摘  要：本文著重討論了供熱系統(tǒng)中應(yīng)用的水處理設(shè)備機(jī)理及特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際找出最佳水處理方案，以節(jié)約能源。 
       關(guān)鍵詞：供熱親統(tǒng)；水處理；設(shè)備應(yīng)用 
        1   前言 
        我們公司供熱系統(tǒng)分直接供熱和間接供熱兩種方式。供熱系統(tǒng)的水質(zhì)監(jiān)督及水處理是保障鍋爐及換熱設(shè)備安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要措施之一。鍋爐給水如不處理或處理不當(dāng)，在受熱面上就會(huì)結(jié)生水垢，不僅使熱效率降低、檢修清理困難，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)氯軣崦婀艿?，引起鍋爐爆管。二級網(wǎng)水質(zhì)處理不好，會(huì)使換熱器換熱效率降低，影響供熱質(zhì)量。因此，加強(qiáng)水質(zhì)監(jiān)督，做好水處理工作對提高鍋爐運(yùn)行效率、延長鍋爐使用年限、提高換熱設(shè)備換熱效率、節(jié)約能源等都具有重要意義。
        我公司已應(yīng)用的水處理設(shè)備有離子交換器、電子除垢儀、內(nèi)磁除垢器、高效過濾器等幾種設(shè)備。這幾種設(shè)備的機(jī)理、特點(diǎn)、選用條件各不相同，因此，探討其防垢機(jī)理與特點(diǎn)，以及在實(shí)際應(yīng)用中注意的問題，其意義是非常明顯的。 
        2  離子交換機(jī)理 
        雙電層理論認(rèn)為，在離子交換劑的高分子表面上存在著與膠體表面相似的雙電層。結(jié)合在高分子表面上的離子不能自由移動(dòng)，稱為固定離子層或吸附層；其外部離子能在一定范圍內(nèi)自由移動(dòng)，稱為可動(dòng)離子層或擴(kuò)散層。與內(nèi)層離子符號相同的離子稱為同離子，符號相反的稱為反離子。固定離子層中的同離子是依靠化學(xué)鍵結(jié)合在高分子的骨架上，其層中的反離子是依靠異性電荷的吸引力被固定。在可動(dòng)離子層中的反離子，由于受到異性電荷的引力較小，熱運(yùn)動(dòng)比較顯著，所以這些反離子有自高分子表面向溶液中逐漸擴(kuò)散的現(xiàn)象。這些反離子在溶液中能自由移動(dòng)，并與溶液中的其他反離子互換位置，即進(jìn)行離子交換。 
        2.1鈉離子交換軟化法特盧、及注意事項(xiàng)鈉離子交換軟化法既可除去暫硬、又可除去永硬，處理后水的殘余硬度可降到0.01一0. 03 mmol/L，甚至更低。但主要缺點(diǎn)是不能除堿。運(yùn)行中小型鍋爐及二級網(wǎng)供熱系統(tǒng)，在實(shí)際交換過程中，如果出水質(zhì)量過早地惡化，往往或是由于交換劑層高度不夠，或是流量控制不當(dāng)，或是交換劑的工作交換容量不足引起的。了解這幾項(xiàng)在實(shí)際運(yùn)行中和哪些因素有關(guān)是很有必要的。 
        (1)交換劑層高度。實(shí)際運(yùn)行中，交換劑層的高度必須大于其工作層高度，且劑層高度越高，交換過程進(jìn)行得越徹底，出水質(zhì)量越好，離子交換器的工作時(shí)間越長。但是，如果交換劑層太高，勢必增加劑層阻力，加大交換器的壓力損失。因此，實(shí)際交換劑層高度的選取要根據(jù)交換流量選取大小。交換劑的性能、原水水質(zhì)和對出水水質(zhì)的要求以及交換方式等具體取用適當(dāng)?shù)臄?shù)值。通常樹脂層高度取為1.0--1.5m. 
        (2)交換流速。在劑層高度一定的條件下，交換流速可表示為被處理水與交換劑的接觸時(shí)間。交換流速太大，由于接觸時(shí)間太短，交換過程中的離子來不及進(jìn)行擴(kuò)散，而使出水質(zhì)量下降；另外，流速過大，劑層阻力增加，交換器的壓力損失增大。所以，交換流速過大是不適宜的。但是流速太小也不好，一是影響設(shè)備的出力；二是反應(yīng)產(chǎn)物不能及時(shí)排出，反離子的存在則會(huì)妨礙交換反應(yīng)的進(jìn)行，從而也不能獲得良好的出水水質(zhì)。表1為交換流速推薦值。 
        (3)工作交換容量。交換劑的工作交換容量與許多因素有關(guān)。如：交換劑的性能、再生情況、原水水質(zhì)、水溫、水的pH值、運(yùn)行流速以及對出水的質(zhì)量要求等等。當(dāng)上述條件一定時(shí)，交換器的水力特性，如交換劑和石英砂墊層的顆粒是否均勻，能否均勻布水、有無水流死區(qū)或偏流現(xiàn)象等，也對工作交換容量有很大影響。另外，交換劑顆粒的碎裂和流失以及交換劑的污染、中毒也會(huì)影響其工作交換容量。因此，運(yùn)行中應(yīng)找出交換劑工作交換容量降低的原因，采取相應(yīng)的措施以確保出水質(zhì)量和設(shè)備出力。

 

表1鈉離子交換器的推薦流速

        3    高強(qiáng)度內(nèi)磁除垢器的防垢機(jī)理 
        用以抑制或清除污垢的物理方法及其相應(yīng)的裝置有磁化器、高頻水改器、電子防垢儀和高壓靜電水處理器、超聲波水處理器等。總的來講它們都是用不同的物理場效應(yīng)，改變水或水中雜質(zhì)的某些物理化學(xué)性質(zhì)，以阻抑水垢的生成。我公司幾年來應(yīng)用過的有高強(qiáng)內(nèi)磁防垢器、電子防垢儀等設(shè)備。高強(qiáng)度內(nèi)磁除垢器的防垢機(jī)理，可做如下解釋和描述。 
        3.1 高強(qiáng)度內(nèi)磁除垢器 
        高強(qiáng)度內(nèi)磁除垢器，因磁棒采用高強(qiáng)度、高密度磁力合金材料通過巧妙的排列組合而成。當(dāng)水流通過除垢器時(shí)會(huì)環(huán)繞磁棒做螺旋流動(dòng)，螺旋流動(dòng)的水流與磁棒形成的磁場構(gòu)成直角做切割磁力線運(yùn)動(dòng)。因此，水流中溶解的礦物質(zhì)和鹽類分子隨著一連串強(qiáng)烈震動(dòng)和振蕩而接受磁能，使環(huán)繞原子周圍軌道上的電子磁場（磁鏈）受到了干擾和破壞，導(dǎo)致磁鏈方向發(fā)生改變，而變更原子和分子的內(nèi)聚力，使分子結(jié)構(gòu)改變，最終導(dǎo)致這些分子群排列成同一方向，防止水垢的生成。同時(shí)此作用可使沉淀的水垢結(jié)晶逐漸溶解，并防止形成新的結(jié)晶。 
        (1)特點(diǎn)體積小，占地少，安裝方便，不需用耗能，無需人員管理，無運(yùn)行費(fèi)用。具有較好的防垢、除垢功能。 
        (2)使用中應(yīng)注意的問題 
        ①除垢器安裝位置盡量避免靠近其他具有磁場的設(shè)備（如電動(dòng)機(jī)等）； 
        ②最好每年清洗除垢器內(nèi)部一次。用高壓水沖出因磁力吸引的附著物。對連續(xù)運(yùn)行不間斷的系統(tǒng)，應(yīng)考慮安裝旁通管道，以便在不停機(jī)的情況下維修、清洗設(shè)備； 
        ③對水質(zhì)條件較差，懸浮物較多的水系統(tǒng)，建議不要選用。 
        4  高效纖維過濾器原理 
        高效纖維過濾技術(shù)采用了一種新型的軟填料—纖維束作為濾元，其濾料單絲直徑可達(dá)幾十um甚至IL F.cm，具有巨大的比表面積（D50:80000m²/m³ )，而且過濾阻力較小，打破了過濾精度由于濾料粒徑不能進(jìn)一步縮小的限制。微小的濾料直徑，極大地增大了濾料的比表面積和表面自由能，增加了水中雜質(zhì)顆粒與濾料的接觸機(jī)會(huì)和濾料的吸附能力，從而提高了過濾效率和截污容量；由于纖維束可以完全放松清洗恢復(fù)性能，使過濾性能不隨時(shí)間衰減；由于纖維束由纖維長絲制成，不掉毛且?guī)缀醪荒p，使濾料壽命達(dá)10年以上。GXZL型高效纖維過濾器，即為自助式過濾器。在過濾設(shè)備內(nèi)部設(shè)置自助式纖維密度調(diào)節(jié)裝置，該裝置不需額外動(dòng)力和附加操作，僅在正常過濾操作和反洗操作過程中通過水力完成對纖維層的壓縮和放松。在過濾操作時(shí)，能迅速（一般在l min內(nèi)）將濾層壓縮至所需狀態(tài)，而且絕不損傷纖維，也不會(huì)導(dǎo)致靠近活動(dòng)支撐裝置的纖維密度大于濾層主體密度的不利層態(tài)；在反洗操作時(shí)，無論濾層積泥量有多大，濾層被壓縮得多密實(shí)，均能迅速將濾層徹底疏松，而決不會(huì)損傷纖維，還能避免纖維向活動(dòng)支撐裝置上堆積從而有利于泥渣的排出。 
        4.1 特點(diǎn) 
        高效纖維過濾器可有效地除去水中的懸浮物，并對水中的有機(jī)物、膠體、鐵、鈣等有明顯的去除作用。具有過濾精度高，過濾速度快，截污容量大，占地面積小，噸水造價(jià)低，自耗水最低，不需更換濾元等優(yōu)點(diǎn)。我公司四區(qū)換熱站2001年安裝一臺(tái)生水高效過濾器。經(jīng)水樣分析，原水水樣懸浮物由60 mg/ L一降至3mg/L; Fe₂O₃由170μg/L降至20μg/L。效果明顯。 
        4.2 存在的問題 
        高效過濾器對反洗效果要求較高。由于采用的是纖維過濾，纖維絲很細(xì)，雜質(zhì)私附后必須用較強(qiáng)的風(fēng)力進(jìn)行沖洗，一旦沖洗效果不好，將直接影響過濾效果，并為以后的沖洗帶來更大的困難。 
        5   供熱系統(tǒng)水處理方案選擇 
        以惠天熱電滑翔地區(qū)水質(zhì)為例，經(jīng)測試，滑翔地區(qū)補(bǔ)給水中含有游離態(tài)鐵、鈣、鎂離子等雜質(zhì)。因此，運(yùn)行中系統(tǒng)有腐蝕鐵產(chǎn)物、鈣鎂垢存在，這些產(chǎn)物以及熱網(wǎng)管道內(nèi)生物菌等雜質(zhì)沉積在換熱器低溫側(cè)，隨著懸浮物在換熱器低溫側(cè)沉積量的增加，使其熱交換率降低，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)能耗加大，不利于節(jié)能。由于鍋爐房及換熱站環(huán)境條件的限制，以及水質(zhì)情況不同等諸多因素，上述三種水處理設(shè)備應(yīng)用后，效果明顯。根據(jù)水質(zhì)情況的不同，建議考慮以下方案。

        5.1  工藝流程 
        (1)原水～高效過濾器～離子交換器～水箱～補(bǔ)給水。 
        (2)循環(huán)系統(tǒng)采用內(nèi)置磁化器或靜電水處理器，輔以添加防腐阻垢劑。 
        5.2 工藝說明 
        (1)高效過濾器：通過過濾除去補(bǔ)給水中的游離態(tài)鐵及懸浮物。 
        (2)離子軟化器：去除水中鈣、鎂硬度，可防止結(jié)垢，也可提高水中的pH值降低腐蝕。 
        (3)磁化器或靜電水處理器：具有防垢、除垢功能，兼有殺菌、殺藻功效。 
        (4)防腐阻垢劑：控制循環(huán)水中微生物的繁殖， 具有阻垢、緩蝕功能。

        6   結(jié)論 
        通過對上述水處理設(shè)備機(jī)理及特點(diǎn)的探討，相信隨著水處理設(shè)備管理水平的不斷提高和對循環(huán)水質(zhì)要求的不斷提高，上述幾種水處理方法結(jié)合應(yīng)用會(huì)更加廣泛。從而更好地節(jié)約能源。 
        參考文獻(xiàn) 
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京：中國石化出版社，2004. 
        [2]李瑞揚(yáng)，呂藏．鍋爐水處理原理與設(shè)備[M]．哈爾濱：哈爾
濱工業(yè)大學(xué)出版社，2003 
        作者簡介：王偉（1969一），男，遼寧沈陽人，工程師，主要從事供暖的管理工作。