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1 软化水设备基础知识北京海德能科技公司 2 锅炉水处理监督管理规则 第三条锅炉及水处理设备的设计 制造 检验 修理 改造的单位 锅炉及水处理药剂 树脂的生产单位 锅炉房设计单位 锅炉水质监测单位 锅炉水处理技术服务单位及锅炉清洗单位必须认真执行本规则 第九条锅炉水处理是保证锅炉安全经济运行的重要措施 不应以化学清洗代替正常的水处理工作 第十条生产锅炉水处理设备 药剂和树脂的单位 须取得省级以上 含省级 安全监察结构注册登记后 才能生产 第十一条未经注册登记的锅炉水处理设备 药剂和树脂 不得生产 销售 安装和使用 3 锅炉水处理监督管理规则 第十四条锅炉水处理设备出厂时 至少应提供下列资料 1 水处理设备图样 总图 管道系统图等 2 设计计算书 3 产品质量证明书 4 设备安装 使用说明书 5 注册登记证书复印件 第三十六条对违反本规则的单位和个人 有下列情况之一者 安全监察机构有权给予通报批评 限期改进 暂扣直至吊销资格 对持证的单位和个人 的处理 4 克分子 mol 定义 一定重量的物质 在数值上等于他的分子量 单位用克表示 这个量就称为一个克分子 如水的分子量为18 而18克水就是1克分子水 克分子的水含有的分子数为 6 02X1023现在国际上规定 物质体系所包含的结构粒子 如原子 分子 离子 电子 光子等等 数目与12克碳 12C 中的原子数目相等 则这体系的量为摩尔 符号 mol 5 当量 定义 当量表示元素相互化合时它们之间的重量关系 各种元素相互化合时 其重量比等于他们的当量比 元素的当量 原子量 化合价化合物的当量 化合物的分子量 正 或负 价总数如 钙的当量 原子量 化合价 40 078 2 20 039 6 克当量 定义 一定量的物质在数值上等于它的当量 单位以克表示 这个量就称为该物质的1个克当量 如 钙的当量为20 039 而20 039克的钙就等于1克当量 7 硬度单位 一 1升水中含有的钙 镁离子的总毫克分子数 mmol L1升水中含有的钙 镁离子的总毫克当量数 meq L1升水中含有的1 2钙 1 2镁离子的总毫克分子数 即 以氢离子为基本单位的物质的量浓度 氢摩尔浓度 在数值上1 2钙 1 2镁离子的总毫克分子数等于钙 镁离子的总毫克当量数 8 以CaCO3氢摩尔质量来表示的1升水中含有钙 镁离子的氢摩尔总数 表示方法为ppm 以CaCO3计 如 CaCO3的分子量为100其可接受或提供1mol H 的摩尔质量为50 硬度为2 H mmol L浓度 可表示为2x50 100ppm 以CaCO3计 例 水质分析结果为Ca2 42 4mg L Mg2 25 5meq L用上面 种方试表示其硬度 1 42 4 40 07 25 5 24 3 1 058 1 049 2 107mmol L 2 42 4 20 03 25 5 12 15 4 22mg L 3 4 22mmol L 1 2Ca2 1 2Mg2 4 4 22x50 211ppm 以CaCO3计 1升水中含有的钙 镁离子总量等于17 1ppm 以CaCO3计 定义为一个格令 加仑 gr gallon 9 10 钠离子交换反应 11 12 交换示意图 13 流速 gpm ft2 m h 通常流速越大离子交换所需的工作层越大 树脂有效利用率会下降 但设备产水能力会提高 反之流速越小所需的工作层越少 树脂利用率会增加 但设备产水能力下降 过小的流速会造成原水与树脂表面离子进行交换 水不能进入树脂内部 树脂表面通常仅提供20 的交换容量 树脂里面能提供80 的交换容量 合理的交换流速对于提高设备产水能力及交换能力是非常重要的 一般建议运行流速控制在 中国20 30m h 美国4 10gpm ft2 小型装置可适当提高 14 交换示意图 15 水与树脂的接触时间 gpm ft3 水与树脂的接触时间越长 交换越充分 但相对单位树脂的产水能力下降 接触时间越短 交换越不充分 单位树脂的交换能力下降 而单位树脂的产水能力提高 因此 合理的接触时间对于软水器的经济运行非常重要 一般建议1 0 5 0gpm ft3树脂或8 40bv h 每小时流量为树脂装载量的八至四十倍 16 用线性流速与空间流速的区别 17 树脂层的高度 树脂层越低 流速对其交换能力的影响就越大 当树脂层高度达到30英尺 762mm 时 树脂层高度造成的流速对其交换能力的影响可降到比较低的程度 因此 一般建议树脂层高度大于30英尺 762mm 图 1 18 进水含盐量 进水含盐量的高低直接影响出水的品质 而进水含盐量中K Na 的总含量对出水品质的影响非常大 例 当原水含盐量为500PPM 其中K Na 为零 硬度为10mol m3 如果我们再生用15lb ft3 240g l 出水质量可达到近乎0 00 当原水含盐量为500PPM 而K Na 为250PPM 硬度为5mol m3 同样我们用15lb ft3 240g l 出水质硬度为0 038mmol L接近0 04mmol L 超过了国家低压锅炉进水要求 若要出水达到0 03mmol L以下 必须使用 18lb ft3 290g l 图 2 19 温度 水温增加能同时加快内扩散 提高交换能力 无论是运行或再生 适当地提高水温度对软水器是有益的 20 再生剂质量 NaCl 再生剂纯度越高 树脂的再生度越高 出水的离子泄露量越少 因此提高再生剂纯度及用软化水溶液可提高再生度 21 再生剂纯度对树脂再生度的影响 22 再生液流量 通常再生液流量越小 获得的再生效果越好 但过低的再生液流量会使再生时间过长 使再生剂绕过树脂仅将树脂表面再生 因此一般要求再生液流量在0 25 0 9gpm ft3 或顺流流量4 6m h 逆流再生2 3m h 图 3 23 再生液浓度 根据离子平衡原理 再生液浓度提高 可以使树脂的交换能力得到提高 但在再生剂用量一定的条件下 再生液浓度过高 会缩短再生液与树脂的接触时间 从而降低了再生效果 一般盐液浓度控制在10 左右为宜 图 3 24 再生剂用量 树脂的交换在理论上是按等当量进行 即1mol的再生剂可恢复一个1mol的交换容量 即使用58 43g的NaCl 但实际上再生剂的耗量要比理论值大得多 实验证明再生剂用量越多 获得的树脂工作交换容量越大 出水质量越好 但随着再生剂用量的不断增加 工作交换容量的提高会越来越少 经济性会不断下降 因此 再生盐耗应根据不同的原水水质 在保证一定的交换能力及水质条件下 尽可能选用比较经济合理的耗盐量 在美国通常低压锅炉的软水器 采用240g l盐再生一升树脂 图 3 25 树脂 不同的树脂所提供的交换能力是不一样的 通常锅炉用软水器要求使用的树脂其交联度不应低于7 26 9000型软化控制阀上布水器反洗膨胀空间交换器罐体中心管树脂排污管石英砂下集水器罐底支撑 盐井 空气止回阀 盐液面 盐 盐箱 浮球 盐箱盖 盐井盖 2310盐液安全阀 挡盐板 27 设计数据 28 反洗流速的计算 通过流量控制孔板来实现对反洗流速的控制 富来公司提供了从0 6gpm至的35种规格的流量孔板 及100gpm至400gpm的48种规格的流量孔板 能最大限度地满足用户的设计要求 反洗流量的计算 反洗流量 罐体面积 单位面积反洗流量例如 某钠离子交换器直径为1000mm 39 37英寸 确定其反洗流量 设 单位面积反洗流量 流速 为5gpm ft2 12 3m h 反洗流量 4 39 37 12 2 5 42 24gpm 1英尺 12英寸 查 FLECK公司反洗流量孔板参数表 表 1 得取用45gpm的流量孔板校对反洗流速 13m h 29 再生液耗量计算 全自动软水器的再生剂耗量是通过控制盐箱补水量来达到控制再生剂量 例如 上例中通过查阅树脂资料及进 出水质确定 再生盐耗为每升树脂使用160克盐 即10lbNaCl ft3树脂 再生总盐耗量 单位树脂再生盐耗 树脂量 160 660 105600g 100 56kg设 根据饱和盐液浓度为26 由溶液浓度计算公式得到 溶液浓度 溶质 溶质 溶剂 100 溶剂 溶质 100 溶液浓度 溶液浓度 盐箱补水量 100 56 100 26 3 26 3 298 8kg 298 8L 78 8gallon 1L 0 267gallon 查 FLECK公司提供的盐箱补水流控制孔板参数表 表 1 得 若选用7gpm的流量孔板 则盐箱补水时间为补水时间 盐箱补水量 单位时间补水流量 78 8 7 11 25分钟设定 盐箱补水时间为12分钟注 在通常情况下盐箱补水时间考虑为10 20分钟另 简易算法 设 饱和盐液为每1加仑水溶解3磅盐本例 盐箱补水量 总盐耗量 3 23 3 10 3 77 6加仑 30 再生液流速计算 全自动软水器的再生液流速是通过选用合适的射流器来加以控制 富来公司提供了18种规格的射流器供用户选择 以求达到最佳的的再生效果 交换器再生液流量 树脂装载量x单位树脂再生液流量例如 上例中的软水器放入了660升 23 3ft3 阳离子交换树脂 根据标准 设 单位树脂再生液流量为0 5gpm ft3交换器再生液流量 23 3 0 5 11 6gpm 1ft3 28 3L 查 FLECK公司提供的射流器参数表 表 2 得在40psi压力下选用1800系列 6 射流器流量为10 8gpm实际单位树脂再生液流量为0 46gpm ft3实际再生液流速 实际交换器再生液流量 交换器截面积 10 8x0 227 0 785 3 1m h1gpm 0 227m3 h 31 32 吸盐置换时间的确定 吸盐 置换时间需经过计算来确定 并在控制阀上加以确定查 FLECK公司提供射流器参数表 表 2 得到在40psi压力下选用1800系列 6 射流器流量为10 8gpm其中吸盐量为38 进水量 置换水量 为62 吸盐量 射流器流量x0 38 10 8x0 38 4 1gpm吸盐时间 饱和盐液量 单位吸上盐液量 盐箱补水量 盐耗量 单位吸上盐液 1 14 298 8 105 1 14 4 1 3 787 22 81分钟 1加仑 3 787L 置换时间 置换水量 单位慢洗流量设 置换水量 树脂装载量 660L 174 28加仑单位慢洗流量 交换器再生液流量 吸盐量 10 8 4 1 6 7gpm置换时间 174 28 6 7 26 01分钟总吸盐置换时间 吸盐时间 置换时间 21 81 26 01 48 82分钟总吸盐置换时间为50分钟设定 为50分钟 33 系统压降计算 全自动软水器压力降有以下几部分组成 控制阀压降 树脂层压降 布水器压降 控制阀压降 运行流量gpm Cv 2树脂层压降 查树脂公司提供的压降计算图表 布水器压降 查布水器公司提供的压降计算图表 例如 上例选用FLECK3900控制阀交换器运行流量为25m3 h查 富来自动控制阀规格表 得 3900控制阀运行阻力系数为65控制阀压降 25x4 4 65 2 2 86psi1m3 4 4gpm控制阀压降0 2kg cm21psi 0 0689kg cm2 34 35 36 37 38 单流式过滤器与多层过滤器的比较 39 多层滤料过滤器设计参考 40 软水器 活性碳过滤器 砂过滤参照表 41 富来控制阀具有良好的适应性 a 有近100种规格的流量控制孔板供用户选择 他能最大限度的满足用户要求 b 有18种规格的射流器 且互换性能强 每型控制阀至少有7种尺寸的射流器供用户选用 c 从进出口管经3 4 至3 有多达16种型号 其流量范围从最小的3 4吨至56 8吨 在1kgf cm2压降下 d 从6 24 罐 FLECK有三种型号的控制阀可用于一阀双罐自动切换 8500 9000 9500 42 富来控制阀具有良好的可靠性 a 它的每个受压零件的设计 必须满足从0 13 3kgf cm2的循环压力试验250 000次 水质协会要求从0 10 5kgf cm2循环试验100 000次 b 再生 运行的周期循环试验必须满足10 000次 即 如果平均每天再生一次 它能使用27年 c 为满足这些要求 FLECK公司制造的进出口管径大于1寸的控制阀 采用无铅黄铜作为其阀体材料 d FLECK的无硬水旁通控制阀 再生时自动阻断出水 无需电磁阀 e FLECK是唯一使用流量孔板与注水时间相配合的方式来控制盐箱注水量 它能最准确的控制耗盐量 43 5600 5600SE 5000 6600 6700控制阀结构 性能及适用场合 44 1500 2510 2700 2750 2850 287