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锅炉水处理锅炉水处理2刘少军刘少军2022-4-26第五章第五章 炉外炉外化学处理化学处理离子交换树脂离子交换树脂钠离子交换处理的基本原理离子交换水处理设备离子交换水处理设备水的离子交换除盐处理水的离子交换除盐处理5.1离子交换树脂离子交换树脂 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（或阴）离子发生交换的高分子化合物离子交换树脂 离子交换树脂离子交换树脂不溶于水不溶于水和和一般溶剂一般溶剂。 大多数制成颗粒状，也有一些制成纤维状或粉状。大多数制成颗粒状，也有一些制成纤维状或粉状。树脂颗粒的尺寸一般在树脂颗粒的尺寸一般在0.31.2mm m 范围内，大部分在范围内，大部分在0.40.6mmmm之间。之间。 它们有较高的它们有较高的机械强度机械强度( (坚牢性坚牢性) )，化学性质也很，化学性质也很稳定稳定，在正常情况下有，在正常情况下有较长的使用寿命较长的使用寿命。 离子交换树脂的理化性质离子交换树脂的理化性质2022-4-265.1离子交换树脂离子交换树脂 阳离子交换树脂：能与水中阳离子发生交换反应的树脂 阴离子交换树脂：能与水中阴离子发生反应的树脂 阳离子树脂又分为阳离子树脂又分为强酸性强酸性和和弱酸性弱酸性两类。两类。 阴离子树脂又分为阴离子树脂又分为强碱性强碱性和和弱碱性弱碱性两类两类 离子交换树脂还可以根据其基体的种类分为离子交换树脂还可以根据其基体的种类分为苯乙烯系树苯乙烯系树脂脂和和丙烯酸系树脂丙烯酸系树脂。 分类苯乙烯系树脂苯乙烯系树脂丙烯酸系树脂丙烯酸系树脂 阳离子树脂阳离子树脂 阴离子树脂阴离子树脂 2022-4-265.1离子交换树脂离子交换树脂。 离子交换产品的型号以三位阿拉伯数字组成，第一位数字代表产品的分类，第二位数字代表骨架的差异，第三位数字为顺序号用以区别基因、交联剂等的差异。大孔树脂在型号前加“D”，凝胶型树脂的交联度值可在型号后用“”号连接阿拉伯数字表示离子交换树脂的命名：2022-4-26代号0123456分类名称强酸性弱酸性强碱性弱碱性螫合性两性氧化还原性骨架名称苯乙烯系丙烯酸系醋酸系环氧系乙烯吡啶系脲醛系氯乙烯系例如：0017，表示强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂，其交联度为7。 2022-4-265.1离子交换树脂离子交换树脂1.含水率 在潮湿空气中，树脂本身所保持的水量（约50%）。含水率越小，往往表明树脂中能够进行离子交换的活性基团越少，其交换能力也就越低。2.密度 树脂的密度根据树脂的含水量可分为干态树脂和湿态树脂。实用意义不大不常用3.粒度 树脂颗粒的大小，对水处理工艺有较大影响，颗粒大离子交换不充分；颗粒小，水通过树脂层的阻力大，且在反洗过程中容易流失。当树脂粒径不均匀时，不但运行时水流阻力增大，而且反洗时流速难以控制。 应用于水处理的树脂粒度一般为0.31.2mm。 性能2022-4-265.1离子交换树脂离子交换树脂4.耐磨性耐磨性主要表明离子交换树脂机械强度的大小。是离子交换树脂的一项重要指标，树脂的耐磨性差，机械强度就低，在使用中破碎严重，损耗量大，树脂层阻力增大，严重的会影响设备的出力。 正常情况下树脂每年破损率不超过3%7%。最好在5%。5.交换容量是离子交换树脂的重要性能指标，它是衡量树脂可能交换粒子数量多少的指标。凡树脂颗粒大小不一、颜色混杂不匀、半球颗粒较多、耐磨性较差，用手指便能碾碎的树脂，往往都是质量较差甚至是伪劣树脂，用这种树脂进行水处理不但再生剂耗高，而且出水难以达到合格。2022-4-26 阳树脂的处理： 将树脂用水洗至清水后，用2%4%NaOH浸泡4-8小时，再用水洗至中性，再用5%的HCl浸泡4-8小时后，用水洗至中性，待用。阴树脂的处理： 将树脂用水洗至清水后，用5%的HCl浸泡4-8小时，再用水洗至中性，再用2%4%NaOH浸泡4-8小时后，用水洗至中性，待用。5.1离子交换树脂离子交换树脂新树脂的静态预处理 洗去树脂表面的可溶性杂质及树脂在制造过程中所夹杂的金属离子，并使树脂转型成所需要的形式。树脂经适当的预处理，不仅可提高其稳定性，而且还可以起到活化树脂、提高工作交换容量和出水质量的作用。新树脂预处理的目的2022-4-26 v 树脂装入交换器后，用去离子水反洗阴、阳树脂层，直至出水清澈、无气味、无细碎树脂为止。v阳树脂预处理： 将树脂装柱后，先用饱和食盐水浸泡，用去离子水冲洗至出水清澈，检测PH值为7。 再用2%4%的NaOH溶液进行处理，再用2%4%的HCl溶液进行处理，并以该酸液浸泡，排去酸液，用去离子水冲洗至出水呈中性。v阴树脂预处理： 将树脂装柱后，先用饱和食盐水浸泡，用去离子水冲洗至出水清澈，检测PH值为7。 再用2%4%的HCl溶液进行处理，再用2%4%NaOH进行处理，全部通入后，浸泡，排去碱液，用去离子水冲洗至出水呈中性。5.1离子交换树脂离子交换树脂新树脂的预处理 1.保持树脂的水分 树脂不宜长时间保存（不超过一年），如长时间不用应浸泡在10%的NaCl溶液中2.防止受热和受冻防止受热和受冻 树脂不宜放在高温设备附近和阳光直射的地方，最好环境温度在520 ，不要低于0度，以防止树脂内水分因冻结而造成树脂胀裂。3.防止树脂污染防止树脂污染树脂储存时，要避免和铁容器、强氧化剂、油类和有机溶剂接触，以防止树脂的污染或被氧化降解。此外，还要防止对树脂的挤压、摩擦，以防止树脂破碎。4.盐型存放盐型存放交换器如如停用较长时间，一般应将已使用过的树脂转换成出厂时的盐型，而不要已失效态存放。通常阳、阴树脂都可以用10%NaCl溶液处理，杨树脂转换成Na型，阴树脂转换为Cl型2022-4-265.1离子交换树脂离子交换树脂 新树脂的保管2022-4-26 1.树脂转型 对长期停用的树脂以转成盐型的树脂为好，即将阳离子交换树脂转成钠型的；将阴离子交换树脂转换成氯型的。2.湿法存放湿法存放 停用的树脂，可以继续存放在交换器内。但是湿法存放必须保证交换器内部防腐良好，如树脂在清水中存放，此清水每月都要更换一次。最好把树脂存放在10%的食盐水中，这样可以防止微生物的生长。3.防止发霉防止发霉 交换器内树脂表面容易有微生物繁殖，使树脂发霉而结块。尤其是在温度高的条件下，为防止树脂发霉结块，除定期更换交换器内的清水外，也可以用1%5%的甲醛溶液消毒，但要及时排出，不能够长期浸泡以免坡换树脂结构5.1离子交换树脂离子交换树脂 旧树脂的管理2022-4-26 填装前确认树脂的型号是否与所要求的相符，再检查树脂的失水和破碎情况。 如果失水严重，在填装之前应先用饱和的食盐水浸泡8h以上，再加水逐渐稀释；如果树脂严重破损，需要用50目（0.3孔径）的筛子进行筛分，然后再装入交换器。树脂的填装方法可采用水利输送和人工填装。人工填装 在填装树脂之前要将交换器内注入一半左右的水，然后打开上部人孔门，将树脂小心倒入交换器内。5.1离子交换树脂离子交换树脂 离子交换树脂的填装2022-4-262022-4-26 对于体积较大的交换器，最好采用水利输送的方法填装树脂。这种方法即可节省人力又可以防止树脂流失。填装时，将树脂倒入0.5立方左右的容器内，并注入适量的水使树脂处于流动状态，用软管一端插入盛树脂的容器内，另一端连接喷射武器的吸入管。喷射器的出口也用软管与交换器顶部的进树脂管或顶部的排空气管连接。开启具有一定压力的工作水即可。在进树脂的过程中将交换器下部的排水阀开启一定的开度，是进入交换器内的水不断的排出，但要保持交换器内树脂上面有一定的水位，以防止树脂与空气接触，否则会造成树脂层内的树脂难以赶出。5.1离子交换树脂离子交换树脂 离子交换树脂的填装2022-4-26 在化学水处理系统中在化学水处理系统中, ,由于多种原因由于多种原因, ,阴、阳离子阴、阳离子交换树脂都存在着被污染的问题交换树脂都存在着被污染的问题, ,尤其是钙、铁、有尤其是钙、铁、有机物的污染。污染后的树脂机物的污染。污染后的树脂性能下降、工作交换容性能下降、工作交换容量降低、离子泄露量增加量降低、离子泄露量增加, ,影响出水质量。影响出水质量。 由于树脂的结构未遭到破坏由于树脂的结构未遭到破坏, ,可以通过适当的处可以通过适当的处理理, ,恢复其交换性能恢复其交换性能. .同时应对树脂在使用过程中易同时应对树脂在使用过程中易出现污染的情况进行分析出现污染的情况进行分析, ,采取合理的措施。采取合理的措施。 5.1离子交换树脂离子交换树脂现象：现象：原水中的悬浮物会原水中的悬浮物会堵塞堵塞树脂层中的树脂层中的孔隙孔隙，从，从而增大其水流阻力，增大运行压降，也会覆盖在树而增大其水流阻力，增大运行压降，也会覆盖在树脂颗粒的表面，因而脂颗粒的表面，因而降低降低树脂的工作树脂的工作交换容量交换容量。处理：处理：为清除积聚在树脂层中的悬浮物，可采用为清除积聚在树脂层中的悬浮物，可采用增增加反洗次数和时间加反洗次数和时间或或使用压缩空气擦洗使用压缩空气擦洗等方法。等方法。预防：预防：为防止悬浮物的污堵，主要是加强对为防止悬浮物的污堵，主要是加强对原水的原水的预处理预处理，以降低水中悬浮物的含量。，以降低水中悬浮物的含量。悬浮物污堵的处理及预防悬浮物污堵的处理及预防 5.1离子交换树脂离子交换树脂n现象现象：阳、阴树脂都可能发生铁的污染。阳、阴树脂都可能发生铁的污染。 被污染树脂的外观为被污染树脂的外观为深棕色深棕色，严重时可以，严重时可以变为变为黑色黑色。一般情况下，每。一般情况下，每100g g树脂中的含铁树脂中的含铁量超过量超过150mgmg时，就应进行处理。铁的存在会时，就应进行处理。铁的存在会加速阴树脂的降解。加速阴树脂的降解。铁中毒后的离子交换树脂铁中毒后的离子交换树脂铁中毒的处理及预防铁中毒的处理及预防 5.1离子交换树脂离子交换树脂n处理：处理：常用的清洗方法是用常用的清洗方法是用10%HCl%HCl溶液溶液，在进行此方，在进行此方法前，必须检查交换器设备的耐腐蚀性能，否则须用加抑制法前，必须检查交换器设备的耐腐蚀性能，否则须用加抑制剂的盐酸。剂的盐酸。n 1、减少阳离子进水的含铁量。减少阳离子进水的含铁量。对含铁量高的地下对含铁量高的地下水应先经过曝气处理及锰砂过滤除铁。对含铁量高的地表水水应先经过曝气处理及锰砂过滤除铁。对含铁量高的地表水或使用铁盐作为凝聚剂时，应添加碱性药剂，如或使用铁盐作为凝聚剂时，应添加碱性药剂，如NaOHNaOH，提，提高水的高水的pHpH值，防止铁离子带入阳床。值，防止铁离子带入阳床。2、对输送高含铁量原水的对输送高含铁量原水的管道及贮槽管道及贮槽应考虑采取必应考虑采取必要的要的防腐措施防腐措施，以减少原水的铁含量。，以减少原水的铁含量。铁中毒的处理及预防铁中毒的处理及预防 5.1离子交换树脂离子交换树脂防止树脂发生铁污染的措施有防止树脂发生铁污染的措施有n现象：现象：矿物油对树脂的污染主要是吸附于骨架上或被覆于树脂矿物油对树脂的污染主要是吸附于骨架上或被覆于树脂颗粒的表面，造成颗粒的表面，造成树脂微孔的污堵树脂微孔的污堵，致使树脂交换容量降低，致使树脂交换容量降低，周期制水量明显减少。周期制水量明显减少。油污染后的离子交换树脂油污染后的离子交换树脂油的污染及处理油的污染及处理 5.1离子交换树脂离子交换树脂n处理：处理： 1 1、用、用NaOHNaOH溶液循环清洗溶液循环清洗使用使用38-40C C的的8%-9%NaOH溶液，从碱箱（约溶液，从碱箱（约10m310m3）经过阴床、阳床后，再回到碱箱循环清洗（具体时间由小型经过阴床、阳床后，再回到碱箱循环清洗（具体时间由小型试验确定），并补充试验确定），并补充NaOHNaOH溶液，保持溶液浓度，利用溶液，保持溶液浓度，利用NaOHNaOH对矿物油的乳化作用，清除油污。对矿物油的乳化作用，清除油污。2 2、用溶剂清洗、用溶剂清洗可以使用可以使用石油醚石油醚或或200号溶剂汽油号溶剂汽油对树脂进行清洗，清对树脂进行清洗，清洗过程中要严密防火。洗过程中要严密防火。n预防矿物油的来源主要要做好以下几各方面：预防矿物油的来源主要要做好以下几各方面：1 1、防止、防止渗入地下的矿物油渗入地下的矿物油随原水带入交换器。随原水带入交换器。 2 2、燃油锅炉使用蒸汽雾化燃油，当油压高于蒸汽压力、燃油锅炉使用蒸汽雾化燃油，当油压高于蒸汽压力时，防止时，防止重油重油（或原油）（或原油）漏入蒸汽漏入蒸汽，经过凝气器进入凝结水，经过凝气器进入凝结水除盐系统。除盐系统。油的污染及处理油的污染及处理 5.1离子交换树脂离子交换树脂离子交换树脂的工作原理离子交换树脂的工作原理 在离子交换过程中，水中的在离子交换过程中，水中的阳离子阳离子（如（如Na+Na+、Ca2+Ca2+、 K+K+、 Mg2+Mg2+、Fe3+Fe3+等）等）与阳离子交换树脂上的与阳离子交换树脂上的H+ 进行交换，水中阳离子被转移到树脂上，而树脂上的进行交换，水中阳离子被转移到树脂上，而树脂上的H+H+交换到水中。交换到水中。 水中的水中的阴离子阴离子（如（如Cl-Cl-、HCOHCO3 3- -等）与阴离子交换树脂上的等）与阴离子交换树脂上的OH-进行交换，水进行交换，水中阴离子被转移到树脂上，而树脂上的中阴离子被转移到树脂上，而树脂上的OH- OH- 交换到水中。而交换到水中。而H+ H+ 与与OH- OH- 相结合生成相结合生成水，从而达到脱盐的目的水，从而达到脱盐的目的( (见下页图见下页图) ) 。 5.1离子交换树脂离子交换树脂H2O 阳离子交换树脂阳离子交换树脂阴离子交换树脂阴离子交换树脂H+ Na+ OH- Cl- NaCl H2O 离子交换原理示意图离子交换原理示意图 5.1离子交换树脂离子交换树脂2022-4-265.1离子交换树脂离子交换树脂1. 离子交换树脂层内的交换过程 以装有钠型树脂的离子交换柱为例，当通过含有Ca2+ 的水时，钠型树脂层内会进行交换反应，并发生系列的变化。 交换反应进行一段时间后，停止运行，逐层取出树脂样品，并测定其所吸附的钙离子含量，以“饱和程度”表示。 饱和程度：单位体积树脂所吸附钙、镁离子量与其全交换容量之比，以百分比表示。饱和程度曲线。2022-4-265.1离子交换树脂离子交换树脂 用白点表示离子交换树脂层中的钙型树脂，黑点表示钠型树脂，以白点占白点与黑点之和的百分数表示白点（钙型树脂）的饱和程度，若钙型树脂的饱和程度为50，则Ca型树脂占树脂容量的50；若钙型树脂的饱和程度为100，则Na型树脂全部转变为Ca型树脂。2022-4-262022-4-26水的离子交换软化5.2钠离子交换软化处理钠离子交换软化处理部分钠离子交换法除盐离子交换法除硬度和碱度离子交换法除硬度离子交换法离子交换法OHHNaHNa2NaClRMClM2NaRSONaRMSOM2NaR2NaClCaRCaCl2NaRSONaCaRCaSO2NaR2NaHCORM)(HCOM2NaR2NaHCOCaR)Ca(HCO2NaR22422422422432233223gggggg作用：与原水中非碳酸盐硬度用：与原水中碳酸盐硬度作水的离子交换软化2022-4-262022-4-26再生过程5.2钠离子交换软化处理钠离子交换软化处理 在钠离子交换过程中，当软水中出现了硬度，而且超过标准时，则证明钠型离子交换树脂已经失效。为了恢复其交换能力，就需要对树脂进行再生。再生过程，就是使含有大量钠离子的氯化钠溶液，通过失效的树脂层，从而将离子交换树脂中的钙、镁离子交换到溶液中去，钠离子则被树脂所交换吸附，使树脂重新恢复交换能力。2222ClM2NaR2NaClRMCaCl2NaR2NaClCaRgg2022-4-26 顺流再生5.2钠离子交换软化处理钠离子交换软化处理顺流再生是指交换器运行时水流的方向和再生时再生液流动的方向一致，通常都是由上到下特点：设备简单，操作方便，工作可靠；特点：设备简单，操作方便，工作可靠； 再生剂用量多，再生效率低，出水水质较差。再生剂用量多，再生效率低，出水水质较差。 逆流再生逆流再生是指交换器运行时水流的方向和再生时再生液流动的方向相反特点：再生剂耗量少特点：再生剂耗量少( (比顺流法少比顺流法少4040左右左右) )，再生效率高，再生效率高, ,而而且能保证出水质量；且能保证出水质量； 设备较复杂，操作控制较严格设备较复杂，操作控制较严格2022-4-26工作运行图工作运行图 顺流再生图顺流再生图工作运行图工作运行图 逆流再生图逆流再生图2022-4-26 影响再生效果因素5.2钠离子交换软化处理钠离子交换软化处理1再生方式再生方式一般来说逆流再生的效果比顺流再生好。不过对固定床逆流再生来说，再生的操作方法必须要正确，特别是交换剂不能乱层，否则逆流效果会大受影响。2再生剂用量再生剂用量再生剂用量是影响再生程度的重要因素，他对交换剂交换容量的恢复和经济型有直接的关系。当再生剂用量不足，交换剂再生程度低，工作交换容量小，制水周期缩短，交换器自豪水量增大，甚至影响出水质量；适当增加再生剂的比耗，可提高再生程度，但比耗增加到一定量后，在生成不不会再有明显的提高，这时如再继续增加就会造成浪费。一般固定床离子交换器再生一次所需的再生剂用量如下：2022-4-262022-4-265.2钠离子交换软化处理钠离子交换软化处理3生液浓度生液浓度当再生剂用量一定时，在一定范围内，其浓度越大，再生程度越高。如再生液浓度太低，则再生不完全，且再生所需的时间长，设备自耗水量大。但再生液浓度也不能过高，因为再生剂用量一定时，浓度越高，再生液体积越小，与交换剂的接触时间就越短，与交换剂的反应就不易均匀地进行，而过高的浓度还会使交换基团受到压缩，从而使再生效果反而下降。一般情况下，再生液的浓度应控制在5%8%。 影响再生效果因素4.再生液流速再生液流速再生液流速是指再生液通过交换剂层时的速度。再生液流速如过快，再生液与交换剂接触时间过短，交换反应尚未充分进行，再生液就已被排出交换器。顺流再生再生液的流速一般控制在46m/h，对于无顶压逆流再生离子器，为防止再生时乱层，再生液的流速宜控制得更低，一般为24m/h。2022-4-265.2钠离子交换软化处理钠离子交换软化处理5再生液温度再生液温度再生液温度对再生效果的影响也很大，适当提高再生液温度，可加快离子的扩散速度，提高再生效果。离子交换剂再生时，将再生液温度提高到50时，可大大提高再生程度。 影响再生效果因素6再生剂纯度再生剂纯度再生剂含有大量杂质离子，尤其是含有要交换的“反离子”，就会降低再生程度。 2022-4-265.3离子交换水处理设备离子交换水处理设备流动床移动床连续床浮床逆流再生床顺流再生床固定床离子交换器%70_%30_固定床钠离子交换器是离子交换树脂在静止状态下运行的交换器，并且原水的软化和交换剂的再生是在同一装置内、不同时间内分别进行的连续床钠离子交换器是离子交换树脂在动态下运行的交换器，并且原水的软化和交换剂的再生是在不同的装置内同时进行的2022-4-26 顺流再生离子交换器结构5.3离子交换水处理设备离子交换水处理设备2022-4-262022-4-262022-4-262022-4-26 顺流再生离子交换器结构5.3离子交换水处理设备离子交换水处理设备2022-4-26 顺流再生离子交换器工作过程5.3离子交换水处理设备离子交换水处理设备2022-4-26 逆流再生离子交换器结构5.3离子交换水处理设备离子交换水处理设备2022-4-26 逆流再生离子交换器结构5.3离子交换水处理设备离子交换水处理设备2022-4-26 逆流再生离子交换器中排5.3离子交换水处理设备离子交换水处理设备2022-4-26 逆流再生操作步骤： 小反洗 放水 顶压 使床不乱 （为何需顶压，顺流时是否需顶压） 进再生液 逆向冲洗 （软化水，流速57m/h） 正洗为何需软化水逆向冲洗：逆流再生要用软化水清洗，否则底层已再生好的树脂在清洗过程中又被消耗，导致出水质量下降，失去了逆流再生的特点。5.3离子交换水处理设备离子交换水处理设备2022-4-26a.小反洗10m/h1015分钟b.放水c.再生23m/h40分钟d.置换23m/h30分钟e.小正洗10m/h10分钟f.大正洗1015 m/h出水合格g.运行25 m/hh.不定期大反洗10 m/h5.3离子交换水处理设备离子交换水处理设备 工作过程工作过程2022-4-265.3离子交换水处理设备离子交换水处理设备 混床混床2022-4-262. 混合床混合床阳、阴树脂按比例混合装在同一反应器内； 再生时分层再生，使用时均匀混合；相当于许多阳、阴树脂交错排列而成的多级复床。 一般交换反应为： RHROHNaCl RNaRClH2O 平衡常数（选择性系数）K=KHNa KOHCl 1/KH2O1 交换反应远比复床彻底得多，出水纯度高。5.3离子交换水处理设备离子交换水处理设备 混床混床2022-4-26混合床的特点： . 阴、阳离子交换反应几乎同时进行 . 出水呈中性，出水水质稳定，纯度高（用于制纯水，超纯水） .不存在反离子（强碱出水呈碱性，强酸出水呈酸性） .失效终点分明 . 设备小 缺点： . 再生时，难以彻底分层 。 . 混合床对有机物敏感，阴树脂变质后，出水水质恶化，下降 . 一般常需进行预处理（混凝、沉淀 、活性炭吸附） . 再生操作复杂 交叉污染：部分阳树脂混合在阴树脂层时，经碱液再生，这部分阳树脂转为Na型，造成运行后Na+泄漏。三层混合床：（为了有利于分层）中间另装1015cm惰性树脂使其分层彻底。 5.3离子交换水处理设备离子交换水处理设备 混床混床2022-4-26步骤：1、反洗分层 2、阴树脂再生 3、阴树脂正洗 4、阳树脂再生 5、阳树脂清洗 6、混合 7、最后正洗至PH7，电阻率大于5105cm，即可运行。 5.3离子交换水处理设备离子交换水处理设备 混床混床2022-4-26再生附属设备再生附属设备1食盐系统 5.3离子交换水处理设备离子交换水处理设备2022-4-265.3离子交换水处理设备离子交换水处理设备2酸系统2022-4-26亨利定律：在一定温度下，气体在溶液中的溶解度与液面上该气体的分压成正比。 原水经氢离子交换后，原水中的阳离子几乎都转变成H+，出水呈酸性，并含有大量的游离CO2气体。这是因出水 pH值明显降低，有利于水中碳酸的电离平衡向生成CO2方向移动例如每1mmol/LHCO3-，可产生44mg/L CO2 。当水中pH值低于4.3时，水中的碳酸几乎全部以游离的CO2形式存在。水中游离的CO2可以看作是溶解在水中的气体，根据气体分压定律和亨利定律知，只要降低水面上CO2的分压力就可除去水中溶解的CO2气，这就是除碳器的工作原理。5.3离子交换水处理设备离子交换水处理设备 除碳器除碳器2022-4-26 （1）减少CO2对给水系统、凝结水系统和锅炉的腐蚀； （2）在氢钠离子软化脱碱水处理系统中，对并联系统，是为了消除中和后水中产生的CO2；对串联系统，在钠离子交换器前设除碳器，是为了避免含有CO2的水通过钠离子交换器时会产生 NaHCO3而使软水碱度重新增加。 (3 ) 在离子交换除盐水处理系统中，经H型阳离子交换后的水若若先用除碳器除去水中的 CO2后，再流经阴离子交换器，则可以减轻阴离子交换器的负担，延长阴离子交换器的工作时间，同时为阴离子树脂吸附硅酸根创造有利的条件。5.3离子交换水处理设备离子交换水处理设备除二氧化碳的目的除二氧化碳的目的2022-4-26 鼓风式脱碳塔鼓风式脱碳塔5.3离子交换水处理设备离子交换水处理设备除碳器的本体是用采取防腐层处理的金属或塑料制成的。其内部装的填料种类有：瓷环、蜂窝格纸、鲍尔环、聚丙烯多面空心球等。水从除碳器的上部进入，经配水设备均匀地淋下，通过填料层后，从下部排入中间水箱。而用来除去CO2的空气由鼓风机送入除碳器的底部，经除碳器中的填料层后，由上部排出。在除碳器中，由于填料的阻挡作用，从上面淋下来的水流被分散成许多小股水，水或水膜，使鼓入的空气与水有非常大的接触面积。由于空气中CO2的分压又很小（约为大气压力的 0.03% ），这样，空气就将水中解吸出来的CO2很快带走。通过鼓风式除碳器后，一般可将水中的CO2含量降至5mg/L 以下。排水口排水口进气口进气口进水口进水口 o o o o o o o o 排气口排气口填料支撑填料支撑 扳扳填料层填料层布水扳布水扳2022-4-26影响除CO2效果的工艺条件1）水温2）水和空气的流动工况和接触面积3）风量和风压真空式除碳器真空式除碳器 它是利用真空泵或喷射器从除碳器的上部抽真空，使水达到沸点从而除去水中的气体。此方法不仅能除去水中的CO2，而且还能除去水中溶解的 其他气体，所以对防止交换树脂的氧化和金属设备的腐蚀也是有益的 。5.3离子交换水处理设备离子交换水处理设备2022-4-26 水的离子交换除盐原理水的离子交换除盐原理5.4水的离子交换除盐处理水的离子交换除盐处理离子交换除盐是指把水中强电解质盐类的全部或大部分加以去除的处理过程。2022-4-26 离子交换除盐是指把水中强电解质盐类的全部或大部分加以去除的处理过程。 1. 复床除盐强强酸酸阳阳床床强强碱碱阴阴床床CO2除除二二氧氧化化碳碳器器中间水中间水箱箱出水出水（1）强酸-脱气-强碱系统 水的离子交换除盐原理水的离子交换除盐原理5.4水的离子交换除盐处理水的离子交换除盐处理2022-4-26 （2）强酸脱气弱碱强碱使用范围：适用于有机物含量高，强酸阴离子多的情况 强强酸酸阳阳床床强强碱碱阴阴床床CO2除除二二氧氧化化碳碳器器中间水中间水箱箱弱弱碱碱阴阴床床 水的离子交换除盐原理水的离子交换除盐原理5.4水的离子交换除盐处理水的离子交换除盐处理2022-4-26一级复床出水的特点： 呈弱碱性 PH= 8 9.5 （阳床微量Na泄漏） . 出水电阻率 0.1 1.0106 *CM脱盐水（普通蒸馏水） . 如果阳床泄漏Na过量的话，电导率会升高。因而关键是控制阳床的Na泄露，另外除硅时，可采用热碱液再生。阴床设在阳床之后（为什么？）：阴床放在阳床后面的原因： 阴床出水有OH-，与Mg2+、Ca2+结合成Mg(OH)2、Ca(OH)2覆盖在树脂表面，不利于交换； 阳床出水有H+与HCO3-结合，有利于阴床与其它阴离子交换。 强碱性阴树脂对水中阴离子的选择性：5.4水的离子交换除盐处理水的离子交换除盐处理2022-4-26 水的离子交换除盐原理水的离子交换除盐原理5.4水的离子交换除盐处理水的离子交换除盐处理2022-4-26 我站水处理流程5.4水的离子交换除盐处理水的离子交换除盐处理淡水泵原水脱碳塔快速过滤器精密过滤器电渗析淡水箱阳离子交换器中间水箱阴离子交换器混合离子交换器除盐水箱锅炉水处理流程图中间水泵除氧器2022-4-26第六章第六章 炉内炉内加药处理加药处理水垢的种类和危害水垢的种类和危害水渣的组成及危害炉内加药处理炉内加药处理锅炉的排污锅炉的排污2022-4-26 水垢形成的原因6.1水垢的种类和危害水垢的种类和危害 在锅炉内,受热面上水侧金属表面上生成的固态附着物称为水垢。工业锅炉的锅筒和壁管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，其主要原因是：1）给水进入省煤器和锅炉后，水温逐渐升高，而某些钙、镁盐类在水中的溶解度下降，达到饱和以后，温度继续升高，就会有盐类沉淀出来。2）水在锅炉中不断蒸发，而在蒸发过程中，蒸汽带走的盐类很少，这样盐类在锅水中就不断的浓缩，到一定程度时，难溶盐类就会形成沉淀。3）水在被加热和蒸发过程中，某些钙、镁的盐类因发生化学反应，从易溶于水的物质转变成了难溶于水的物质析出。例如22323)(COOHCaCOHCOCa223232)(COOHMgCOHCOMg65受热面结结垢垢2022-4-26 水垢形成的原因6.1水垢的种类和危害水垢的种类和危害碳酸盐碳酸盐水垢水垢硫酸盐水垢硫酸盐水垢硅酸盐硅酸盐水垢水垢氧化铁垢和油垢氧化铁垢和油垢混合水垢混合水垢碳酸盐水垢主要是钙、镁的碳酸盐，碳酸盐水垢在5%的盐酸溶液中，大部分可溶解。硫酸盐水垢主要成分是硫酸钙，达50%以上。多结生在锅炉内温度最高、蒸发强度最大的蒸发面上。在盐酸溶液中溶解很少，加入氯化钡后生成大量的白色沉淀物硅酸盐水垢的成分比较复杂，水垢中二氧化硅的含量可达20%以上，多为白色表面带刺，容易在锅炉温度高的部位结生混合水垢是上述水垢的混合物，很难指出气质那一种是主要成分。氧化铁垢主要是铁的氧化物，大都结生在锅炉热负荷最高的受热面上。加稀盐酸能缓慢溶解油垢成分很复杂，但油脂含量在5%以上。多结生在锅炉内温度较高的部位上。2022-4-26 水垢危害6.1水垢的种类和危害水垢的种类和危害1.降低锅炉的热经济性水垢的导热性能很差，比钢铁低几十倍甚至更低，水垢的存在会使锅炉的受热面传热情况变坏，排烟温度增高，增加燃料的消耗量2.引起受热面金属过热由于水垢的导热性能很差，而且水垢又容易结生在热负荷很高的金属受热面上。此时会使结构部位的金属壁温度过高，引起金属强度下降，在蒸汽压力的作用下，就会发生热部位形变、鼓泡、甚至引起爆炸。金金属属水水垢垢水垢、金属导热性水垢、金属导热性能柱状图能柱状图67受热面2022-4-26 水垢危害6.1水垢的种类和危害水垢的种类和危害3.破坏正常的锅炉水循环生成水垢，会减小受热面内流通截面，增加水管内水循环的流动阻力，严重时甚至完全堵塞。这样就破坏了锅炉的正常水循环，妨碍锅炉内部传热，降低锅炉的蒸发能力。4.增加锅炉的检修量受热面上的水垢，特别是管内水垢，难以清除，而由于水垢引起锅炉的泄露、破裂、变形、腐蚀等问题不仅损害了锅炉，降低了过路的寿命；而且耗费大量的人力、物力去检修，不仅缩短了运行时间，也增加了检修费用。68受热面破坏了锅炉的破坏了锅炉的正常水循环正常水循环2022-4-26 水渣的组成6.2水渣的组成及危害水渣的组成及危害 在炉水中析出的固体物质，在某些条件下会呈悬浮状态存在于炉水中或沉积在汽包和下联箱底部等水流缓慢处，形成沉渣。这些呈悬浮状和沉渣状的物质叫水渣。 按其性质，可将水渣分为两类： (1)不易黏附在受热面上的水渣这类水渣较松软，常悬浮在炉水中，易于用排污的方法去除。属于这类水渣有碱式磷酸钙Ca10(OH)2(P04)6和蛇纹石MgO2Si022H20等。 (2)易黏附在受热面上转化为水垢的水渣 这类水渣特别容易黏附在水流缓慢或停滞的部位，经高温烘焙后转化为水垢。这种水垢称为二次水垢。如磷酸镁Mg3(P04)2和氢氧化镁Mg(OH)2等。2022-4-26 当炉水中水渣量过多时，会影响炉水和蒸汽品质，过多的水渣还可能堵塞炉管(特别是下降管)，造成爆管事故。因此必须采用排污的方法及时排除炉水中的水渣，保证锅炉锅炉安全平稳的运行。 水渣的危害6.2水渣的组成及危害水渣的组成及危害2022-4-26 概述6.3锅内加药处理锅内加药处理 锅内水处理是通过向锅内投入一定数量的药剂，一锅炉水中的结垢物质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在锅内进行的，故称为锅内加药处理法。 锅内加药处理的优点是：设备简单，投资少，操作方便，易管理，如使用得当，可达到较好的防垢效果。另外，锅内加药处理法相对于锅外离子交换法而言，可节约大量用水，且对自然水，环境污染较小，这点对水资源日趋紧张的地区来说，意义很大。锅内水处理的不足之处是：锅炉排污要求较严格，排污水量和热损失相对较大；且影响防垢效果的因素较多，一般不易达到锅炉无垢运行，故通常只适用于小型工业锅炉。 常用药剂6.3锅内加药处理锅内加药处理2022-4-26防垢剂：消除硬度碱性药剂：火碱（NaOH)、纯碱（Na2CO3)、磷酸盐（磷酸三钠、六偏硫酸钠）有机胶体：栲胶、腐植酸钠水质稳定剂降碱剂：磷酸、草酸等缓蚀剂：亚硫酸钠、亚硝酸钠 常用药剂6.3锅内加药处理锅内加药处理2022-4-26 防垢剂：消除硬度 NaOH：消除暂时硬度及非碳酸镁硬度 Ca(HCO3)2+2NaOH CaCO3+Na2CO3+2H2OMg(HCO3)2+4NaOH Mg(OH)2 +2Na2CO3+2H2OMgSO4+NaOH Mg(OH)2+Na2SO4 MgCl2+2NaOH Mg(OH)2+2NaCl CaCO3不会沉淀结垢保持水的碱度，防止腐蚀：保持一定的OH2022-4-26碳酸钠（ Na2CO3）6.3锅内加药处理锅内加药处理 重碳酸盐加热分解，生成疏松的水渣排出 Ca(HCO3)2CaCO3H2O+CO2 Mg(HCO3)2Mg(OH)2+2CO2 消除非碳酸钙，形成CaCO3水渣排出，而不易形成CaCO4水垢CaSO4+Na2CO3CaCO3+Na2SO4CaCl2+Na2CO3CaCO3+2NaCl 锅内Na2CO3部分水解为NaOH，有NaOH的作用；压力温度：Na2CO3+H2O2NaOH+CO2水解率随压力温度增大而增大。压力5MPa，碳酸钠全部水解。高压炉不能用碳酸钠消除非碳酸钙硬度消除非碳酸镁硬度MgSO4+Na2CO3MgCO3+Na2SO4MgCl2+Na2CO3MgCO3+2NaCl而MgCO3水解：MgCO3+H2O=Mg(OH)2+CO2仅加Na2CO3可近似取得同时加Na2CO3、NaOH的效果加磷酸三钠6.3锅内加药处理锅内加药处理2022-4-26当压力过高，碳酸钠水解过多，不能保持一定的CO32浓度，改加磷酸三钠Na3PO43Ca(HCO3)2+2Na3PO4=Ca3(PO4)2+3Na2CO3+3CO2+3H2O以钙为例3CaSO4+2Na3PO4=Ca3(PO4)2+3Na2SO43CaCl2+2Na3PO4=Ca3(PO4)2+6NaCl生成的Ca3(PO4)2、Mg3(PO4)2是胶体颗粒，作为结晶晶核使CaCO3、Mg(OH)2在其周围析出成较流动的泥垢，不易在金属表面附着磷酸三钠比碳酸钠贵，混合使用2022-4-26锅炉排污的定义锅炉排污的定义6.4锅炉的排污锅炉的排污 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。 为了使锅水水质的各项指标控制在标准范围内，就需要从锅内不断地排除含盐量较高的锅水和沉积的泥垢。以上的过程，就称为锅炉的排污。2022-4-26锅炉排污的分类锅炉排污的分类6.4锅炉的排污锅炉的排污 排污装置按照其位置及其功能一般分为底部排污和表面排污。底部排污主要排除底部沉积物如：泥垢、水渣等;表面排污主要排除表面浓缩物如：油脂、泡沫等。锅炉排污的目的锅炉排污的目的1、排除锅水中过剩的盐量和碱量等物质，是锅水水质各项指标始终控制在国家标准要求的范围内。2、排除锅内结生的泥垢和水渣，防止其在某一部位聚集和形成二次水垢，影响锅炉的安全运行。3、排除锅水表面的油脂和泡沫。2022-4-26锅炉排污的意义锅炉排污的意义6.4锅炉的排污锅炉的排污1、锅炉排污是水处理工作的重要组成部分，是保证锅炉水质达标的重要手段。2、实行有计划的和科学的排污，保持锅水水质良好，是减缓或防止水垢结生，保证蒸汽质量和防止锅炉金属腐蚀的重要措施。2022-4-26锅炉排污的方式锅炉排污的方式6.4锅炉的排污锅炉的排污 1、连续排污也叫表面排污，这种排污方式是连续不断地从汽包锅水表面层将浓度最大的锅水排出。它的作用是降低锅水中的含盐量和碱度，防止锅水浓度过高而影响蒸汽品质。 2、 定期排污又叫间断排污或底部排污，其作用是排除积聚在锅炉下部的水渣和磷酸盐处理后所形成的软质沉淀物。定期排污持续时间很短，但排出锅内沉淀物的能力很强。锅炉排污的方式锅炉排污的方式勤排、少排、均衡排2022-4-26连续排污装置连续排污装置6.4锅炉的排污锅炉的排污此装置一般采用2060mm的钢管做排污管，在其上方等距离开孔，排污管走向与汽包纵向一致。连接在开孔处的短管称为吸污管。