第3章锅炉水处理及其设备课件

第三章第三章 锅炉水处理及其设备锅炉水处理及其设备本章主要内容水中的杂质及其对锅炉工作的危害水质指标及水质标准离子交换水处理及其设备其它水处理方法锅炉给水除氧天然水中的杂质 水是世界上储存最丰富、分布最广的物质，在地球上大约有34的面积是水，自然界中的水可分为地面水和地下水。地面水包括河水、湖水、水库水和海水等；地下水包括深井水、浅井水、泉水等。地面水主要来自雨水，地下水主要来自地面水，而雨水来自地面水和地下水的蒸发。因此，水在自然界不断地循环运动着。天然水中的杂质 天然水在大自然循环过程中，无时不与大气、土壤和岩石接触。由于水极易与各种物质混杂，并具有较强的溶解能力，所以任何水体都不同程度地含有多种多样的杂质。另外，工业废水，生活污水以及农田化肥的流失，排入水体，使天然水中的杂质更趋复杂。天然水中的杂质，按颗粒大小不同可以分为悬浮物、胶体和 溶解物质三大类。天然水中的杂质4悬浮物杂质 悬浮物的颗粒直径很大，是使水产生混浊现象的主要原因，它在水中的状态受颗粒本身质量影响很大。在动水中由于水的紊流作用，常呈悬浮状态；在静水中密度较大的颗粒在重力作用下容易自然下沉，密度较小的颗粒，可上浮水面。易于下沉的悬浮物，主要是颗粒较大的粘土、细沙以及矿物废渣等杂质，能够上浮的一般是体积较大、密度小于水的有机质。天然水中的杂质4胶体杂质 天然水中的胶体是某些低分子的集合体，它具有较小的粒径和较大的比表面积，胶体颗粒的表面通常带有负电荷。胶体颗粒在水中能长期保持分散状态，虽经长期静置也很难自然下沉，并且容易透过普通滤纸和滤层。胶体颗粒很小，很难用肉眼观察到，但它对光线具有散射作用，当光束通过含有胶体的水时，在光路上会出现一条明显的发亮光带。天然水中的杂质 天然水中的胶体杂质，成分比较复杂。其中主要是铁、铝和硅氧化物形成的无机矿物胶体；其次是水生植物体腐烂和分解而形成的有机物胶体，它是水产生色、臭、味的主要原因之一；另外，水中溶解的某些高分子物质(如腐殖质)和生长的微生物(如病毒和细菌)，按它们的性质和粒径一般也属于胶体范围。这种杂质需要在水中加入一些具有凝聚作用的化学药品，方能将其形成絮状物沉淀析出。若胶体进入锅炉，会使炉水表面产生大量泡沫，引起汽水共腾，并容易在受热面上形成难以清除的水垢。天然水中的杂质4气体杂质（1）溶解氧 天然水中氧分子主要是由大气中的氧气溶解到水中，有的也来自水生植物的光合作用所产生的氧气。溶解在水中的氧气称为溶解氧。地表水中溶解氧含量与水温、气压及水中有机物含量有关；地下水和空气接触较少，含氧量通常比地表水小，且随着深度增加而减小，在一定深度下，地下水的溶解氧量几乎为零。天然水中的杂质天然水中的杂质 （2）游离二氧化碳 天然水中都含有溶解二氧化碳气体。它的主要来源是水体或土壤中的有机物质进行生物氧化分解时的产物。在深层地下水中，有时会含有大量二氧化碳，这是由地球的地质化学过程产生的。空气中的二氧化碳也可溶于水中，但通常空气中的二氧化碳所占的比例很小。天然水中的杂质4离子杂质 天然水中或多或少都含有离子杂质，它是由无机盐类溶解于水后电离形成的。其中：阳离子主要有：阴离了主要有：对于锅炉来说，危害较大的阳离子，主要是钙、镁离子。它们在锅水蒸发浓缩时，容易产生难溶化合物沉积在受热面上形成水垢；对于锅炉来说，危害较大的阴离子，主要是：天然水中的杂质天然水中溶有的离子杂质杂质离子间的关系：（1）正负电荷平衡（2）阴阳离子组合成化合物的规律锅炉用水的水源及名称4锅炉用水的水源有：地表水、地下水和自来水，地表水和地下水通称天然水。4锅炉用水的名称 （1）原水，又称生水，是未经任何处理的天然水。（2）补给水。原水经过各种方法净化处理后，用来补充锅炉汽水损失的水，称为锅炉补给水。根据净化处理方法不同，补给水又有不同的名称。去除原水中悬浮杂质的水称为清水(自来水即属清水)；去除钙镁离子的水，称为软化水；去除水中阴阳离子的水，称为除盐水或纯水。对于采用锅内加药处理的工业锅炉，补给水为清水；而采用锅外化学处理时，补给水是软化水；只有高压以上的锅炉补给水才采用除盐水。锅炉用水的水源及名称 （3）凝结水：是蒸汽经生产设备或采暖设备进行热交换冷凝后的水。（4）给水：供给锅炉工作的水称为锅炉给水，简称给水。工业锅炉的给水通常是由凝结水（或循环水）和补给水两部分构成。（5）锅水：在锅炉内受热和沸腾的水称为锅水 （6）排污水：在锅炉运行过程中，从锅炉中排出的杂质含量高的锅水。锅炉用水的水源及名称水中杂质对锅炉工作的危害4形成水垢 在锅内进行的受热沸腾和蒸发过程，为水中的杂质提供了化学反应和不断浓缩的条件，当锅水中这些杂质的浓度达到饱和时，便有固体物质析出。所析出的固体物质，如果悬浮在锅水中，就称为水渣；如果牢固地附着在受热面上，则称为水垢。水垢对锅炉工作的危害性表现在：（1）引起受热面金属过热 （2）降低锅炉的热经济性 （3）破坏正常的水循环 （4）增加锅炉的检修量锅炉的受热面上形成水垢是由于水中钙、镁离子的浓度超过了它的溶解度 水中杂质对锅炉工作的危害4受热面金属腐蚀 锅炉给水管道、金属受热面都会因 水质不良而引起腐蚀，其结果是：（1）锅炉金属构件破损 （2）增加锅水中的结垢成分 （3）产生垢下腐蚀水中杂质对锅炉工作的危害4造成汽水共腾 所谓汽水共腾是指蒸汽锅炉锅筒内的水滴被蒸汽大量带走的现象。汽水共腾造成的主要危害是：（1）蒸汽受到严重污染 （2）过热器管和蒸汽流通管道内出现积 盐，严重时能将管道堵塞 （3）使过热蒸汽的温度下降锅炉水处理的目的 锅炉水处理的目的，就是采取一定的技术手段，除去锅炉给水中的有害杂质，有效防止锅炉受热面的结垢、腐蚀、保证蒸汽品质良好，为锅炉安全经济运行创造良好的条件。水质指标及水质标准 在各种工业生产过程中，由于水的用途不同，对水质的要求也不同。所谓水质是指水和其中的杂质共同表现的综合特性；水质指标表示水中杂质的种类及含量，用它来判断水质的优劣；水质标推是指水在具体应用中所限定的水质指标范围。工业锅炉用水的水质指标有两种：一种是表示水中某种杂质含量的成分指标，例如氯离子、钙离子、溶解氧等。另一种是为了技术上的需要人为拟定的，反映水质某一方面特性的技术指标。技术指标通常表示某一类物质的总合量，例如硬度、碱度、溶解固形物。水质指标及水质标准4工业锅炉常用的水质指标（1）悬浮物 悬浮物是表示水中颗粒较大一类杂质的指标。由于这类杂质没有统一的物理和化学性质，所以很难确切地表示出它们的含量。通常采用某些过滤材料分离水中不溶性物质的方法来测定悬浮物。在水质分折中，常用较易测定的“浊度”作为衡量悬浮物的指标。浊度是反映水中悬浮物含量的一个水质替代指标。浊度测定方法是以难溶性的不同重量级配的硅化物分散在无浊水中，所产生的光学阻碍现象为标准，在特定的光学测定仪器浊度仪上与原水进行对比进行测定。水质指标及水质标准 （2）含盐量 含盐量是表示水中溶解盐类的总和。可以根据水质全分析的结果，通过计算求出。（3）溶解固形物 溶解固形物是指水已经过悬浮物分离后，那些仍溶于水的各种无机盐类、有机物等，在水浴锅上蒸干，并在105110 下干燥至恒重所得到的蒸发残渣，称为溶解固形物，在不严格的情况下，当水比较洁净时，水中的有机物含量比较少，有时也用溶解固形物来近似地表示水中的含盐量。水质指标及水质标准 （4）电导率 表示水中导电能力大小的指标，称为电导率。因为水中溶解的大部分盐类都是强电解质，它们在水中全部电离成离子，所以可利用离子的导电能力来判断水中含盐量的高低。电导率反映了水中含盐量的多少，是水纯净程度的一个重要指标。电导率的大小除了与水中离子含量有关外，还和离子的种类有关，单凭电导率不能计算水中含盐量。在水中杂质离子的组成比较稳定的情况下，可根据试验求得电导率和含盐量的关系。水质指标及水质标准 （5）硬度 硬度是指水中某些高价金属离子的含量。天然水中的高价金属离子主要是 钙、镁离子，其它离子在水中含量较少，所以天然水的硬度通常是指钙离子和镁离子含量之和。根据硬度形成杂质或硬度的构成，可将硬度分为以下几类 总硬度：表示水中钙、镁离子的总含量；钙硬度：表示水中钙离子的含量；镁硬度：表示水中镁离子的含量。水质指标及水质标准 碳酸盐硬度：表示水中钙、镁的重碳酸盐及溶解的碳酸盐的含量。暂时硬度：表示水中钙、镁的重碳酸盐含量。因为这种盐类在沸腾的水中容易分解生成沉淀物，从水中析出，不再以硬度形式存在于水中，故得此名。其反应如下 水质指标及水质标准 因为钙和镁的碳酸盐溶解度很小，水中 溶解量很少，所以碳酸盐硬度近似于暂时硬度，通常对这两种硬度就不加区分。非碳酸盐硬度又称永久硬度表示水中溶解的钙、镁的硫酸盐和氯化物等的含量，由于这种杂质在水沸腾时不能以沉淀物析出，所以又称永久硬度。水质指标及水质标准（6）碱度 碱度是表示水中能与强酸(HCI或H2SO4)发生中和反应的所有碱性物质的含量。天然水中碱性物质主要是HCO3，锅水中碱性物质有CO32和OH，如果锅内采用磷酸盐处理时，锅水中还有磷酸根离子。此外，为了防止锅炉发生苛性脆化腐蚀，还对锅水制定了相对碱度标准。相对碱度是指锅水中游离NaOH的含量与溶解固形物含量的比值，即 相对碱度游离NaOH/溶解固形物水质指标及水质标准 （7）溶解氧 溶解氧是表示水中含有游离氧的浓度。（8）含油量 含油量表示水中所含有的油脂的含量，给水含油量高时，会使锅水产生泡沫，影响蒸汽品质，也会使锅内形成导热系数很小的带油质的水垢。另外，在温度较高的受热面上，由于油质的分解，而转变成导热性极差的碳质水垢，所以必须控制给水含油量。水质指标及水质标准（9）PH值 PH值是表示溶液中H离子的含量即表明溶液酸碱性强弱的一项指标。pH值与H离子浓度的关系为 当PH7时溶液呈中性，PH7时溶液呈碱性。如天然水pH值为6.5-8.5。因酸性水进入锅炉，会使金属产生酸性腐蚀，因此要求给水的pH7。锅水的PH值要求控制在10-12之间。水质指标及水质标准4工业锅炉常用的水质标准 我国现行的工业锅炉水质(GB15762001)是2001年1月1日由国家技术监督局发布、2001年10月1日开始实施的国家标准，它总结了1985、l996年国家标准总局颁布的GBl57685及GBl5761996国家标准的执行情况，并参照了国外一些国家的中小型锅炉水质标难而制定出来的。从执行情况看，这个水质标准基本符合我国的水处理技术水平，对确保锅炉安全经济运行起到了积极的指导作用。水质指标及水质标准蒸汽锅炉和汽水两用锅炉的给水采用锅外化学水处理时的水质标准蒸汽锅炉和汽水两用锅炉的给水采用锅外化学水处理时的水质标准水质指标及水质标准热水锅炉的水质标准蒸汽锅炉和汽水两用锅炉采用炉内加药水处理时的水质标准蒸汽锅炉和汽水两用锅炉采用炉内加药水处理时的水质标准离子交换水处理及其设备4离子交换及离子交换剂（1）离子交换概念 离子交换是离子交换剂上可交换的离子与溶液中离子间发生的交换反应的过程。此时溶液中的某种离子取代了离子交换剂上的可交换离子，而吸着在其上，交换剂上可交换离子则进入溶液。离子交换法是目前普遍使用的、去除水中离子状态杂质的一种水处理方法。离子交换水处理及其设备 （2）离子交换反应 具有应用价值的离子交换剂，不仅能够与水中的离子进行交换，并且达到交换容量不能再继续交换时，可通过相反的交换反应，使其恢复交换能力，转化为所需的形式，这个过程叫做离子交换剂的再生。所以离子交换反应是一个可逆过程，而且是按等一份基本单元物质的量规则(即过去的等当量)进行的。例如，阳离子交换反应可用下列式子表示离子交换水处理及其设备 （3）离子交换剂的种类 日前，在工业锅炉水处理中使用的离子交换剂，主要有磺化煤和离子交换树脂两种。磺化煤由褐煤或烟煤用发烟硫酸和浓硫酸处理(叫做磺化)而制得。由于它的交换性能及机械强度都较差，所以现在已很少使用。而大部分水处理单位都采用离子交换树脂。离子交换水处理及其设备（4）离子交换树脂 离子交换树脂是一种具有可交换离子，能同溶液中阳(或阴)离子发生交换的高分子化合物。工业水处理中常用的离子交换树脂，是由苯乙烯和二乙烯苯聚合成的、经专门处理的粒状球体。苯乙烯是一种能够聚合成链状高分子(聚乙烯苯)的有机物；二乙烯苯是能够在链状高分子有机化合物间起架桥作用的有机物(叫交联剂)，它们互相作用形成具有一定立体结构的骨架基体，这种骨架经过磺化或胺化处理，使骨架带上交换基团，这样就能与水中的离子发生交换反应：离子交换水处理及其设备 强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂颗粒的微观结构如图所示，它是由苯乙烯和二乙烯苯的共聚体为骨架组成的立体结构，其空间被结合水所充满。这种结构类似排布错乱的蜂巢。在树脂内形成纵横交错的“孔道”，离子交换基团就分布在孔道的骨架上。水中的离子通过孔道到达交换位置进行交换反应，交换下来的离子由孔道扩散到水中，从而完成了离子交换的全部过程。离子交换水处理及其设备 阳离子交换树脂和阴离子交换树脂 阳离子交换树脂是能与水中阳离子发生交换反应的树脂。当树脂上可交换离子为H时，称H型阳离子交换树脂，由于其电离度的不同又分为强酸性(阳离子交换)树脂和弱酸性(阳离子交换)树脂。阴离子交换树脂是能与水中阴离子发生交换反应的树脂。当树脂上可交换离子为OH+时，称OH型阴离子交换树脂由于其电离度的不同，又分为强碱性(阴离子交换)树脂和弱碱性(阴离子交换)树脂。离子交换水处理及其设备工业水处理常用的离子交换树脂的分类见下表工业水处理常用的离子交换树脂的分类见下表离子交换水处理及其设备 （5）离子交换反应遵守以下基本原则 等当量交换的原则 水中的离子与交换剂上的离子交换时，它们是等当量交换的。如钠离于交换，水中l克当量的硬度，只能从交换剂上交换1克当两的钠。离子交换反应符合质量作用定律 根据质量作用定律，化学反应速度与反应物浓度的某一次方的乘积成正比。如化学反应式为：离子交换水处理及其设备则正反应速度为：逆反应速度为：平衡常数为：离子交换水处理及其设备4阳离子交换软化水原理（1）钠离子交换软化法 碳酸盐硬度软化过程：非碳酸盐硬度软化过程：离子交换水处理及其设备由上述反应可见：经钠离子交换后，水中的钙、镁盐度变成了钠盐，因此水中的硬度消除了；原水中的重碳酸盐碱度均转变为钠盐碱度，所以，交换前后水中碱度保持不变；由于钙离子和镁离子的当量都小于钠离子的当量，故交换后水中的含盐量稍有增加钙当量=20镁当量=12.15钠当量=23离子交换水处理及其设备 由以上分析可以得知，对于硬度很高的原水，单纯进行钠型软化，虽然硬度消除了，但是会使软化后的水质含盐量增加很多。对于碱度较高的原水，单纯进行钠型软化，会使软化后的水质，仍然保持原来的碱度，这种较高的碱度和含盐量，对提高锅水质量和蒸汽质量都是不利的。因此，对于高硬度或高碱度的水质，不宜使用此法软化，而必须采用部分钠离子交换法或氢一钠联合处理，甚至进行部分除盐或全部除盐处理。离子交换水处理及其设备部分钠离子软化水 部分原水经过钠离子交换器除去硬度，留下碱度，另一部分原水不经过钠离子交换器直接进入锅炉。这样可以利用前一部分水中保留下来的碱度，对后一部分水中的硬度进行锅内处理。因此，部分钠离子交换软化法是一种锅内和锅外相结合的水处理方法。离子交换水处理及其设备 部分钠离子交换软化法原理 钠离子交换剂失效后要用食盐NaCI处理，才能够使它继续工作：离子交换水处理及其设备（2）氢离子交换软化法 碳酸盐硬度软化过程：非碳酸盐硬度软化过程：离子交换水处理及其设备 由以上化学反应可见：水中的碳酸盐硬度转变成了水和二氧化碳，所以氢离子交换还有除盐的作用，其除盐的量与原水的碳酸盐硬度的当量数相等。氢离子交换后，非碳酸盐硬度转变为游离酸，产生的酸量与原水中非碳酸盐硬度的当量数相等。离子交换水处理及其设备 氢离子交换剂失效后，用1.5-2的硫酸进行再生，再生反应为：由于氢离子交换软化水是酸性的，不能直接作为锅炉给水。而钠离于交换软化水是碱性的，因此当原水的碳酸盐硬度大时可采用氢一钠离子联合工作的系统，可使软化水中没有酸性，并保持合适的碱度。离子交换水处理及其设备（2）铵离子交换软化法 碳酸盐硬度软化过程：重碳酸铵在锅内受热分解：离子交换水处理及其设备 非碳酸盐硬度软化过程：硫酸铵和氯化铵在锅筒中受热分解形成酸：离子交换水处理及其设备 可见，与氢离子交换一样非碳酸盐硬度软化后；也形成酸所以铵离子交换必须与钠离子交换联合使用。铵-钠离子交换和氢-钠离子交换在工作原理及产生的效果上都相同，但也有不同之处，铵-钠离子交换的除碱、除盐效果，必须在软水受热后才呈现，软化水酸性也是在受热后才呈现。铵-钠离子交换处理的水产生氨气，对铜制的设备和附件产生腐蚀作用。离子交换水处理及其设备 铵离子交换剂失效后，用铵盐溶液进行再生，再生反应为：离子交换反应时发生于交换剂和溶液界面之间的可逆反应，不论是软化反应，还是再生反应，都是离子交换剂与溶液中离子间化学平衡的建立和推移过程。离子交换水处理及其设备4树脂层离子交换规律 （1）交换器内树脂的型态 以钠离子交换为例含钙、镁离子的水经过树脂层后，由于离子交换反应的发生，在整个床层末完全失效前树脂层可分为三个区域：失效层（饱和层）、工作层（交换层）和未交换层（保护层）。离子交换水处理及其设备 在交换器运行中三个区域变化情况如下：失效层不断扩大，工作层不断下移，末交换层不断缩小。交换器运行过程，就是工作层不断下移的过程，当工作层移到交换器底部时，水中的硬度成分开始漏出，出水水质开始恶化，此时称为交换器失效或达运行终点。工作层越薄，树脂的利用率越高，工作交换容量越大。离子交换水处理及其设备（2）水质变化曲线 交换器内树脂层型态的变化情况是难以测定的，但是可以通过交换器出水水质的变化来反映树脂层的型态变化。离子交换水处理及其设备 在运行中交换剂层的厚度是评价交换器运行效果的重要指标。工作层越厚，钙、镁离子穿透越早，曲线拖尾越长，交换剂的交换容量越低。影响工作层厚度的因素主要有：水的原始硬度大小、水通过交换剂层的流速、交换剂粒径、交换剂的再生程度。离子交换水处理及其设备4离子交换剂的再生 在离子交换水处理中，再生这一环节具有特殊意义。树脂再生的好坏，不仅对其工作交换容量和交换器出水水质有直接影响，而且再生剂的用量在很大程度上决定着水处理成本。根据软化操作中原水的流动方向与再生操作中再生剂流动方向的不同，将再生方式分为顺流再生和逆流再生两种方式。离子交换水处理及其设备（1）顺流再生 顺流再生是软化时原水的流动方向与再生时再生剂的流动方向相同的再生方法。这是一种传统的再生方法，其优点是：装置简单、操作方便；其存在的 缺点是：再生剂利用率不高、树脂工作交换容量偏低、出水质量差等。离子交换水处理及其设备 （2）逆流再生 逆流再生 是指软化时原水的流动方向与再生时再生剂的流动方向相反的再生方法。逆流再生可以用较少的再生剂取得较高的再生效率；逆流再生后投入运行时，含硬度成分较大的水首先接触再生程度较差一些的树脂，随着水质变好，接触的树脂再生程度也越来越高了，最后经过再生程度最高的树脂层，所以出水水质高且非常稳定。离子交换水处理及其设备 离子交换器在运行或再生过程中，必须保持树脂层处于静止状态。如果树脂层发生扰动，就会破坏树脂工况，致使出水水质恶化，这种现象称为“乱层”。顺流再生不易发生乱层，所以交换器构造可以比较简单，操作也方便。逆流再生时，如果操作不当，容易发生乱层。这就需要在设备结构和操作方法上采取相应的措施，因此，逆流再生设备构造和操作方法都比较复杂。离子交换水处理及其设备4离子交换器及其运行 进行离子交换反应的设备称为离子交换器。根据离子交换器运行方式的不同，离子交换器可分为下面几种类型：离子交换水处理及其设备 固定床是离子交换器中最基本的一种装置，离子交换树脂装填在离子交换器内，在操作过程中，原水的软化和交换剂的再生是在同一装置内不同时间里分别进行的，所以称为固定床。连续床是离子交换树脂在动态下运行的一种装置，并且原水的软化和交换刑的再生是在不同装置内同时进行的，连续床是与固定床相对而言的，并且在固定床基础上改进和发展起来的。离子交换水处理及其设备（2）顺流再生离子交换器 顺流再生离子交换器的结构 顺流再生离子交换器的结构如图所示。它的管路系统主要由排气管、进水管、出水管、反洗进、排水管、正洗排水管、再生液进液管及阀门等组成。整体装置主要有：交换器本体、进水装置、排水装置和进再生液装置。离子交换水处理及其设备离子交换水处理及其设备 顺流再生离子交换器的进水装置的作用是：交换器运行时使进入离子交换器的水分配均匀，水流不致冲击交换剂层表面，保持交换剂层表面的平整；反洗时，通过进水装置将集留的悬浮物和破碎的树脂随反洗水排出体外。离子交换水处理及其设备 顺流再生离子交换器排水装置的作用是：在交换器运行时起均匀排水的作用；反洗时起均匀配水的作用。常用的排水装置：多孔板水帽式、穹型板垫层式离子交换水处理及其设备顺流再生离子交换器的进再生液装置的作用是：保证再生液均匀的分布在交换剂层中离子交换水处理及其设备 顺流再生离子交换器的工作过程主要有：反洗一再生一置换一正洗一运行(离子交换)等五个步骤：离子交换水处理及其设备 反洗 反洗操作是从交换器底部的排水装置进水，水流自下而上地通过树脂床层，使之膨胀，树脂处于活动状态。反洗的目的是：松动被压实的树脂层；通过水流的冲刷和树脂颗粒的摩擦，除去附着在树脂表面的悬浮杂质；排除破碎树脂和树脂层中积存的气泡。再生 再生的目的是使失效的离子交换剂恢复其软化能力。是将58的食盐水溶液再生剂以5m/h左右的流速，自上而下地通过树脂层。再生液与树脂层的接触时间，一般要保证在3060min内。离子交换水处理及其设备 置换、正洗 再生操作结束后，在树脂床层上部的空间以及树脂层中间存留着尚未充分利用的再生剂，为了进一步发挥这部分再生液的作用，在停止输送再生液后，仍利用再生液管道，继续以再生过程中相同的流速输入清水或软化水，将这部分再生液逐渐排挤出去。这一操作称为置换。置换只能将交换器内的再生剂顶出。残留在树脂颗粒中及其表面上的大量的钙、镁离子需要进一步冲洗、清除。所以置换结束后，以交换过程的进水方向及相近的流速用清水和软化水投入正洗过程，以彻底清除树脂层内的再生产物和残留的再生剂。离子交换水处理及其设备 运行 离子交换器的运行，水流速度是一个重要条件。进水流速与进水水质、出水水质的要求、出水水量、水流通过交换剂层的阻力损失及运行周期等因素有关 顺流再生离子交换器的管、阀系统如图所示。离子交换水处理及其设备 （2）逆流再生离子交换器 逆流再生离子交换器的结构 逆流再生离子交换器的主要结构和交换器外部的管路系统如图所示，它基本上与顺流再生交换器相同，但在结构上具有以下特点：再生液改为由下部进入交换器，不另设进再生液的装置，利用底部排水装置进再生液；大直径的离子交换器，为了防止树脂乱层，需在项部设进气管，以压缩空气顶压；设置中间排液装置(简称中排装置)，其主要作用是排出再生废液，并作为反洗中排以上压实层（即小反洗）的排水装置。离子交换水处理及其设备离子交换水处理及其设备逆流再生离子交换器的中排装置离子交换水处理及其设备 逆流再生方法 逆流再生的关键就是再生过程中保证树脂不乱层。为此，除在交换器结构上采取相应措施外，再生过程中的操作条件也是十分重要的。目前采用的方法有两种，即气顶压法和水顶压法。气顶压法再生过程离子交换水处理及其设备水顶压法再生过程离子交换水处理及其设备 逆流再生离子交换器的工作过程主要有：小反洗顶压再生逆流冲洗小（反）正洗正洗运行(离子交换)等几个步骤：逆流再生离子交换工艺中，在通常再生时，只反洗树脂层表面的压脂层，以保持下部树脂的层次稳定，获得较高的再生效率。但是，长时间的运行后，下部树脂会不断被压实(少部分被压碎)或因积有悬浮物而结块，造成水流阻力过大，甚至出现偏流现象从而影响树脂的工作交换容量和降低出水质量，以及使再生剂比耗增高。为此，经过数个周期运行后，一般要进行整个床层的反洗，称为大反洗。大反洗的周期与进水浊度有关，一般经过1020个运行周期大反洗一次。大反洗后，因树脂床层次被破坏，需增加再生剂用量的50100，或采用连续进行两次再生的方法来恢复树脂的再生度。离子交换水处理及其设备 逆流再生系统的管阀系统如图所示。逆流再生工艺的优点是：再生剂比耗低 出水质量好 工作交换容量高 逆流再生工艺的缺点是：设备复杂，增加了设备费用 操作步骤多，运行比较麻烦离子交换水处理及其设备 （3）浮床离子交换器 浮床离子交换器一般简称为浮床，它也是逆流再生方式的一种。其运行和再生时的水流方向恰好与固定床逆流再生相反，即运行时，水流方向是自下而上，同时将树脂层托起，这就是浮床名称的来历。再生时，再生剂自上而下流动。浮床离子交换器的结构 离子交换水处理及其设备 底部进水装置 对于直径小于1.5m的小型离子交换器，一般多采用孔板水帽式或孔板滤网式进水装置。为缓冲进水的冲力，通常在进水管出口处加装挡板。对于大型离子交换设备，则较多采用穹形孔板加石英砂垫层的形式。顶部出水装置 小型设备仍以采用孔板水帽式或孔板滤网式为宜，大型设备多选用弧形支管式。离子交换水处理及其设备 浮床离于交换器的运行 浮床离于交换器运行过程为：运行落床再生再生液排空(或置换)起床清洗，清洗合格后送水。定期进行体外清洗。离子交换水处理及其设备浮床离子交换器的优缺点 浮动床属于逆流再生的一种，除具有逆流再生“出水质量高、盐耗低、水耗低”的优点之外，其还有一些独特的优点：树脂的空间利用率高,且允许高流速运行，这不仅提高了单位时间的制水量，也增长了运行周期。浮动床再生方式不会引起树脂的乱层，且省去了易损坏的中排装置，所以操作简单，运行可靠。浮动床离子交换器存在以下缺点：浮动床不能进行自身反洗。因其树脂装填量较高，没有反洗空间，需单设体外反洗罐进行体外反洗，增加设备的投入。对原水悬浮物含量要求高。因其不能进行体内反洗，对进水悬浮物要求小于2mg/L，否则会增加反洗次数、水耗增大。离子交换水处理及其设备 （4）连续床离子交换设备 连续式离子交换装置可分为两类：基本连续式移动床和完全连续式流动床两类，它们又有单塔式、双塔式和三塔式三种。单塔式是将交换、再生、清洗三个塔叠置成一个塔，它流程简单管道少，但是高度较高也给运行和检修带来不便。双塔式是将交换塔单独设置，而再生和清洗两个塔合成了一个塔，叫做再生清洗塔。三塔式即交换、再生、清洗三个塔各自设置，用管道相互联接成一套连续式离子交换设备。离子交换水处理及其设备 移动床离子交换设备 移动床指交换器中的交换层在运行中是呈周期性运动的即定期地排出一部分已失效的树脂和补进等量再生好的新鲜树脂。被排出失效树脂的再生过程，是在另一专用设备中进行的。所以在移动床系统中，交换和再生过程是分别在专用设备中同时进行的，供水基本上是连续的。离子交换水处理及其设备 三塔式移动床是移动床系统中的典型，它是由交换塔、再生塔和清洗塔组成的，其系统如图所示离子交换水处理及其设备 流动床离子交换设备 移动床离子交换工艺过程中有起床、落床的动作因此它的生产过程并不是完全连续的。而且由于要进行这些操作，自动控制的程序比较复杂。流动床使离子交换过程完全是连续式的，这样既可保证连续供水，又可简化自动控制的设备。离子交换水处理及其设备 图示是敞开式交换塔流动床系统，主要设备为交换塔和再生清洗塔。整个工艺流程分为交换，再生和清洗三个部分。锅内加药水处理4锅内加药水处理是通过向锅炉给水或锅内投加一定数量的药剂，与锅炉给水中的结垢物质(主要是钙、镁盐类)发生一些化学或物理化学作用，生成松散的水渣，通过排污从锅内排出，从而达到减缓或防止锅炉结垢的目的。这种水处理方法主要是在锅内进行的，故称为锅内加药处理法。4锅内加药水处理的处理对象是已进入锅炉的水，处理特点是反应过程在锅内进行。引狼入室-存在一定风险性！锅内加药水处理4锅内加药处理包括以下两种：单独的锅内加药处理 作为锅外水处理补充和后续手段的锅内加药处理 可见，锅炉用水是否进行过锅外水处理，都必须进行锅内加药处理；以上两类锅内水处理在目的及技术措施上并无差别，但使用场合及技术要求不同。锅内加药水处理4锅水中沉淀物的形态及改变的方法 （1）锅水中沉淀物的形态 锅炉运行时锅水中形成沉淀物质的现象是不可避免的，但是在不同的外界条件下，可能生成多种形态的沉淀物质，这些物质沉积在锅炉传热面上时，即生成水垢若悬浮在锅水中则称为水渣。水渣又有流动性好与流动性差之分。流动性好的水渣可通过排污除去，流动性差的水渣易在锅炉热负较高或锅水循环缓慢的地方沉积下来，再次形成水垢，称为二次水垢。锅内加药水处理（2）改变锅水中沉淀物的形态的方法 锅内加药处理的目的之一就是设法使锅水中生成的沉淀物是粘附性差、流动性好的水渣。改变锅水中沉淀物形态的手段主要有：创造使水垢转变成水渣的条件：向锅水中引入形成水渣的结晶核心；创造锅炉受热面的清洁条件，阻碍水垢结晶萌芽的形成 投加高分子聚合物，使其在锅内与钙、镁等离子发生络合，减少锅水中的钙、镁等离子浓度，使它们难以达到溶度积，延缓沉淀物的生成锅内加药水处理 使沉淀析出的固体微粒表面与受热金属表面具有相同的电荷，或使受热金属表面形成电中性绝缘层。从而破坏它们之间的静电作用。有效地控制结晶的离子平衡，使锅水易结垢离子向着生成水渣方向移动。创造有利于水循环和加速水循环的条件，以破坏水垢晶体的沉积过程。锅内加药水处理4国内常用水处理药剂的种类 （1）防垢剂防垢剂 主要是用来消除给水中的硬度，其中的碱性药剂是使它转变成为水渣；也有的药剂能改变水渣的性质，使其不易在蒸发面上粘附成为水垢。（2）降碱剂降碱剂 主要是用来降低给水或锅水中的碱度，防止苛性脆化。（3）缓蚀剂缓蚀剂 主要是用来防止锅炉金属(水侧)的腐蚀。（4）消沫剂消沫剂 主要是用来防止锅水发生起沫或汽水共腾，可提高蒸汽品质 （5）防油垢剂防油垢剂 主要是用来吸附锅水中的油脂，以防止难以清除的含油水垢的结生锅内加药水处理4锅内加药处理的加药方法 （1）间断加药和连续加药。间断加药是每间隔一定时间，向给水或锅水中加药一次的方法。这种方法不需复杂的加药设备，加药方便，操作简单。但在锅炉运行过程中，锅水的药液浓度变化很大，会出现某些水质指标过低或过高的现象，给锅水监督带来麻烦，所以这种方法仅适合于低压小容量的锅炉。连续加药是药液以一定浓度，连续地加到给水或锅水中的方法。这种方法是将药剂先配制成一定浓度的溶液，通过加药装置进行定量加药。所以锅水的药液浓度始终保持均匀水质指标保持平稳。但需要一套加药设备。锅内加药水处理 （2）锅外加药和锅内加药。锅外加药是将药剂加入水箱(池)中，有干法和湿法之分。锅内加药是将药剂直接加入锅炉的省煤器或汽包内的方法。这种方法适用于没有设置水箱或需准确定量加药的锅炉。对于在空气中不稳定的药剂也适宜这种方法锅内加药水处理4加药装置与系统锅内加药水处理锅内加药水处理锅内加药水处理4锅炉排污 有杂质的给水进入锅炉以后，随着锅水的不断蒸发浓缩，水中的杂质浓度逐渐增大，当达到一定限度时，就会给锅炉带来不良影响，为了保持锅水水质的各项指标在标准范围内，就需要从锅内不断地排出含盐量较高的锅水和沉积的水渣，并补人含盐量低而清洁的给水，以上作业过程，称为锅炉的排污。锅内加药水处理 排污的目的在于：排除锅水中过剩的盐量和碱类等杂质，使锅水各项水质指标，始终控制在国家标准要求的范围内。排除锅内生成的水渣。排除锅水表面的油脂和泡沫。锅内加药水处理 排污的方式有连续排污和定期排污两种：连续排污：连续排污又叫表面排污。这种排污方式，是从锅水表面，将浓度较高的锅水连续不断地排出。它是降低锅水的含盐量和碱度，以及排除锅水表面的油脂和泡沫的重要方式。定期排污：定期排污又叫间断排污或底部排污。定期排污是在锅炉系统的最低点间断地进行的，它是排除锅内形成的泥垢以及其他沉淀物的有效方式。另外，定期排污还能迅速地调节锅水浓度，以补连续排污的不足。小型锅炉只有定期排污装置。锅内加药水处理4锅炉排污装置连续排污装置定期排污装置磁化水处理4磁化法就是使水流过一个滋场，与磁力线相交，水受磁场外力作用后，使水中的钙、镁盐类不生成坚硬水垢，大部分都生成松散泥渣，随排污排出。进行磁化法的水处理设备勒为“磁水器”。水经磁水器后，其化学成分并未改变水并未软化，进入锅炉后仍生成松散的水垢或泥渣故不应将磁水器称为软水器。4按产生磁场的能源和结构方式，磁水器主要可分为两 大类，即永磁式磁水器(靠永久磁铁产生磁场)及电磁式磁水器(靠通入电流而产生感应磁场)。磁化水处理（1）永磁式磁水器所用的磁铁块一般都是用恒磁铁氧体制成。恒磁铁氧体是不含镍、钴等贵重金属的永磁材料，其分子式为MO.nFe3O4，其中M为钡、锶、铅等金属的一种，最常用的为钡及锶，分别称为钡铁氧体及锶铁氧体。用锶铁氧体制成的永磁式磁水器性能好，但其价格比钡铁氧体贵。永磁式磁水器结构图磁化水处理 （1）电磁式磁水器除结构与永磁式不同外、其他方面均与永磁式相同。电磁式磁水器按所使用的电源分有直流式和交流式；按其绕线方式分有内绕式和外绕式。外绕式比内绕式易于制造交流电源又比直流电源方便，故目前所用的电磁式磁水器多为交流外绕式。外绕电磁式磁水器结构图锅炉给水除氧4锅炉氧腐蚀 在给水系统中，若同时含有O2和CO2时，会显著加速金属材料的腐蚀。这是因为O2的电极电位高，易形成阴极，侵蚀性强的CO2使水呈微酸性，破坏保护膜，这种腐蚀特征往往是金属表面没有腐蚀产物，而是随着O2含量的多少呈或大或小的溃疡状态，且腐蚀速度很快。在回水系统和 热网水系统中，都有可能发生O2和CO2同时存在的腐蚀。对于给水泵，因其是除氧器后的第一个设备，所以当除氧不彻底时，更容易发生这类腐蚀，因为在这里还具备两个促进腐蚀的条件：温度高、轴轮的快速转动使保护膜不易形成。锅炉给水除氧4锅炉氧腐蚀的防止 氧的浓度是锅炉氧腐蚀的主要影响因素。要防止氧腐蚀，主要的方法是减少水中溶解氧的含量。使给水的含氧量降低到最低水平的方法，主要 有热力除氧法、解析除氧法与化学除氧法锅炉给水除氧4热力除氧 （1）热力除氧的原理 根据亨利定律，一种气体在液相中的溶解度与在气液分界面上气相中的平衡分压成正比。在敞开设备中，提高水温可使水面上蒸汽的分压增大，其他气体的分压下降，则这些气体在水中的溶解度也下降，因而不断从水中析出。水温达到沸点时，水面上水蒸气的压力和外界压力相等，其他气体的分压则为零。此时，溶解在水中的气体全部逸出。利用亨利定律，在敞开设备中将水加热到沸点，使水沸腾，这样水中溶解的氧就会解吸出来。这就是热力除氧的原理。由于二氧化碳在水中的溶解度也同样是随着水温提高而降低，因此，当水温到达沸点时，水中二氧化碳气体同样被解吸出来。所以热力法不仅可除去水中溶解氧，也能同时除去大部分溶解二氧化碳气体、氨及硫化氢等腐蚀性气体。锅炉给水除氧 （2）热力除氧器 热力除氧器的功能是把要除氧的水加热到除氧器工作压力相应的沸腾温度，使溶解于水中的氧和其他气体解吸出来。在热力除氧器中，为了使氧解吸出来，除了必须将水加热至沸点以外，还需要在设备上创造必要条件使气体能顺利地从水中分离出来。因为水中溶解氧必须穿过水层和汽水界面，才能自水中分离出来。所以要使解吸过程能较快地进行，就必须使水分散成小水滴，以缩短扩散路程和增大汽水界面。热力除氧器，就是按照将水加热至沸点和使水流分散这两个原则设计的一种设备。锅炉给水除氧 热力除氧器的分类 热力除氧器按其工作压力不同，可分为真空式、大气式和压力式三种。真空式除氧器的工作压力低于大气压力；大气式除氧器的工作压力稍高于大气压力，常称为大气式除氧器；压力式除氧器的工作压力高于大气压力。热力除氧器按结构形式分为：淋水盘式、喷雾填料式、膜式等。锅炉给水除氧 喷雾式除氧器是在将水喷成雾状的情况下进行热力除氧的一种设备。它的工作原理是当除氧器空间成雾状时，有很大表面积，非常有利于氧从水中逸出。在实际运行时，喷雾式除氧器往往不能获得良好的除氧效果，这是由于水在除氧过程中，大约有90溶解气体变成小气泡逸出，其余10要靠扩散作用，自水滴内部扩散到水滴表面后，才能被水蒸气带走。当水呈雾状时，对于水中小气泡的逸出是有利的，因为气泡通过的水层很薄，但对于溶解气体的扩散过程却很不利，因为微小的水滴具有很大的表面张力，溶解气体不容易扩散通过小水滴的表面。为此，喷雾式热力除匀器应结合其他除氧方式，才能保持其良好效果。锅炉给水除氧 淋水盘式除氧器的主要构成为除氧头和贮水箱。除氧器的除氧过程主要是在除氧头中进行的，凝结水、各种疏水和补给水，分别由上部的管道进入，经过配水盘和若干筛状多孔盘，分散成许多股细小的水流，层层下淋。加热蒸汽从除氧头下部引入，穿过淋水层向 上流动。这样，当水和蒸汽接触时就发生水的加热和除氧过程。从水中解吸出的氧和其他气体随着多余的蒸汽自上部排汽阀排走。经除氧的水流入下部贮水箱中。锅炉给水除氧4解析除氧 使含有溶解氧的水与不含氧的气体强烈混合，利用浓差扩散的原理，以达到除氧的目的，称为解析除氧。解析除氧系统如图所示。锅炉给水除氧4化学药剂除氧 将化学药剂加入水中与水中的氧起化学反应，而除去氧气的方法称为化学除氧。常用的化学除氧药剂有：联胺、亚硫酸钠、二氧化硫及氢氧化亚铁等。（1）亚硫酸钠除氧反应方程 （2）联胺除氧反应方程锅炉给水除氧4钢屑除氧 钢屑除氧是使含有溶解氧的水流经装钢屑的过滤器，由于钢屑被氧化，而将水中的溶氧除去，其反应为：复习思考题4锅炉给水为什么要进行处理？4锅内水处理的目的是什么?简述其处理经过。4锅外水处理的目的是什么？有几种方式?4什么叫水的碱度?4什么叫硬水、软水、除盐水?4什么叫水的硬度?4锅炉连续排污和定期排污的作用是什么?复习思考题4自然界中的水大体可以分为几种？为什么说自然界中没有纯净的水?4钠离子交换法的原理是什么?4软化器中的离子交换过程是怎样进行的?4给水为什么要进行除氧？结水除氧的方法有几种？4排污的目的是什么？排污的方法有几种？4什么叫逆流再生？逆流再生有哪些优点？