锅外水处理

锅外水处理常用离子交换法。在离子交换过程中  ,  交换  与被交换的离子均为阳离子  ,  这种只进行阳离子交换的方法  称为阳离子交换法。树脂参加交换反应中的阳离子是钠离子  (Na+)  时  ,  则此树脂为钠型阳离子交换树脂。当此树脂与水  中钙、镁离子进行交换时  ,  树脂上的钠离子  (Na+)  全部进入  软化水中  ,  这种用钠离子取代水中钙、筷的过程我们称之为钠离子软化交换法。

一、钠离子交换的原理

当含有钙、筷离子的生水  ,  流经离子交换器中的钠离子  交换剂层时  ,  水中的钙、镇离子被交换剂中的钠离子所置换  ,  从而将在锅炉中可能形成水垢的钙、镁盐类  ,  转变为易溶性钠盐  ,  而使水得以软化。用反应方程式表示如下  :

                            ca2++2NaR=CaR2+2Na+

                          Mg2++2NaR=MgR2+2Na+.

        式中:  NaR  一一代表锅离子交换剂  ;

                  Na+  一一代表交换剂中的交换离子  ;

                  R  一一表示交换离子以外的母体部分  ,  它并不参加反应。

二、钠离子交换的特点

1.  生水硬度大大降低或基本消除。

2.  碱度保持不变。

经钠型离子交换树脂软化后的水质  ,  由于碳酸盐硬度等  量地转变成了碳酸氢钠  ,  所以软化水中碱度与进水中的碱度      相等。

3.  软化水中含盐量略有增加  经钠型离子交换树脂软化后的水质  ,  由于原水中的阴离子  ,  即水中的氯离子  (Cl-  ),  硫酸根  (S042-  一  )  、碳酸氢根  (HCO3-)  和硅酸根  (Si032-)  等并不改变  ,  如果水中的其他重  金属阳离子忽略不计时  ,  只是钙、镁盐类等量地转变成了不  生成水垢的锅盐。钠离子的摩尔质量为  23g/mo1,  以  1/2Ca2+  为基本单元的摩尔质量为  20.04g/mol  、以  1/2Mg2+  为基本单  元的摩尔质量为  12.16g/mo1,  因此  ,  使软化后的水质  ,  其含盐量要比其原水含盐量为高。

三、再生过程

在铺离子交换过程中  ,  当软水中出现了硬度  ,  而且超过  了标准时  ,  则证明钠型离子交换树脂已经失效。为了恢复其  再交换的能力  ,  就需要对此树脂进行再生。

在再生过程中  ,  就是使含有大量锅离子的氯化钠  (NaCl)  溶液  ,  通过失效的树脂层  ,  从而将离子交换树脂中的  钙、钱离子排到溶液中去  ,  钠离子则被树脂所吸附  ,  使树脂  重新又恢复了交换能力。

        钠型离子交换树脂的再生过程  ,  可以下列反应式表示  :

CaR2  十  2NaC1=2NaR+CaCl2  MgR2+2NaCl=2NaR+MgCl2

        四、钠离子交换器的运行  钠离子交换器的运行一般分为四个步骤  (  从交换器失效  算起〉  :  反洗、再生、正洗和交换  (  即运行〉  ;  这四步组成一

        个运行循环  ,  通常称为一个周期  ,  现分述如下  :

1.  反洗

当交换器出水硬度超过规定水质标准  ,  即为失效。失效  后停止软化  ,  先用一定压力的水自下而上对树脂层进行短时      间的强烈反洗。反洗的目的是  :

(1)  松动交换剂层  ,  为再生打下良好基础  在交换过程中  ,  由于水自上而下地通过交换剂层  ,  使交  换剂层被压实  ,  再生时就会造成交换剂与再生液接触不充分。  所以再生前要反洗  ,  使交换剂层得到充分松动  ,  为再生打下良好基础。

(2)  冲掉交换剂表层中截留的悬浮物、碎粒和气泡在交换过程中  ,  交换剂表层也起着过滤作用  ,  水中的悬浮物被截留在表层上  ,  致使压力增大  ,  还会使交换剂污染结  块  ,  从而使交换容量下降  ;  另外  ,  交换剂碎粒也影响水流通  过。反洗时可以冲掉这些悬浮物和碎粒  ,  还可以排除交换剂层中的气泡。

最佳反洗强度  ,  通过试验求得。一般反洗流速可控制在  11~  18m/h  。反洗须至出水澄清为止。反洗时间约为  10~15min  。在正常情况下  ,  每立方米交换剂反洗水量约  2.5~3m3  。

2.  再生  

再生的目的是使失效的交换剂重新恢复交换能力。它是交换器运行操作中很重要的一环。再生时采用动态再生  ,  而  不用静态再生。即再生时不要放掉交换器内的水  ,  然后在开  始进再生液  (  盐液浓度以  6~10  ×  10-2  为宜〉的同时打开排水阀门  ,  边进再生液边排水。应严格控制排水阀门开度  ,  使再  -  生液流速控制在  3~5m/h,  并确保全部交换剂层都浸泡在再  生液里面。再生时间应不少于  40min  。

3.  正洗

        正洗的目的就是清除交换器中残留的再生剂和再生产物(CaCL  、  MgCl2)  。正洗初期实际上是再生的继续  ,  流速不要  太大  ,  可掌握在  3~5m/hp  当正洗出水基本不咸时  ,  可将流  速加大到  10~15m/h;  正洗后期应经常取样化验出水硬度  ,  当出水硬度达到标准时  ,  且氯化物不超过原水氯根  50~  100mg/L  时  ,  即可投人交换运行。

4.  交换运行

        正洗结束后  ,  钠离子交换器即可投入运行。交换剂在交换器中的工作情况具有层状的特性。当水进入交换器时  ,  首  先发生的交换过程是在交换剂的上层  ,  此时交换剂的下层实际上是没有  什么变化的  ,  因为水通过上面时各反  应物质已达平衡。但当开始运行后  ,  最上层很快就失效了  ,  因此以后交换作  用在此失效层以下的交换剂中运行。

在钠离子交换软化过程中交换剂  层分为三层  ,  如图  7-1  所示。

第一层为失效层  ,  第二层为工作  层  ,  第三层为没参加工作的交换剂层  ,

又称保护层。在交换软化中  ,  第一层渐  渐加大  ,  第二层渐渐向下移动  ,  而第三  层逐渐缩小  ,  直等到第二层的下边缘  移到和交换剂层的下边缘重合时  ,  若再继续交换  ,  出水的硬度就开始增加了  ,  也就是说交换器已  开始失效。

五、锅离子交换器的有关计算

1.  交换剂的工作交换容量可按下式计算  :

E=Q(YD-YDc)/V

式中  :E  一一交换剂工作交换容量  ,mol/m3;

Q  一一交换器周期出水量  ,m3;

YD  一一原水的硬度  ,IIIEnol/L；

YDe--  软化水平均残留硬度  ,mmol/L；

V  一一交换剂体积  ,m3  。

      例  [7-2]      某厂一台交换器内  001  ×  7  树脂为  1m3,  经化验  YD=2.52mmol/L,YDc=0.02mmol/L,  周期出水量为  400m3,  求此周期交换剂的工作交换容量为多少  ?

E=Q(YD-YDc)/v=400(2.52-  0.02)/1

=1000mol/m3

答  :  此周期  001  ×  7  树脂工作交换容量为  1000mol/m3  。

  2.  再生一次用盐量的计算  再生一次用盐量可按下式计算  :

                                          m=EVb/1000a

式中:      m  一一再生一次用盐量  ,kg;

b  一一交换剂的盐耗  ,g/mol;

α一一食盐纯度  ,10-2.

        例  [7-3]        某厂一台交换器内装  001  ×  7  树脂为  0.3m3,其工作交换容量为  100O  mol/rd,  再生时盐耗为  120g/m01,  使用食盐纯度为  95  ×  1OF2,  求再生一次用盐量  ?

m=EVb/1000a=1000  ×  0.3  ×  120/0.95  ×  1000≈37.6kg

答  :  再生一次用盐量为  37.6kg  。

3.  盐耗的计算

根据上两个公式  ,  可导出盐耗计算公式为  :

b=ma/  Q(YD-YDc)×  103g/mol

例  [7-4]  某厂一台交换器内装  001  ×  7  树脂为  1m3,  周  期出水量为  500m3,  经化验  :YD=2.02mmol/L,YDc=  0.02mmol/L,  食盐纯度为  95  ×  10-2,  再生一次用盐量为  140kg  ,  求盐耗为多少  ?

b=  ma/  Q(YD-YDc)×  103=140×95/100/500(2.02-0.02)  ×  103

    =133g/mol

答  :  盐耗为  133g/mmol  。

  六、全自动锅外水处理设备

80  年代以来国内外全自动软水器开始研制和推广使用  ,  全自动离子交换软水器  ,  在技术理论上并未有新的突破  ,  其  交换和再生的原理及再生步骤与同类型手动  (  顺流、逆流、浮  床等  )  普通铺离子交换器基本相同  ,  只是体积变小了  ,  在终  点控制上做了一些改进  ,  国内手动水处理设备的软化终点是  通过化验监测出水硬度或由硬度超标报警信号来实现的。而  美国、日本进口软水器终点控制是采取流量或时间进行控制  .

1.  进口或引进国外技术的全自动离子交换软水器这类软水器一般都由控制器、交换柱和盐水罐组成  ,  其中交换柱和盐水罐的构造基本上都相似  ,  而控制器则因其品  牌和种类不同而构造各异  ,  且软水器的性能主要取决于控制  器的特性。常用的全自动软水器按控制器对运行终点及再生的控制不同  ,  又分为时间控制型  (  简称时间型  )  和流量控制  型  (  简称流量型  )  两大类。由于控制器的品牌和种类繁多  ,  设  定操作的方法也各有不同  ,  使用前应详细查看软水器的使用  说明书  ,  下面仅以典型的控制器为例  ,  作简要介绍。

(1)  时间型全自动软水器

        时间型自控系统是采用时间电机控制全部工作程序  ,  当预先设定的制水时间终止时立即投入再生  ,  并自动如期完成  反洗、进盐  (  置换  )  冲洗、制水、备盐等流程后又自动转入制水。

时间型软水器一般是由单机单柱、顺流再生的。它根据  交换柱内树脂所能除去的硬度总量设定运行时间、定时进行自动再生、也可以根据需要随时进行手动再生。由于时间型软水器是按日期再生  ,  且在再生期间不产软水  ,  因此较适用  于用水量较稳定  ,  并间歇运行的锅炉。时间型软水器的控制  器一般装在交换柱的上部  ,  其面板部分通常由定时器钮  (  或  时间控制钮  )  、日期轮和操作指针钮  (  或手动再生钮  )  等组成。  如图  7-2  所示。

(1  〉再生时间的设定

        通常时间型控制器在出厂时已将自动再生的时间固定在凌晨  2  时  30  分  ,  即当时间箭头转到  2.5AM  处时就开始再生  .

(  因为这时锅炉一般都暂停运行〉。当然也可根据需要  ,  自行  设定时间  ,  使再生提前或推迟进行。另外  ,  停电时定时器钮  将停止走动  ,  故停电后必须重新校正定时器钮的时间。  AUTOTROL  控制器的时间校正方法为  :  把定时器钮拉出  (  使  齿轮脱开  )  并转动  ,  将时间箭头指向欲定的时刻  ,  然后松手  ,  使定时器钮的齿轮啃合。  HECK  控制器则是压下时间控  制按钮  ,  使其松开与时间盘的啃合  ,  转动时间盘使时间箭头  对准欲定的时刻  ,  然后松开按钮  ,  恢复与时间盘的啃合。

例如  ,  在上午  10  点校正时间  ,  如果不想改变再生时间  ,  就把时间箭头指向当前时间  ,  即  1OAM  处  ;  如要推迟  2h  再生  ,  可把定时器往前移  2h,  即把时间箭头指向上午  8  点  (8AM)  处  ,  这样再生就将在凌晨  4  点  30  分进行  ;  若欲提前  3h  再生  ,  则把时间箭头指向下午  1  点  (1PM)  处  ,  那么半夜  11  点  30  分就会再生。

(2)  再生日期的设定  应根据交换器内树脂的填装量、工作交换容量、原水的硬度、软水的每日用量等因素确定  ,  可按下式估算  :

再生后可运行天数  =  VRE/  YDQdT  (  再生日期取其整数  )

式中:    Vr  一一交换柱内树脂的填装体积  ,m3;

            E  一一树脂的工作交换容量  ,mol/m3  。一般树脂可按1000~120O  mol/m3  计算  ;

            YD  一一给水总硬度  ,mmol/L;

            Qd  一一交换器单位时间产水量  ,  或锅炉进水量  (  也可近似按蒸发量算  )t/h;

            T  一一交换器或锅炉日运行时间  ,h/天。

        例  [7-5]  一台  KZL2-8  蒸汽锅炉  ,  自动软水器内装0.3m3001  ×  7  树脂  ,  锅炉每天实际运行  12h,  如原水硬度为  5.0mol/L,  该交换器应设定几日再生一次  ?

        解  :

再生后可运行天数  (d)=0.3×1000/5.0×2×12=2.5天

为了确保锅炉安全运行  ,  严防软水硬度超标  ,  根据计算结果取其整数  ,  宜定为  2  天再生一次。  AUTOTROL  控制器  再生日期设定时  ,  先将日期轮上的期限钠全部拉出  ,  然后转  动日期轮使日期箭头指向当天日期或第  1  号  ,  再在需要再生  的日期上按下期限钠  (  如本例  2  天再生一次  ,  需将  2  、  4  、  6  号  即间隔的期限钠按下  )  。  FLECK  控制器则是将日期轮上数码对应的不锈钢片向外拨出为再生日期。

        时间型软水器每天只能自动  1  天  ,  则需手动增加再生次  数  ,  或改用流量型软水器  ,  也可选用树脂装载量较多的软水器。

        (3)  手动再生

        AUTOTROL  控制器中再生及运行的程序是由操作指针钮控制的。一般情况下是自动运转的  ,  但在调试或停电时  可用宽刃螺丝刀插入红色箭头槽内将指针钮压下后进行手动再生。指针按钮的运转程序为  :  反洗  (BACK-WASH)  →进  盐和慢洗  (BRINE&RINSE)  →重充盐水和清洗  (BRINE

REFILL&PURGE)  →运行制软水  (SERVICE)  。有时当原水  水质突然恶化或软水用量暂时增大而造成软水提前出现硬度  时  ,  可将操作钮压下转到  ＇  启动  ＇(START)  位置  ,  过几分钟  交换器就会自动进行一次额外的再生  ,  而不影响原设定的再  生时间。  FLECK  控制器手动再生时  ,  只要顺时针转动手动再  生按钮  ,  昕见  ＇  卡嗒  ＇?  声  ,  即可自动开始再生程序。另外  ,  有  些控制器  (  如  FLECK)  还可根据用户当地水质情况调整再生

程序的时间。即通过增加或减少定时器上的插钠和插孔数目  来调整再生各步的时间  ,  以便取得最佳的再生效果  o

2.  流量型全自动软水器

        流量型  (  流量启动再生软水器  ),  其自控系统所配置的流量计  ,  可连续记载软水累积产量  ,  等达到设定值时  ,  即由流  量控制器自行启动再生装置转入再生。结束后又可自动转入、制水  ,  始终周而复始地转换制水与再生。流量型软水器通常  配置有两个或两个以上的交换柱  ,  其再生周期是根据交换柱内树脂所能除去郎硬度总量  ,  按周期制水量来设定的。运行  时由控制器内的流量计对流过的水量进行计量  ,  当制水量达到设定的水量时  ,  就自动进行切换再生。因此流量型软水器  不但可连续产软水  ,  而且在用水量不稳定或间断运行的情况  下  ,  其再生设定比时间型更为合理。流量型软水器的组成及控制器有多种系列  ,  如单阀双路  (  由一套控制器控制两个交  换柱  )  、双阀双路  (  每个交换柱各有一套控制器  ,  并由一个遥  控调节流量计来控制自动切换  )  及多阀多路  (  由多组控制阀和交换柱及电脑控制系统组成  ,  可满足制水量大于  50  t/h  的  需要  )  。流量型软水器大多采用顺流再生  ,  其再生程序及再生  各步所需时间的调整与时间型软水器相同。也有些流量型软  水器是采用逆流再生的  ,  不过一般都是采用无顶压低流速逆  流再生  ,  因此其运行和再生程序与顺流再生差不多  ,  基本上  都是  z  运行→反洗→进盐→置换洗  (  慢速洗  )  →正洗  (  快速  洗  )  』→盐罐再注水。其中逆流再生在进盐和置换时的液流流  向与顺流再生时相反  ,  且由于进盐流速慢而使得再生时间较  长。全自动软水器采用逆流再生时  ,  需注意水压波动对射流器进  .盐速度的影响  ,  有的控制器装有进盐稳压装置及压力表  ,  以保证进盐速度的稳定  ,  防止树脂乱层  ,  避免水压波动的影  响  ,  这样逆流再生的效果就较好。常见流量型控制器的面板  部分如图  7-3  所示。

    流量型软水器的流量设定可按下式估算，但这仅为参考数，设定后还应定期化验出水硬度，并及时按实际运行终点时软水总流量进行调整  ,  使软水器既保证整个周期的出水符  合国家标准  ,  又尽量提高运行的经济性。

                                                                                  Q=VREε  YD

式中  :Q  一一软水器在整个运行周期制取的软水总流量  ;

ε一一为保证运行后期软水硬度不超标所需的保护系        数  ,  一般可取  0.5~0.9(  流速较高或原水硬度较大时  ,  取较小值  ,  反之取较大值  )  。

        例  [7-6]  某台锅炉配有一台进口的双柱流量型全自动软水器  ,  每个交换柱内各装  250kg  树脂  ,  测得进水平均硬度为  5.ommol/L,  若树脂的湿视密度为  0.8t/m3,  工作交换容量  为  100Omo1/m3,  保护系数取  0.8,  则交换器流量宜设定为多  少  ?

解  :Q=VRE  ε  /YD=(0.25  ÷  0.8)  ×  1000  ×  0.8/5.0=50m3

        即该软永苦苦可初步设定周期制水量为  50  t  。

流量型软吗榕的设定一般较简单  ,  如  BMS  系列  FLECK控制器(图  7-3  所示  ),  设定方法为  :

(1)  顺时针转动  ＇  再生程序轮使轮上的小白点对准面板上的箭头  ;  、

(2)  将流量盘上的自点对准面板上的流量白色尖头  ;

(3)压住流量外盘  ,  提起流量刻度盘  ,  按所要设定的流量值对准面板上的流量白色尖头  ,  然后松手  ,  使齿轮啃合。这  样当周期制水总量达到  5O  m3  时  ,  交换器就会自动进行切换再  生。流量型软水器可一天再生多次  ,  且当原水硬度发生变化  时  ,  可随时调整流量的设定并进行手动切换再生。

3.  需注意的几个问题  虽然同类型的全自动离子交换软水器  ,  其构造和再生原理基本相似  ,  但各国各厂的产品在具体操作方法上都会因所  配置的控制器不同而有所不同  ,  因此在使用时应严格按产品  说明书的要求进行操作。另外  ,  还需要注意以下几个问题  :

(1)  软水器出口验水阀应设在出水控制阀之前  ,  以便化  验合格后再开出水阀  ,  确保水箱内软水硬  a  度合格。有些说明书上将验水阀设在出水阀之后  ,  或没有验水阀  ,  都易造成硬  度不合格的水进入软水箱内  ,  应予以改进。

(2)  不少时间型全自动软水器的出水并没有自动开关装  置  ,  再生时硬水将从控制器内部的旁路出水。这类软水器在

自动再生时一般是靠软水箱满水位状态下由浮球阀关闭来阻  止硬水进入软水箱  (  这也是自动再生常设在半夜锅炉暂停时  进行的原因  )  。如果再生时软水箱未满或水位下降  ,  浮球阀开  启着  ,  则硬水及再生后期的部分排出液就会进入软水箱  ,  造  成给水不合格。在这种情况下应先手动将出水阀关闭  ,  再进  行再生。建议安装时加装电磁阀  ,  以便在设定的时刻  ,  出水  可自动关闭或开启。有的控制器  (  如  FLECK  等控制器  )  配有  无硬水旁通活塞  ,  再生时硬水能自动阻断  ,  就元需外配电磁  阀。

(3)  交换器自动再生时需用电来工作  ,  因此安装时交换  器的电源须和锅炉用电分开  ,  以便锅炉停用切断电源时  ,  交  换器可继续工作。

(4)  盐水罐溶盐的水  ,  第一次使用时是人工加人的  ,  以  后每次再生后期交换器会自动充水不必另加。使用中应注意  ,  盐水罐内水位不可太高  ,  否则会造成再生时吸盐过多  ,  甚至  将盐水带入再生后的软水中。如发现盐水罐溢流  ,  有可能是  连接部位泄漏或盐水阀等被脏物卡住  ,  须及时检修或清洗。

(5)  盐水罐的盐水须保持过饱和状态。每次再生时实际用盐量和加人的盐量无关  ,  但加盐也不可太少或太多  ,  盐量  不足会造成再生不彻底  ;  而盐太多易引起结块并会因形成盐  桥而无法吸取盐(  这时应小心地将盐块捣碎  )  。每次加盐量  最好不超过六次再生所需盐量。另外  ,  最好用颗粒状工业粗  盐  ,  不宜用精盐或加腆盐.

(6)  自动软水器的进、出水及软水池也需经常化验  (  每  天至少一次  ),  除了化验硬度外  ,  也应定期化验氯离子含量  ,  以防盐水带入软水中。当发现原水硬度发生变化或出水硬度  超标时  ,  应及时调整再生的设定日期或流量。

        (7)  目前应用的全自动离子交换器  ,  基本上都仅除去硬度制取软水  ,  对于原水碱度较高的地区仍需考虑降碱的问题。

(8)  有些进口的全自动软水器是由进水向盐罐自动注水  ,  这在原水硬度较高的情况下将会明显影响再生效果  ,  因  此对于原水为高硬度的地区宜选配采用软水向盐罐注水的全  自动软水器。

        (9)  有些进口的全自动软水器所用的单位并非国际单位  ,  设定计算时需进行换算  ,  其常见单位的换算有  :

        1mmol/L(1/2Ca2+  、  1/2Mg2+)=50  ppm(  以  CaC03计  )

        1mmol/L(1/2Ca2+、  1/2Mg2+)=2.92grain/gallon(格令  /  加仑  )

        lgrain/gallon(  格令  /  加仑  )  =17.lppm(  以  CaC03计)

          1m3=264gallon  (US)(  美加仑  )=22O  ganon(UK)（英加伦  )

      lkg=2.2pounds  (  英镑  )

      1ppm=1mg/L

4.进口类全自动离子交换软水器常见故障排除见表7-12  。

5.  阿图祖  (AUTOTROL)  等自动软水器使用前应详看说明书、并请有经验的技术人员指教。