工业锅炉的水处理.ppt

第七章工业锅炉的水处理,自然界中的各种水源都含有一些杂质，不能直接用于锅炉给水，必须经过处理符合水质标准后才能供锅炉使用，否则会影响锅炉的安全、经济运行。因此，锅炉房必须设置合适的水处理设备。,7.1水中的杂质和水质指标,一、水中的杂质天然水中的杂质是多种多样的，这些杂质按其颗粒大小可分为三类颗粒最大的称为悬浮物，其次是胶体，最小的是离子和分子，即溶解物质。1、悬浮物是指水流动时呈悬浮状态的物质，其颗粒直径在10-4mm以上，它通过过滤就可以分离出来。主要是泥砂、动植物残渣、工业废物等。2、胶体物质是许多分子和离子的集合体，其颗粒直径在10-6～10-4mm之间。水中胶体物质有铁、铝、硅的化合物，以及动植物有机体的分解物质有机物。3、溶解物质主要是钙、镁、钾、钠等盐类及氧和二氧化碳等气体。这些盐类在水中大都以离子状态存在，其颗粒直径小于10-6mm。水中溶解的气体则是以分子状态存在的。,二、水质指标和水质标准（一）水质指标用来表示水中杂质含量的指标称为水质指标。水质指标用以表明水的品质，主要指标如下1、悬浮物表示水中不溶解的固态杂质含量，即将水样过滤后分离出的固形物。其含量通常用mg/L表示。2、溶解固形物将滤出悬浮物后的水样进行蒸发和干燥后所得的残渣。其含量用mg/L表示。3、硬度（H）指溶解于水中能够形成水垢的钙、镁盐类的总含量。其含量用mmol/L表示，硬度又可分为碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度。,1）碳酸盐硬度（HT）溶解于水中的重碳酸钙Ca（HCO3）2、重碳酸镁MgHCO32和钙、镁的碳酸盐形成的硬度称为碳酸盐硬度。这些盐类很不稳定，在水加热至沸腾后可分解生成沉淀物析出，即CaHCO32CaCO3↓H2OCO2↑MgHCO32MgCO3↓H2OCO2↑MgCO3H2OMgOH↓H2OCO2↑所以又称其为暂时硬度。2）非碳酸盐硬度（HFT）指水中的氯化钙CaCl2、氯化镁MgCl2、硫酸钙CaSO4、硫酸镁MgSO4等非碳酸盐的含量。这些盐类在加热至沸腾时不能立即沉淀析出，只有在水不断蒸发后使水中所含的浓度超过饱和极限时才会沉淀析出，所以又称为永久硬度。因此，总硬度暂时硬度永久硬度碳酸盐硬度非碳酸盐硬度即HHTHFT。,（4）碱度（A）指水中碱性物质的总含量。例如，氢氧根OH-、碳酸根CO32-、重碳酸根HCO3-及其他一些弱酸盐类都可以用酸中和，都是水中常见的碱性物质。碱度的单位用mmol/L表示。水中所含的各种硬度和碱度，有着内在的联系和制约。，注（1）水中不可能同时存在氢氧根碱度和重碳酸根碱度，因为二者会发生化学反应，即HCO3-OH-→CO32-H2O注（2）水中的暂时硬度是钙、镁与HCO3-及CO32-形成的盐类，也属于水中的碱度。当水中含有钠盐碱度时，就不会存在非碳酸盐硬度（永久硬度），即CaSO4Na2CO3CaCO3↓Ba2SO4由上列化学反应方程式可见，水中不可能同时存在钠盐碱度和永久硬度，所以常将钠盐碱度称为负硬度。,综合上述分析，水中硬度和碱度的内在关系可归结为以下三种情况1）若总硬度大于总碱度，水中必有永久硬度，而无钠盐碱度，则HTAHFTH-A；2）若总硬度等于总碱度，水中无永久硬度，也无钠盐碱度，则HHTA；3）若总硬度小于总碱度，水中无永久硬度，而有钠盐碱度，则ＨHT,A-H负硬度。（５）相对碱度指锅水中氢氧根碱度折算成游离NaOH的量与锅水中溶解固形含量的比值。相对碱度是为防止锅炉苛性脆化而规定的一项技术指标。（６）pH值它是表示水的酸碱性指标，指水中氢离子浓度的负对数。呈酸性的水会对金属产生酸性腐蚀，因此锅炉给水要求pH7；当水的pH13时，容易将金属表面的Fe3O4保护膜溶解，加快腐蚀速度，因此锅水的pH值要求控制在10～12。,（７）溶解氧（Ｏ２）指溶解于水中的氧气含量，单位为mg/L。水中溶解氧会腐蚀锅炉设备及金属管路，所以水中的溶解氧必须除去。（８）磷酸根（ＰＯ４３－）天然水中一般不含磷酸根，但有时为了消除给水带入锅内的残余硬度或为了防止锅炉内壁苛性脆化，可向锅内加入一定量的磷酸盐。因此，磷酸根也作为锅水的一项控制指标。（9）亚硫酸根（SO32-）给水中的溶解氧可用化学除氧方法除去，常用的化学药剂为亚硫酸钠，给水中亚硫酸钠相对于氧的过剩量越多，则反应速度越快越完全，此时，亚硫酸根也是一项控制指标。（10）含油量天然水中一般不含油，可是蒸汽的凝结水或给水在使用过程中可能混入油类，因此也规定了锅炉给水含油量的指标，其单位为mg/L。含油量只作为定期检测项目。,（二）水质指标常用的单位1、每升水中含杂质的量。（mg/L）2、水质指标中硬度和碱度的单位采用毫摩尔/升（mmol/L）。在数值上与过去的毫克当量/升相符。分子的当量分子量/化合价毫克当量数物质的重量（mg）/分子的毫克当量3、德国度（G）一升水中含有硬度或碱度物质的总量相当于10mgCaO时称为1G。4、百万分之一单位（ppM）用一百万份（1L）水溶液中杂质的量相当于1mg碳酸钙（CaCO3）的量来表示，称为百万分之一单位。（1ppM）换算关系1mmol/L2.80G；1mmol/L50.1ppM；10G17.9ppM。,（三）水质标准为防止锅炉由于结垢、腐蚀及锅水起沫而影响锅炉的安全、经济运行，锅炉给水及锅水均要达到水质标准。我国现行的工业锅炉水质标准（GB15762001）适用于额定出口蒸汽压力小于等于2.5MPa，以水为介质的固定式蒸汽锅炉和汽水两用锅炉，也适用于以水为介质的固定式承压热水锅炉和常压热水锅炉。,二、水中杂质及其危害（一）水垢的危害1、水垢的导热性能很差，导热系数仅为钢的导热系数的1/50～1/30，锅内结垢使受热面传热能力显著下降，使锅炉的排烟温度升高，耗煤量增加，锅炉的出力和效率降低。根据试验，汽锅内壁附着1mm厚的水垢，就要多耗煤2～3。2、锅炉水管结垢后，管内流通截面积减小，水循环的流动阻力增加，严重时会将水管完全堵塞，破坏正常的水循环，最终使管子烧坏。3、水垢附着在受热面上，清理困难，需要耗费大量的人力和物力；还会使受热面受到损伤，缩短锅炉的使用寿命。,（二）锅水含盐量过多的危害形成大量泡沫，严重时产生汽水共腾现象。影响蒸汽品质；（三）溶解性气体的危害水中含有的溶解氧和二氧化碳会对锅炉的给水管路、受热面产生化学腐蚀。结论要保证锅炉的安全、经济运行，必须对锅炉的给水进行处理，其任务是软化降低水中钙、镁离子的含量，防止锅内结垢。除碱减低碱物质含量，以减少锅炉排污量。除氧减少水中的溶解气体，减轻对受热面金属的腐蚀。,三、钠离子交换设备及其运行（一）固定床离子交换器是指运行时交换器中的交换剂层是固定而不流动的，一般原水由上而下经过交换剂层，使水得到软化，简称固定床。固定床交换器常用的规格用筒体的直径表示。有φ500mm--φ2000mm等多种。交换剂层高有1.5m、2m、2.5m。固定床离子交换按其再生运行方式不同，可分为顺流再生和逆流再生两种。钠离子交换器1进水阀2排水阀3分配漏斗4法兰5环行管6喷嘴7排水阀8软水出水阀9冲洗水进水阀10三通11泄水帽12集水管13排气管14排水管15排气阀16泄水管1、顺流再生钠离子交换器及其运行顺流式再生是指交换运行时再生液的流动方向和原水流动方向相同，一般均由上向下。1）结构顺流再生固定床离子交换器结构如上图所示。它由交换器壳体、进水装置、再生液分配装置、底部排水装置和顶部排气管等组成。,2）顺流再生离子交换器运行操作（见下图）。（1）软化目的使原水软化。过程上进下出。操作阀门1和2开起，其余阀门关闭。要求应定时对水质进行化验；当出水硬度超过规定的允许值时，应立即停止软化。（2）反洗目的①松动软化时被压实了的交换剂层，为还原创造条件。②带走交换剂表层的污物和破碎的交换剂颗粒。过程下进上出。顺流再生离子交换器操作示意图操作阀门3和5开起，其余阀门关闭。要求反洗强度以不冲走完好的交换剂颗粒为宜，一般为15m/h，反洗时间一般为10～15min。12中间排水装要求正洗水耗通常为3～6m3/m3树脂，正洗速度为6～8m/h，正洗时间为30～40min，正洗后期阶段的含盐分的正洗水可送入反洗水箱贮存起来，供下次反洗使用，以节省用水量和耗盐量。正洗结束后，又可开始软化。,（3）再生目的使失效的交换剂恢复交换能力。过程再生液上进下出。操作阀门4和6开起，其余阀门关闭。要求再生流速一般为4～8m/h。（4）正洗目的清除交换剂中残余的再生剂和再生产物。过程废盐液放尽后，开始正洗，上进下出。操作阀门1和6开起，其余阀门关闭。逆流再生离子交换器1废再生掖出口2进水阀3冲洗水阀4再生掖进口5排水6软化出水7排水8小反洗进水9进气管10排气管11压实层12中间排水装置,顺流再生离子交换器操作示意图,逆流再生离子交换器1废再生掖出口2进水阀3冲洗水阀4再生掖进口5排水6软化出水7排水8小反洗进水9进气管10排气管11压实层12中间排水装置12中间排水装,3）顺流再生固定床的优缺点优点结构简单，运行维修方便，水质适应性强。缺点再生盐液耗量大。2、逆流再生钠离子交换器及其运行逆流再生是指再生时再生液的流向和原水软化运行时的流向相反。通常盐液从交换器下部进入，上部排出。新鲜的再生液总是先与交换器底部尚未完全失效的交换剂接触，使其得到很高的再生程度，随着再生液继续向上流动，交换剂的再生程度逐渐降低，当再生液与上部完全失效的交换剂接触时，再生液仍具有一定的“新鲜性”，再生液被充分利用。在软化运行时，水中钙、镁离子含量随着水流向下越来越少，而下部交换剂的再生程度很高，因此，交换反应仍能持续进行下去，使交换器的出水水质较好。综上所述，逆流再生离子交换的优点是具有出水质量高、盐耗低等优点。所以被广泛采用。在逆流再生时，由于再生液是从交换剂下部进入的，当再生液流速较高时，会使交换剂层产生扰动现象。这样，交换剂层上下层次被打乱，称为乱层。如果发生乱层现象，就失去了逆流再生的特点。,为了防止乱层，逆流再生交换器在结构上有一些相应的措施。①在交换剂表面层设有中间排水装置，如图7-3，使向上流动的再生液或冲洗水能均匀地从中间排水装置排走，而不使交换剂层发生扰动。②在交换剂表面铺设150～200mm厚的压实层。压实层25～30目的聚乙烯白球或直接用失效树脂作为压实层。压实层还可以起过滤的作用，把水中带进的悬浮物挡住，保护交换剂。压缩空气顶压法是从交换器顶部送入0.03～0.05MPa气顶压法逆流再生操作示意图a）小反洗b）排水c）顶压d）再生e）逆流冲洗f）小正洗g）正洗的压缩空气，这是防止乱层的理想措施，但需增加空压机设备。压缩空气顶压法逆流再生操作步骤如下（1）小反洗目的冲去积聚在表面层（压实层）及中排装置以上的污物。方法交换剂失效时停止运行，反洗水从中排装置引进，经进水装置排走。要求反洗流速控制在5～10m/h，时间3～5min。如图a所示。,气顶压法逆流再生操作示意图a）小反洗b）排水c）顶压d）再生e）逆流冲洗f）小正洗g）正洗,（2）排水目的放掉中排管上部的水，使压实层呈干态。方法开起空气阀和中间排水阀。如图b所示。（3）顶压目的防止再生时乱层。方法关闭空气阀和中间排水阀，开起压缩空气阀，从顶部通入压缩空气，并维持0.03～0.05MPa顶压，如图c所示。（4）再生目的使失效的交换剂恢复交换能力。方法在顶压情况下，开起底部进再生液阀门，再生液从下部送入，随适量空气从中排装置排出，如图d所示。要求流速为2～5m/h，再生时间一般为40～50min。（5）逆流冲洗目的清除交换剂中残余的再生剂和再生产物。方法关闭再生阀门，开启底部进水阀，在有顶压的状态下进行逆流冲洗，从中排装置排水，如图e所示。要求时间一般为30～40min。（6）小正洗目的清洗渗入压实层中及其上部的再生液。方法放尽交换器内的剩余空气，从顶部进水，由中间排水装置放水，如图f所示。要求流速为10～15m/h，时间约为10min。（7）正洗方法水从上部进入，由下部排放。如图g所示。直到出水符合给水标准，即可投入运行。大反洗时间交换器在运行20个周期之后，要进行一次大反洗。目的除去交换剂层中的污物和破碎的交换剂颗粒。方法从交换器底部进水，从顶部排水装置排水。由于大反洗松动了整个交换剂层，所以大反洗第一次再生时，再生剂用量要加大一些。,7.2锅内水处理,工业锅炉的水处理方法常用的有两种。给水经预先处理后送入锅炉，称为锅外水处理；一些小容量的工业锅炉，水处理在汽锅内部进行，称为锅内水处理。对于一些小容量的锅炉，对锅炉给水的水质标准要求较低，常采用锅内水处理的方法。锅内水处理就是向锅炉（或给水箱）内投加药剂，使水中结垢物质生成松散的水渣，通过排污排出，达到防止结垢和减轻腐蚀的目的。锅内水处理的方法主要有以下几种,一、钠盐法俗称加碱水处理法，常用的有磷酸三钠、纯碱（碳酸钠）和火碱（氢氧化钠），其中以纯碱使用得最普遍。一般钠盐法采用磷酸三钠为好最多。1、反应原理（以钙硬为例）3CaHCO322Na3PO4Ca3PO42↓3Na2CO33CO2↑3H2O3CaSO42Na3PO4Ca3PO42↓3Na2SO43CaCl22Na3PO4Ca3PO42↓6NaCl所形成的磷酸盐能增加泥渣的流动性，可随排污排出锅筒。磷酸三钠的加药量可根据反应式计算，并保持一定的过剩量，用磷酸根（PO43-）浓度指标来表示。2、加药方法1）将碱加入给水系统中，随给水直接进入汽锅；2）将碱在溶解罐中溶解，并加热至70～80℃后再压入汽锅。前者操作简单，后者的反应效果较好。,二、综合防垢剂法将氢氧化钠、磷酸三钠、碳酸钠及栲胶配合使用组成综合防垢剂。根据锅炉给水水质，按不同配比混合后投入锅炉进行锅内处理。防垢剂用量经验数值参考讲义表6-1。锅内加药法有两种一是间断加药，二是连续加药。锅内加药水处理设备简单，投资少，操作方便，适用于额定蒸发量小于2t/h的蒸汽锅炉或额定热功率小于2.8MW的热水锅炉。锅炉运行中要加强排污管理，防止锅炉底部出现泥渣堵塞现象，必须先排污后加药，不可加药后立即排污。,7.3离子交换软化,离子交换软化法是利用一种不生成水垢的离子置换出水中的Ca2、Mg2离子的方法称为交换软化法，达到软化的目的。通常采用阳离子交换软化法。离子交换软化主要通过离子交换剂来实现。一、离子交换剂1、离子交换剂它是一种高分子化合物。它不溶于水，但可用自己的离子把水溶液中的钙、镁离子置换出来的颗粒物质称为离子交换剂。2、种类常用的交换剂有磺化煤和合成树脂两种。1）磺化煤是将烟煤粉碎过滤，用浓硫酸处理（称磺化）而制成的。磺化煤交换容量小、化学稳定性差、机械强度低、易碎。逐步被离子交换树脂代替。2）合成树脂又称离子交换树脂，是人工合成的高分子化合物。离子交换树脂交换能力大，机械强度高，工作稳定性较好，近年来被广泛使用。3、阳离子交换剂的组成是由阳离子和复合阴离子根组成。通常用R表示离子交换剂中复合阴离子根。NaR表示为钠离子交换剂，HR表示为氢离子交换剂。,,二、钠离子交换软化原理（一）交换软化原理钠离子交换软化是在离子交换器中装入钠离子交换剂，原水流过钠离子交换剂时，交换剂中的Na与水中的Ca2、Mg2离子进行置换反应，使水得到软化。其反应式如下对于碳酸盐硬度CaHCO322NaRCaR22NaHCO3MgHCO322NaRMgR22NaHCO3对于非碳酸盐硬度CaSO42NaRCaR2Na2SO4MaCl22NaRMgR22NaCl（二）结论1、钠离子交换既能除去水中的暂硬度，又能除去永久硬度，但不能除碱。2、进行交换后，使得软水中的含盐量有所增加。（三）钠离子交换的失效随交换软化过程中的进行，交换剂的NaR型变为CaR2和MgR2型。当软化水的硬度超过某一数值后，水质已不符合锅炉给水水质标准的要求时，则认为交换剂已经“失效”，此时应立即停止软化，对交换剂进行再生。（四）交换剂的再生（也称还原）恢复交换剂的软化能力的方法。常用的再生剂是食盐（NaCl）。方法是让浓度为5～8的工业食盐水溶液流过失效的交换剂层进行再生，再生反应如下CaR22NaCl2NaRCaCl2MgR22NaCl2NaRMgCl2再生生成物CaCl2和MgCl2易溶于水，可随再生废水一起排掉。再生后，交换剂重新变成NaR型，又恢复其置换能力。,7.4再生液制备和其他水处理方法,一、再生液（食盐溶液）制备系统工业锅炉房常用的盐液制备系统有压力盐溶解器和盐液池配盐液泵两种。1、压力式盐溶解器1构造压力式盐溶解器为密闭钢制容器，上部有加料口。内壁涂有防腐层。其中设有进液和排液装置。（1）进水（液）装置分配漏斗。（2）排液装置多孔板。多孔板上部铺有三层石英砂，有溶解食盐和对盐水过滤的双重作用另外，顶部设有排气管，底部设有排污阀。2）工作过程1装盐开启顶盖→装入食盐→密封顶盖。（2）运行水→进水装置→分配漏斗→盐层→石英砂垫层→多孔板→盐液→交换器。（3）反洗目的清除溶解器内石英砂层上的杂质。盐溶解器1反洗水；2进水；3食盐水出口；4反洗排水方法水从下进入，从上排出。3、配管及操作1）配管（见左图）2）操作运行（溶盐）开1、4。反洗开3、2。3特点设备简单，占地面积小。易腐蚀，加盐麻烦，盐液浓度变化大，盐液浓度不易控制。,,,2、盐液池配盐液泵系统盐液池配盐液泵系统是当前工业锅炉房用得最多的系统。1）制作材料混凝土、塑料。2）组成包括浓盐液池和稀盐液池两部分。浓盐液池（溶盐池）用于湿法贮存并配制饱和含量的盐溶液。稀（衡）盐液池用于配制所需含量（5～8）的盐液。盐池的排列方法并列排列（二池高度相同）（右图）上下排列溶盐池在上，稀盐池在下。盐掖池配盐液泵系统1食盐溶解池2稀盐液计量箱3盐液泵；4盐液过滤器3盐掖泵；4盐掖过滤器配制盐液时，先将食盐放入浓盐池加水（最好是软水）溶解，盐液经浓盐液池底部的砂石过滤层过滤，经连通管流入衡盐液池，用比重计指示加水量，使衡盐液调节到所需要的浓度。盐液泵为耐腐蚀的塑料泵，出口压力一般取0.1～0.2MPa（扬程10～20m水柱），一般不设备用泵。,,二、离子交换除碱（一）氢钠离子交换原理及系统如果我们将离子交换剂用酸（H2SO4）溶液去还原，则变成氢离子交换剂（HR），原水流经氢离子交换剂后，水同样可以得到软化，其化学反应方程式如下对碳酸盐硬度CaHCO322HRCaR22H2O2CO2↑MgHCO322HRMgR22H2O2CO2↑对非碳酸盐硬度CaSO42HRCaR2H2SO4MgCl22HRMgR22HCl由以上化学反应方程式可见；1）水中的暂时硬度转变成水和二氧化碳，在消除硬度的同时降低了水的碱度和盐分，其除盐、除碱的量与原水中的暂时硬度的量相等。2）在消除永久硬度的同时生成了等量的酸。由于出水呈酸性和用酸作为再生剂，因此氢离子交换剂及其管道要有防腐措施，且处理后的水不能直接送入锅炉，所以它不能单独使用，通常必须与钠离子交换联合使用，称为氢-钠离子交换，使氢离子交换后产生的游离酸与经钠离子交换生成的碱相互中和，达到除碱的目的，即H2SO42NaHCO3Na2SO42H2O2CO2↑HClNaHCO3NaClH2OCO2↑这样既消除了酸性，降低了碱度，又消除了硬度，并使水中的含盐量有所降低。失效的氢离子交换剂还原时，用浓度分数2的硫酸或不超过5的盐酸。氢-钠离子交换有并联、串联和综合式三种系统。并联系统如下图所示。原水按比例一部分经过钠离子交换器，其余的经过氢离子交换器，两部分软化水汇集后，经除二氧化碳器除去生成的二氧化碳，软水存入水箱由水泵送走。,,并联H-Na离子交换系统H离子交换器2Na离子交换器3CO2除气器；4水箱,,串联系统如图所示。进水也分两部分，一部分原水进入氢离子交换器，其出水与另一部分原水混合，出水中的酸度和原水中的碱度中和，中和反应产生的CO2由除二氧化碳去除，再经钠离子交换器，除去未经氢离子交换器的另一部分原水中的硬度，出水即为除硬脱碱了的软化水。,,串联H-Na离子交换系统H离子交换器2CO2除气器3水箱4泵5Na离子交换器,,氢-钠串联离子交换软化脱碱系统中，一定要先除去CO2后，再经钠离子交换器，防止CO2形成碳酸后再流经钠离子交换器使出水又重新出现碱度。同样，为保证出水不呈酸性，应使出水具有一定的残余碱度。（二）铵-钠离子交换原理铵-钠离子交换与氢-钠离子交换工作原理相同，只是用氯化铵为还原液，使之成为铵离子交换剂NH4R，即CaR22NH4Cl2NH4RCaCl2MgR22NH4Cl2NH4RMgCl2铵离子交换剂使水中暂时硬度软化CaHCO322NH4RCaR22NH4HCO3MgHCO322NH4RMgR22NH4HCO3重碳酸铵（NH4HCO3）在锅内受热以后可以分解NH4HCO3NH3↑H2OCO2↑水中永久硬度软化CaSO42NH4RCaR2NH42SO4rCaCl22NH4RCaR22NH4ClMgSO42NH4RMgR2NH42SO4MgCl22NH4RMgR22NH4Cl硫酸铵及氯化铵在锅内受热分解而形成酸NH42SO42NH3↑H2SO4NH4ClNH3↑HCl,,铵离子交换一般与钠离子交换并联使用，使铵盐受热分解所生成的酸与钠离子交换后的NaHCO3加热分解所生成的碱中和，既去除了酸，又降低了锅水的碱度。铵-钠离子交换与氢-钠离子交换在原理及产生的效果方面都相同，不同的是①铵离子交换的除碱除盐效果，必须在软水受热后才呈现。②铵离子交换要受热后才呈现酸性，同时不用酸还原，不需防酸措施。③铵离子交换处理的水受热后产生氨等气体，会对设备及附件产生腐蚀。,,三、流运床离子交换器流动床是完全连续的工作系统，能满足连续供水的需要。主要由交换塔和再生清洗塔组成。如图所示。流动床的工艺流程分为软化、再生和清洗流动床离子交换系统流程图1交换塔2再生清洗塔3树脂喷射器4再生液制备槽5原水流量计6清汽水流量计7再生液流量计8再生液泵9高位再生液箱Y再生液管H树脂回流管SZ树脂流动管F再生废液管Sr软化水S原水管三部分，并配有再生液制备和注入设备及流量计等，组成完整的工艺系统。1、软化流程软化流程是在交换塔内进行的。交换塔通常由三块塔板分隔成四个区间，每块塔板上设有浮球装置及若干过水单元。运行时，原水从交换塔底部送入沿交换塔均匀上升，穿过塔板上的过水单元，与从塔顶送入并通过浮球装置逐层下落的树脂进行逆流、悬浮状离子交换，原水被软化后经塔顶溢流槽排出；失效树脂最后落入塔底并被送至再生塔顶部。塔板中央的浮球装置，运行时浮球被上升水流顶起，使树脂从上而下沿塔板逐级下落；停止运行时，浮球会下落，关闭锥孔，防止树脂漏落而乱层。每个过水单元有5～6个水孔，孔的上方装有盖板，防止运行和停运时树脂穿过水孔下落。,,流动床离子交换系统流程图1交换塔2再生清洗塔3树脂喷射器4再生液制备槽5原水流量计6清汽水流量计7再生液流量计8再生液泵9高位再生液箱Y再生液管H树脂回流管SZ树脂流动管F再生废液管Sr软化水S原水管,,2、再生流程失效树脂的再生是在再生清洗塔的上部进行的。交换塔底部的失效树脂借水力喷射器抽送至再生塔顶部，依次流经回流斗、贮存斗、再生段，与自下而上的再生液进行逆流再生，恢复交换能力。再生液由再生段底部送入，向上流动，与失效树脂交换后变成废液，从贮存斗上部的废液管排出，废液通过贮存斗时，还可充分利用其再生能力，从而降低了再生液的耗量。3、清洗流程清洗流程是在再生清洗塔的下段进行的。树脂在再生段再生后下落至清洗段，与自下而上的清洗水逆向接触，洗去再生产物和残留再生液，进入清洗段底部，被水压送至交换塔顶部。清洗水从清洗段进入后，分成两股水流，一股向上流动，清洗树脂，流入再生段后作为再生液的稀释液；另一股向下流动，输送清洗好的树脂。以上各个过程是同时并连续进行的。原水、再生液及清洗水的流量利用转子流量计计量；树脂循环量靠位差及水力喷射器控制。流动床离子交换装置的优点是敞开式不承受压力，可用塑料制作，设备简单，加工容易，出水质量好，再生剂用量少，不需自控装置便可连续稳定地供水。缺点是对原水质量和流量变化的适应性差，树脂输送平衡不易掌握，运行调整麻烦。因此，一般作为中小型锅炉房的给水处理装置。,,四、其他水处理方法工业锅炉给水的软化处理，除了广泛的应用离子交换法之外，还有许多方法，这些方法在软化过程中具有各自的特点，本节重点介绍常用的几种方法。（一）物理水处理物理水处理就是不用加药产生化学反应，而是采用物理方法来达到消除水中硬度或改变水中硬度盐类的结垢性质。常用的物理水处理有磁化法和高频水性改变法。磁化法是将原水流经磁场后，水中钙、镁离子受磁场作用后，破坏了它们原来与其他离子之间静电吸引的状态，而导致其结晶条件的改变，使其在锅内不会生成坚硬水垢，而成松散泥渣，随排污排出。图1-22电渗析原理图高频水性改变法原理与磁化法基本相同，只是将原水流经高频电场而得到处理。,,（二）电渗析水处理电渗析是一种电化学除盐方法。在直流电场的作用下，利用阴、阳离子膜对水中杂质的阴、阳离子的选择透过性，将水中的阴阳离子和水分离，汇集一起排掉，达到除盐的目的。电渗析设备由阳膜、阴膜交替组成的许多水槽及设在两边的通直流电的阳、阴极板组成，如图1-22所示。当水流通过时，水中盐类的阴、阳离子，分别向阳、阴两级移动；由于阳膜只能渗通过阳离子，阴膜只允许阴离子通过，结果使各槽中水的含盐量发生变化，使水槽间隔地形成淡水槽和浓水槽。把淡水汇集引出，即得除盐水，而浓盐水汇总后排掉，把两极室的水引出后相互混合，使其中的酸、碱可以中和。电渗析器中电极对的数目称为“极”；将具有同一水流方向并联的膜对称为“段”。段数越多，原水流程越长，除盐效果越好。单段除盐率一般为60～75；两段以上可达75～95。电渗析不仅除盐，同时可软化和除碱。但单靠电渗析，出水不能达到锅炉给水指标，常作为预处理和钠离子交换联合使用。对某些沿海城市，使用电渗析技术预处理除盐，在海水倒灌江河期间，仍能保证锅炉给水符合要求。,7.5水的除氧,由于水中溶解氧对锅炉金壁面会产生化学和电化学腐蚀，因此必须采取除氧措施。一、除氧的工作原理1、由亨利定律可知，气体在水中的溶解度与该气体在气水界面上的分压力成正比，与水温成反比。在敞开的设备中将水加热，水温升高，汽水界面上的水蒸汽分压增大，其他气体的分压降低，当水达到沸点时，水界面上的水蒸汽分压力和外界压力相等，其他气体的分压力趋于零，水中溶解气体的含量也趋于零。这是热力降氧的工作原理。要使水温达到沸点，通常可采用加热法（热力除氧）或抽真空的方法（真空除氧）。2、使界面上的空间充满不含氧的气体，使界面上的氧气分压力降低（解吸除氧）。3、采用水中加药来消除溶解氧的方法（化学除氧）。,,喷雾填料式除氧器,,喷雾填料式除氧器二、几种常用的除氧方式一热力除氧工业蒸汽锅炉常用的是大气式热力除氧器的工作压力为0.02MPa，工作温度104℃，便于除氧后的气体排出体外。常用的是喷雾填料式热力除氧器，如图所示。1、构造除氧器由除氧头和除氧水箱组成。2、工作过程给水由除氧头上部的进水管进入，进水管又与带有喷嘴的喷水管相连。蒸汽由除氧头下部的进汽管进入向上流动，析出的气体及部分蒸汽经顶部的圆锥形挡板折流，由排气管排出。给水在除氧器内先是喷成雾状，被蒸汽加热，具有很大的表面积，利于氧气从水中逸出，又在填料层中呈水膜状态被加热，与蒸汽有较充分的接触，且填料还有蓄热作用，所以除氧效果较好，对负荷的波动适应性强。除氧器进水管设有水位自动调节阀，进口蒸汽管上装设蒸汽压力自动调节阀，自动调节蒸汽量和进水量的比例，保证水的加热沸腾。另外，除氧器上还设有安全阀，防止除氧器内压力超过规定值。3、要求大气式热力除氧器应设置在锅炉给水泵的上方，除氧水箱最低水位与给水泵中心线间的高差一般不应小于6～7m，防止水泵入口处发生汽化现象。,,二真空除氧真空除氧是利用抽真空的方法使水的沸点降低，使水在100℃以下沸腾，从而使水中溶解气体析出，达到除氧的目的。与大气式热力除氧相比，真空除氧的优点是采用真空泵引水，实现低位安装，节省投资；蒸汽用量少或不用蒸汽，解决了无蒸汽场合的除氧问题；给水温度较低，便于充分利用省煤器，降低锅炉的排烟温度。但对除氧器和给水泵的密封性要求较高，否则无法保证除氧效果。三解吸除氧解吸除氧是将不含氧的气体与待除氧的软水强烈混合，使软水中的溶解氧大量析出并扩散到无氧气体中去，达到除氧的目的。解吸除氧系统图1除氧水箱2喷射器3解吸器4挡板5水箱6混合管7锅炉给水泵8水封9汽水分离器10反应器11冷凝器解吸除氧装置如图所示。软水经水泵加压后，送至喷射器高速喷出，将由反应器来的无氧气体吸入并与水强烈混合，软水中的溶解氧向无氧气体中扩散，然后流入解吸器中，水与气体分离，无氧水从解吸器流入无氧水箱，含氧气体从解吸器上部经冷却器、汽水分离器后，进入反应器中。反应器中装有催化脱氧剂，采用自动控制温度电加热至300℃左右。在反应器中氧气与催化脱氧剂反应，将氧气消耗，不含氧气体被喷嘴吸走，往复循环工作。无氧水箱可用胶囊密封，保证无氧水不与空气接触。解吸除氧可在常温下除氧，初投资较低。要求喷射器前水压在0.3MPa以上，水温40～60℃，解吸器内水位不超过其高度的1/3。解吸除氧只能除氧，不能除其他气体，除氧后水中的CO2含量有所增加，pH值降低；工业锅炉一般间歇补水，但除氧器要连续运行，浪费电力。,,四化学除氧向水中加入化学药剂，或令水流经装有吸氧物质的过滤器，达到除氧的方法称为化学除氧。常用的有以下几种1、海绵铁除氧将多孔疏松的海绵铁粒装入过滤器，水经过过滤器后水中的氧与铁粒氧化而除氧。出水带有少量的二价铁，再经钠离子交换层除去水中的二价铁。其定型产品有过滤器与交换器组合为一体的，用管道串联，下室为过滤器，上室为离子交换器；还有过滤器与交换器并列放置，用管道串联的采用微电脑自控的组合装置。海绵铁除氧可对常温水除氧，装置简单，初投资省；操作简单，运行费用较低；出水无毒，除氧剂无毒；不需活化、再生；但在运行中要注意海绵铁粒板结，防止出水含二价铁。2、药剂除氧即向水中加入药剂，使其与水中的溶解氧化合成无腐蚀性物质，达到除氧的目的。常用的化学药剂为亚硫酸钠（Na2SO3），其反应如下2Na2SO3O22Na2SO4为使反应完全，必须使用过量的药剂。通常将亚硫酸钠配置成浓度2～10的溶液用加药器加入给水泵前或直接加入给水相中。亚硫酸钠除氧水温要在40℃以上，否则反应缓慢。若在亚硫酸钠中加入少量催化剂（如硫酸铜、硫酸锰等），就可使反应速度加快，在常温下使除氧水的含氧量达到标准。亚硫酸钠极易氧化，要注意保管，防止变质。亚硫酸钠除氧设备简单，投资少，除氧效益稳定，操作方便，但除氧水的含盐量增加，适用于中、小型除氧或大型锅炉的辅助除氧。,,3、树脂除氧树脂除氧以强酸阳离子交换树脂为载体，用硫酸铜处理后，再络合上肼，使其具有氧化还原能力，待除氧水流过树脂时，树脂与氧反应而除氧。树脂失效后，可用还原剂合肼再生，恢复其氧化能力，故树脂可循环使用。树脂除氧的特点是低温除氧（0℃以上即可），运行成本低，除氧完全，操作方便，但出水含微量肼，不能用于食堂用汽的锅炉给水的除氧，适用于热口锅炉、低压蒸汽锅炉及小氮肥厂的冷却水除氧。,