并補人含鹽量低而清潔的給水，以上作業(yè)過程，稱為鍋爐的排污。鍋內(nèi)加藥水處理 排污的目的在于： 排除鍋水中過剩的鹽量和堿類等雜質(zhì)，使鍋水各項水質(zhì)指標，始終控制在國家標準要求的范圍內(nèi)。 排除鍋內(nèi)生成的水渣。 排除鍋水表面的油脂和泡沫。 鍋內(nèi)加藥水處理 排污的方式有連續(xù)排污和定期排污兩種： 連續(xù)排污：連續(xù)排污又叫表面排污。這種排污方式，是從鍋水表面，將濃度較高的鍋水連續(xù)不斷地排出。它是降低鍋水的含鹽量和堿度

46、，以及排除鍋水表面的油脂和泡沫的重要方式。 定期排污：定期排污又叫間斷排污或底部排污。定期排污是在鍋爐系統(tǒng)的最低點間斷地進行的，它是排除鍋內(nèi)形成的泥垢以及其他沉淀物的有效方式。另外，定期排污還能迅速地調(diào)節(jié)鍋水濃度，以補連續(xù)排污的不足。小型鍋爐只有定期排污裝置。鍋內(nèi)加藥水處理磁化水處理磁化水處理（1）永磁式磁水器所用的磁鐵塊一般都是用恒磁鐵氧體制成。恒磁鐵氧體是不含鎳、鈷等貴重金屬的永磁材料，其分子式為MO.nFe3O4，其中M為鋇、鍶、鉛等金屬的一種，最常用的為鋇及鍶，分別稱為鋇鐵氧體及鍶鐵氧體。用鍶鐵氧體制成的永磁式磁水器性能好，但其價格比鋇鐵氧體貴。永磁式磁水器結(jié)構(gòu)圖磁化水處理 （1）電磁

47、式磁水器除結(jié)構(gòu)與永磁式不同外、其他方面均與永磁式相同。電磁式磁水器按所使用的電源分有直流式和交流式；按其繞線方式分有內(nèi)繞式和外繞式。外繞式比內(nèi)繞式易于制造交流電源又比直流電源方便，故目前所用的電磁式磁水器多為交流外繞式。外繞電磁式磁水器結(jié)構(gòu)圖鍋爐給水除氧4鍋爐氧腐蝕 在給水系統(tǒng)中，若同時含有O2和CO2時，會顯著加速金屬材料的腐蝕。這是因為O2的電極電位高，易形成陰極，侵蝕性強的CO2使水呈微酸性，破壞保護膜，這種腐蝕特征往往是金屬表面沒有腐蝕產(chǎn)物，而是隨著O2含量的多少呈或大或小的潰瘍狀態(tài)，且腐蝕速度很快。 在回水系統(tǒng)和 熱網(wǎng)水系統(tǒng)中，都有可能發(fā)生O2和CO2同時存在的腐蝕。對于給水泵，因其是除氧器后的第一個設備，所以當除氧不徹底時，更容易發(fā)生這類腐蝕，因為在這里還具備兩個促進腐蝕的條件：溫度高、軸輪的快速轉(zhuǎn)動使保護膜不易形成。鍋爐給水除氧4鍋爐氧腐蝕的防止 氧的濃度是鍋爐氧腐蝕的主要影響因素。要防止氧腐蝕，主要的方法是減少水中溶解氧的含量。 使給水的含氧量降低到最低水平的方法，主要 有熱力除氧法、解析除氧法與化學除氧法鍋爐給水除氧4熱力除氧 （1）熱力除氧的原理 根據(jù)亨利定律，一種氣體在液相中的溶解度與在氣液分界面上氣相中的平衡分壓成正比。