鍋爐自動消垢凈與水處理技術(shù)現(xiàn)狀介紹

專家姓名：朱明君　　類別：無酸型、無腐蝕、無清洗操作的高效清洗技術(shù)

鍋爐自動消垢凈與水處理技術(shù)現(xiàn)狀介紹
一、前言
為保證工業(yè)鍋爐安全、經(jīng)濟運行，對鍋爐給水品質(zhì)和水處理技術(shù)的要求越來越高。目前廣泛使用的爐外水處理設(shè)備鈉離子交換器雖然嚴格操作也能達到鍋爐給水水質(zhì)的要求，但因其操作繁瑣，分析結(jié)果受藥品質(zhì)量、化驗人員素質(zhì)、水平等諸多因素的影響，交換終點往往不能準確判定，從而不可避免地造成鍋爐結(jié)垢。鑒于這種狀況，科研人員經(jīng)過多年努力，成功研制出了新型爐內(nèi)水處理藥劑——自動消垢凈。該產(chǎn)品具有操作簡單、阻垢效率高、費用低等優(yōu)點，經(jīng)多年實際工業(yè)應(yīng)用，已逐漸被用戶接受、采用，成為一種理想的代替爐外水處理的鍋內(nèi)水處理藥劑。
二、鈉離子交換器及其基本工作原理
最早出現(xiàn)的連續(xù)式離子交換水處理設(shè)備是移動床和流動床，其主要特點是：離子交換的各主要過程，是在不同的設(shè)備中同時進行的，而在交換過程中，樹脂是移動或流動的。此類設(shè)備由于系統(tǒng)龐大，工藝流程較為復(fù)雜，對操作者的水平要求較高，而不能被一般鍋爐房采用。近年來，經(jīng)過水處理科學(xué)工作者的不斷探索試驗，研制出一種新型的連續(xù)式離子交換水處理設(shè)備——自動切換鈉離子交換器，它是采用以液體移動代替樹脂移動的一種新型連續(xù)水處理設(shè)備，具有設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、自動化工作等優(yōu)點，目前鍋爐房常見的為四柱型自動切換鈉離子交換器。
四柱型自動切換鈉離子交換器基本工作原理：
四柱型自動切換鈉離子交換器在運行狀態(tài)時，原水由交換柱底部進入，經(jīng)下部配水裝置配勻后，進入床層（交換樹脂RNa），靠上升水流將交換樹脂以密實的狀態(tài)向上托起，使交換樹脂在整個運行過程中呈懸浮狀態(tài)，并在其交換柱底部形成高度約100mm的水墊層空間，作為床層體積變化的緩沖高度和使水流分配均勻。在水流經(jīng)床層時，原水中的Ca2+、 Mg2+等陽離子與交換劑中的Ca+進行交換反應(yīng)，從而使水得到了軟化，其反應(yīng)式如下：
2RNa+Ca2(Mg2+)→R2Ca(R2Mg)+2Na+
處理好的軟化水經(jīng)上部配水裝置引出交換柱體外，當(dāng)床層失效后，進入交換柱底部的水流強度減弱，床層靠自重整體下落（稱為落床），于是交換柱由運行狀態(tài)轉(zhuǎn)入再生狀態(tài)。
再生狀態(tài)其過程與軟化過程相反，Na+與交換劑中的Ca2+、 Mg2+離子進行再生反應(yīng)，使交換劑重新恢復(fù)其交換能力，其反應(yīng)式如下：
R2Ca(R2Mg)+2Na+→2RNa+Ca2(Mg2+)
再生液及清洗水由交換器底部排出。
四柱型自動切換鈉離子交換器由四個交換柱交換工作，四個交換柱用外部管系連接協(xié)調(diào)工作，從而實現(xiàn)連續(xù)產(chǎn)水。
三、低壓鍋爐水質(zhì)標準（GB1575-1996）
鈉離子交換器的正常使用有效防止了Ca2+、 Mg2+的結(jié)垢，但鍋水中溶解氧腐蝕問題在高溫下便顯得尤為突出。為有效解決防垢、防腐問題，勞動部制定了低壓鍋爐水質(zhì)標準。
（一）名詞解釋
1.鍋水：指鍋爐運行時，在其本體（鍋筒、水冷壁管）的蒸發(fā)系統(tǒng)中流動著的水。
2.排污水：為了防止鍋爐結(jié)垢和改善蒸汽品質(zhì)，有意識的用排污的方法排出一部分鍋水，這部分排出的鍋水稱為排污水。
3.硬度：指水中重金屬離子含量總和，可簡化為水中Ca2+與 Mg2+的總和。
符號： H 單位：mmol/l(1/2Ca2+、1/2 Mg2+)
4.堿度：指水中能被酸中和的所有物質(zhì)，即水中HCO-3、CO2-3、OH-含量的總和。
OH-+H+→H2O
CO2-3+H+→HCO-3
HCO-3+H+→H2O+CO2
符號：A其中A給－給水堿度；A鍋－鍋水堿度；單位：mmol/l。
（二）水質(zhì)標準有關(guān)規(guī)定
1.pH=10～12；
2.A鍋=6～24；
3.H≤0.03mmol/l（蒸汽鍋爐）；
H≤0.6mmol/l（熱水鍋爐）；
4.溶解氧≤0.1mg/l（熱水鍋爐）。
（三）有關(guān)解釋
鍋水維持足夠堿度的作用：
1.加大形成水渣的可能性，起到防垢作用。
2OH-+Mg2+→Mg(OH)2↓水渣形成過程也是自然堿度的軟化過程。
CO2-3+Ca2+→CaCO3↓
上述反應(yīng)從而減少了CaSO4、MgSO4、CaCl2、MgCl2等非碳酸鹽硬度出現(xiàn)的可能性，起到了抑制作用（減少形成硬垢的可能性）。
2.維持鍋水pH值在10－12范圍可減少氧的腐蝕作用，OH-大小決定了鍋水中pH
值大小。
在一定范圍內(nèi)，O2腐蝕速度可以降低為零。
維持鍋水堿度達標、pH值達標是防垢、防腐的首要條件。堿度與pH值的關(guān)系：堿度達標pH值一定合格；但pH值達標，堿度不一定合格。
由于鍋水中的堿度成份能防止鍋爐設(shè)備結(jié)生堅硬的硅酸鹽垢和因給水中的殘留硬度引起的水垢。因此，鍋水必須含有一定的堿度成份，鍋水堿度規(guī)定了上限值是為了防止鍋爐設(shè)備發(fā)生堿性腐蝕、苛性脆化和發(fā)生汽水共騰，保證蒸汽品質(zhì)。
由以上說明可以看出，低壓鍋爐水質(zhì)標準的制定，是為了有效解決鍋爐設(shè)備防垢、防腐的問題，而鍋爐阻垢靈的開發(fā)恰恰滿足了這一要求，且操作簡單。
四、鍋爐自動消垢凈的性能特點
1．高效防垢
鍋爐自動消垢凈是根據(jù)水中各種結(jié)垢離子的性質(zhì)研制的螯合型高效阻垢劑，它采用化學(xué)配位場原理，使水中Ca2+、 Mg2+等重金屬離子與鍋爐阻垢靈發(fā)生螯合反應(yīng)，形成穩(wěn)定的可溶性螯合物（但不改變水中Ca2+、 Mg2+含量），從而有效防止鍋爐水中的結(jié)垢離子沉積形成水垢，對于給水中硫酸根離子和硅化合物含量較高的地區(qū)，可有效防止鍋爐及其它熱交換設(shè)備生成難溶性水垢。
2．防腐
其防腐原理主要來自兩個方面：
首先，鍋爐阻垢靈本身含有防腐成份，可在鍋爐金屬表面形成防腐保護膜，從而防止金屬腐蝕；
其次，使用鍋爐阻垢靈可在鍋爐金屬表面形成0.1～0.2mm的自脫性垢層，當(dāng)垢層再增加時，由于阻垢靈的介入，使垢層分子與金屬間的排斥力大于垢層與金屬間的粘合力，從而使其脫落隨排污排出。如此周而復(fù)始，鍋爐金屬表面始終有一層0.1～0.2mm左右的水垢層，這好比給金屬穿上了一層保護衣，防止了水及水中溶解氧與金屬的直接接觸，從而有效防止了鍋爐運行過程中的腐蝕損傷。
理論研究和鍋爐實際運行狀況都證明，當(dāng)鍋爐保持絕對干凈運行時，水及水中溶解氧的腐蝕問題便尤為突出。當(dāng)水垢小于0.5mm時，垢層對金屬導(dǎo)熱性影響不大，但可防止水及溶解氧對金屬的腐蝕；當(dāng)垢層大于0.5mm時，對熱傳導(dǎo)的影響增大，造成能耗增加；當(dāng)垢層大于2mm時，對鍋爐的安全運行不利，且造成能源的極大浪費。因此可以看出，鍋爐自動消垢凈的作用機理適應(yīng)了實際應(yīng)用中防腐的要求。
五、鍋爐自動消垢凈的使用范圍、方法及注意事項
1.使用范圍
各種低壓蒸汽鍋爐、熱水鍋爐、蒸汽發(fā)生器、蒸餾水器、內(nèi)燃機水冷卻系統(tǒng)及其它熱交換設(shè)備。
2.使用方法
按每噸25克將本品加入給水箱，混勻后注入鍋爐，補水時同比例加入。
蒸汽鍋爐每班排污1次，排污率8-10%；蒸汽發(fā)生器、蒸餾水器每天排污1次。
3.注意事項
硬度小于3mmol/L時，用量可減至13-15克。
硬度較高時（地下水）應(yīng)增加本品用量，并加強排污。
排污時各排污點均應(yīng)排到。停爐時應(yīng)將各排污閥全開，使污水排盡，并用清水沖凈水渣，以防堵塞。
本品安全無毒，不進入蒸汽，食品、釀酒、生活等蒸汽鍋爐也可使用。
六、鍋爐自動消垢凈代替鈉離子交換器的可行性分析
鍋爐自動消垢凈是研制開發(fā)的代替鍋外水處理裝置——鈉離子交換器的新型爐內(nèi)水處理藥劑，它具有穩(wěn)定Ca2+、 Mg2+等結(jié)垢離子能力強，簡化水處理操作程序，降低水處理成本等特點，可對企業(yè)起到減員、增效、節(jié)能等作用，具有廣泛的應(yīng)用前景。
（一）鈉離子交換器在實際應(yīng)用中存在的幾個問題
1.在實際操作過程中，其分析化驗結(jié)果與化驗藥品質(zhì)量、化驗人員操作水準及化驗人員的責(zé)任心等有很大關(guān)系，這些因素常造成不能準確判斷交換終點或不能及時判斷交換終點，從而難免結(jié)垢離子通過交換樹脂直接進入爐內(nèi)而引起結(jié)垢，達不到有效防垢的目的。
2.鈉離子交換器制取軟化水限于一定能力，當(dāng)企業(yè)生產(chǎn)需水量大時，或因體系失水補充頻繁時，其處理能力達不到實際需水量，這種情況下難免有生水直接進入爐內(nèi)現(xiàn)象（熱水鍋爐普遍存在）。
3.鈉離子交換器的樹脂遇見鐵罐或給水管線內(nèi)帶來的銹垢極易發(fā)生中毒現(xiàn)象，使軟化水處理不能正常進行。
4.樹脂在使用過程中難免有破碎及失效現(xiàn)象，需不定期進行更換、填充。
（二）鈉離子交換器在實際應(yīng)用中產(chǎn)生的費用
鈉離子交換器在使用過程中產(chǎn)生的費用一般由以下幾個部分組成：
1.軟化罐一次性投資費用及其折舊費；
2.再生劑（食鹽）費用；
3.樹脂費用；
4.再生時耗用的水費和清洗泵耗用的電費；
5.化驗藥品、器材費用；
6.化驗人員工資費用。
另外，在實際應(yīng)用中，盡管使用了鈉離子交換器，使用鍋爐仍不可避免造成了結(jié)垢的事實。這樣，仍需不定期對鍋爐進行化學(xué)清洗，需支付清洗費用。同時，酸洗還會對鍋爐造成腐蝕損傷，縮短鍋爐的使用壽命。
（三）部分小型鍋爐無任何水處理措施
對一些小鍋爐，往往因為經(jīng)濟或其它方面的因素，人們不會花較大費用為其配備軟化水設(shè)備——鈉離子交換器，而直接以生水進鍋，這樣造成鍋爐迅速結(jié)垢以致能耗增加的現(xiàn)象也很普遍。
（四）鍋爐自動消垢凈的技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)勢
1.技術(shù)可靠性
如前所述，只要在給水中按比例投入鍋爐阻垢靈，便可起到高效防垢、防腐的作用，且阻垢靈的投加并沒有嚴格的要求，可將藥品按比例均勻加入給水，將一天的藥量分2～3次投入鍋爐。如果某一天因各種因素漏加，只需在第二天將用量加大（補足漏加的數(shù)量）投入即可，從整體上并不影響其防垢防腐的效果。
2.經(jīng)濟
用鈉離子交換器進行處理，據(jù)各地水質(zhì)狀況的差異其處理也不盡相同，水質(zhì)好的地區(qū)其處理成本最低可達2.50元/噸（包括水成本），水質(zhì)差的地區(qū)其處理成本可達5.00元/噸（包括水成本），由此可以看出，以鍋爐自動消垢凈代替鈉離子交換器進行水處理，可節(jié)約一定的成本費用。
3.使用方便性
省去離子交換處理繁瑣的分析化驗和樹脂再生工藝，可不加堿調(diào)整鍋水pH值，只備自動消垢凈一種藥品，將藥按量投入供水箱內(nèi)混勻即可。
由上述種種因素可以看出，鍋爐自動消垢凈的廣泛應(yīng)用具有現(xiàn)實意義，它不僅可有效防垢防腐，保證鍋爐及其它熱交換設(shè)備清潔運行，避免化學(xué)清洗，而且簡化了水處理操作程序，只需將藥品加入補水箱便可完成處理過程，且成本低廉。因此，鍋爐自動消垢凈代替鈉離子交換器是切實可行的，具有廣泛的應(yīng)用前景。
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發(fā)表時間：2015-07-17

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