1m3交换剂能软化钙 镁离子的摩尔数
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交换剂还原（再生）
• 失效后的钠离子交换剂用浓度为5～8％的食 盐(NaCl)溶液进行还原
• 理论上还原1mol钙镁硬度需NaCl 117g。在供 热锅炉房还原1mol钙镁硬度一般采用140～ 200g NaCl
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（1）钠离子交换器结构
• 由交换器本体、进水装置、排水装置、再生液 分配装置、排气管、反洗管、阀门等组成
• 常用规格有φ500、750、1000、1200、1500及 2000；交换器层高1.5、2、2.5m
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进水装置— 交换时，使 进水分配均 匀；反洗时， 将积留的悬 浮物和破碎 树脂排出本 体外
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2020/12/12
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第一节 水中的杂质和水质标准
一、水中的杂质
• 天然水中的杂质按其颗粒从大到小分三类： • 悬浮物——水流动时呈悬浮状态存在，不溶于水的 颗粒物质，直径>10-4mm。通过滤纸可分离，砂子、 粘土及动植物的腐败物质 • 胶体——微粒直径10-6～10-4mm，许多分子和离子 的集合体，不能通过滤纸分离 • 离子和分子——水中的溶解物质(钙、镁、钾、钠等 盐类)和溶解气体(O2、CO2)。盐类以离子状态存在， 颗粒<10-6mm
• 盐液流向和水软化流向相反—— 底部交换剂再生程度高 • 盐耗低——含反离子较多的盐 液对上层失效程度大的交换剂 仍能起到较好的再生作用，盐 液充分利用 • 交换剂工作容量提高——上层 交换剂先与硬度高的原水接触， 能充分利用 • 出水残留硬度低——底部交换 反应能持续进行 • 节水——废液量少而浓度低， 小反洗和正洗水量少
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固定式阳离子交换器 的主要工艺计算
1. 离子交换器的内径d(m) • Q——离子交换器的出力，m3/h • v——水通过交换器的空塔流速，m/h
2. 离子交换器的运行延续时间T（一般≥8~12h） • V——离子交换器内装交换剂体积，m3 • E——交换剂实际有效工作交换容量，mol/ m3 • Q——软化水量，m3/h • H——进出离子交换器水中总硬度之差，mol/ m3
• 要求：选用钠离子软化设备，采用强酸阳离子 交换树脂和顺流再生，计算交换器的运行数据
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锅炉补给水应经 软化处理。补给 水量指给水量与 合格的凝结水回 收1量m之3交差换，剂给能水 量软包化括钙蒸镁发离量子、 排污的量摩及尔设数备和
管道漏损
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以H+为基本单元
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热水锅炉水质标准
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第二节 钠离子交换软化
• 离子交换水处理 • 原水进入锅炉之前，通过与交换剂的离子交 换反应，除去水中的离子态杂质 • 降低硬度和碱度，以达到锅炉用水的水质要 求
A
H- A
பைடு நூலகம்
0
A
0
0
H
0 A-H 锅炉及锅炉房设备10供热锅炉水处理
5.相对碱度
• 锅水中游离的NaOH和溶解固形物（干燥余量） 含量之比值 • 游离NaOH——水中氢氧根碱度折算成 NaOH的含量：[0H-]×40
• 为防止锅炉苛性脆化而规定的一项技术指标
• 锅炉在有高浓度NaOH和高度应力集中的情况下， 会产生晶间腐蚀
• 过去常用的离子交换剂为钠氟和石磺化煤，现 在主要采用合成树脂
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二、钠离子交 换软化原理
• 对供热锅炉用水，主要采用钠离子交换处理给水。处理后 的水质特点：
• 达到了除硬目的——原水中的钙、 镁盐类变成了钠盐
• 达不到除碱目的——原重碳酸盐 碱度(暂时硬度)转变为钠盐碱度， 且摩尔数相等
• 水处理方法： • 锅外水处理——给水预先处理后进入锅炉 • 锅内水处理——水处理在汽锅内部进行
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三、水质指标
• 水质——水和其中杂质共同表现的综合特性 • 水质标准——评价水质好坏的指标。两种方法：
• 客观反映水中某种杂质含量的成分指标，如 溶解氧、Cl-、Ca2+等
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硬度
• 非碳酸盐硬度(HFT)——溶解于水中钙、镁的硫 酸盐和氯化物的含量 • CaCl2、MgCl2 、CaSO4和MgSO4等 • 又叫永久硬度——水不断蒸发至其所含浓度 超过饱和极限时才沉淀析出。近似于非碳酸 盐硬度
• 硬度间关系： H＝HT +HFT
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• 发生苛性脆化的部位失去了金属光泽，使锅炉受 热面发生脆性破裂
• 我国规定的相对碱度值必须小于0.2
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水质指标
6. pH值——表示水的酸碱性指标 • 酸性水对金属有腐蚀性，因此锅炉给水都 要求pH＞7，而锅水的pH值通常要求控制 在10～12。
7. 溶解氧(O2)——水中溶解氧气的浓度。mg／L • 溶解氧腐蚀金属，对压力较高、容量较大 的锅炉，锅炉给水须除去溶解氧 • 氧气在水中溶解度随温度变化。水温越高， 溶解度愈小
• 乱层现象 • 中间排水装置；压实层；顶压； 低流速
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逆流再生离子交换的运行
• 软化 • 小反洗 • 排水 • 顶压 • 进再生液 • 逆流冲洗 • 小正洗 • 正洗 • 大反洗
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四、钠离子交换系统
• 一般根据原水硬度选择离子交 换级数
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水质指标
9. 亚硫酸根(SO32-)： mg／L • 给水中的溶解氧可用亚硫酸钠除去 • 如亚硫酸根浓度过高：增加运行费用、溶 解固形物增加
10. 含油量：天然水一般不含油。 mg／L • 蒸汽凝结水或给水在使用过程中可能混入 油类 • 锅水含油及碱类等物质，在水位表面易形 成泡沫层，使蒸汽带水量增加，影响蒸汽 品质
• 为了技术上的需要反映水质某方面特性的技 术指标，如硬度、碱度、溶解固形物的含量 等
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水质指标
1. 悬浮固形物 • 水通过滤纸后被分离出来的固形物，经干燥 至恒重。以1L水中所含固形物的mg数表示 (mg／L)
2. 溶解固形物与含盐量 • 将已被分离出悬浮固形物后的水，经蒸发、 干燥后所得的残渣，又称干燥余量(mg／L) • 近似等于水中含盐量（忽略有机物含量）— —水中各种盐类总和，由水中全部阴阳离子 相加得到
进水装置— 交换时，使 进水分配均 匀；反洗时， 将积留的悬 浮物和破碎 树脂排出本 体外
再生液分配装 置——均匀喷 洒。当直径＜ 500mm，不专 设，将再生液 通过进水装置 分配到交换器 内
排水装置—交 换时，均匀汇 集软化水；反 洗时，均匀配 水 锅炉及锅炉房设备10供热锅炉水处理
2 逆流式再生
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GB/T1576-2008《工业锅炉水质》
• 锅外化学水处理 • 额定蒸汽压力≤2.5MPa，以水为介质的固定式蒸汽锅 炉和汽水两用锅炉采用，给水和锅水的水质应符合表 10-2。 • 直流（贯流）锅炉，水质符合表10-2规定。
• 锅内加药水处理 • 额定蒸发量≤2 t／h、且额定蒸汽压力≤1.0MPa的蒸汽 锅炉和汽水两用锅炉采用，水质符合表10-3规定。 • 承压热水锅炉、额定功率≤4.2MW非管架式承压热水 锅炉和和常压热水锅炉，水质符合表10-4规定。
• H<8mmol／L，采用单级钠 离子交换系统
• H >8mmol／L，宜采用双 级钠离子交换系统
• 双级系统
• 第二级交换剂层高可较小， 可采用较高流速，对交换剂 的再生程度要求较高
• 节省盐量
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例题
• 某厂锅炉房设置二台SHL10-1.3／350型锅炉， 凝结水回收率K＝30％，锅炉排污率P＝5％； 原水总硬度H＝7.8mmol／l，查得，锅炉给水 允许硬度H’＝0.03mmol／l
三、固定床钠离子交换设备及其运行
• 固定床离子交换 • 运行中离子交换剂层固定不动，原水由上而 下不断地通过交换剂层，完成反应过程
• 四个步骤 • 交换(软化)、反洗、还原(再生)、正洗
• 按再生运行的方式分 • 逆流再生、顺流再生
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1.顺流式再生
• 交换时原水和再生时还原液都由上向下流动
• 出水含盐量稍有增加——Na+的 摩尔质量略高于0.5 Ca2+ 、 0.5 Mg2+
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交换剂失效
• 运行一段时间后，离子交换剂上的钠离子大部 分转为钙、镁型，出水硬度增高
• 交换剂的工作能力Eg • 将出水硬度达到软化水保证硬度作为交换剂 失效标志，按此计算1m3湿态离子交换剂的 软化能力。 mol／m3 或mmol／L
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3.硬度
• 总硬度(H) ——溶解于水中的钙、镁离子总量 (mmol／L)
• 碳酸盐硬度(HT)——溶解于水中的钙、镁的重 碳酸盐和碳酸盐的含量 • 对于天然水，HT即钙镁的重碳酸盐含量 • 又称暂时硬度——重碳酸钙、镁在水加热至 沸腾后转变为沉淀物析出。近似等于碳酸盐 硬度
再生液分配装 置——均匀喷 洒。当直径＜ 500mm，不专 设，将再生液 通过进水装置 分配到交换器 内