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軣崦婀艿溃疱仩t爆管。二級(jí)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(duì)提高鍋爐運(yùn)行效率、延長(zhǎng)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(guò)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(wèn)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(chēng)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(chēng)為可動(dòng)離子層或擴(kuò)散層。與內(nèi)層離子符號(hào)相同的離子稱(chēng)為同離子，符號(hào)相反的稱(chēng)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(jí)網(wǎng)供熱系統(tǒng)，在實(shí)際交換過(guò)程中，如果出水質(zhì)量過(guò)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(guò)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(zhǎng)。但是，如果交換劑層太高，勢(shì)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(duì)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(shù)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(guò)程中的離子來(lái)不及進(jìn)行擴(kuò)散，而使出水質(zhì)量下降；另外，流速過(guò)大，劑層阻力增加，交換器的壓力損失增大。所以，交換流速過(guò)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(duì)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(wú)水流死區(qū)或偏流現(xiàn)象等，也對(duì)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?？偟膩?lái)講它們都是用不同的物理場(chǎng)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(lái)應(yīng)用過(guò)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(guò)巧妙的排列組合而成。當(dāng)水流通過(guò)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(chǎng)構(gòu)成直角做切割磁力線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。因此，水流中溶解的礦物質(zhì)和鹽類(lèi)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?chē)壍郎系碾娮哟艌?chǎng)（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(wú)需人員管理，無(wú)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(wèn)題 
        ①除垢器安裝位置盡量避免靠近其他具有磁場(chǎng)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(duì)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(duì)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(guò)濾器原理 
        高效纖維過(guò)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(guò)濾阻力較小，打破了過(guò)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(guò)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(guò)濾性能不隨時(shí)間衰減；由于纖維束由纖維長(zhǎng)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(guò)濾器，即為自助式過(guò)濾器。在過(guò)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(guò)濾操作和反洗操作過(guò)程中通過(guò)水力完成對(duì)纖維層的壓縮和放松。在過(guò)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(wú)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(guò)濾器可有效地除去水中的懸浮物，并對(duì)水中的有機(jī)物、膠體、鐵、鈣等有明顯的去除作用。具有過(guò)濾精度高，過(guò)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(guò)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(wèn)題 
        高效過(guò)濾器對(duì)反洗效果要求較高。由于采用的是纖維過(guò)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(guò)濾效果，并為以后的沖洗帶來(lái)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(cè)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(guò)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(shuō)明 
        (1)高效過(guò)濾器：通過(guò)過(guò)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(guò)對(duì)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(duì)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(guó)石化出版社，2004. 
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濱工業(yè)大學(xué)出版社，2003 
        作者簡(jiǎn)介：王偉（1969一），男，遼寧沈陽(yáng)人，工程師，主要從事供暖的管理工作。