王伟
摘要：本文着重讨论了供热系统中应用的水处理设备机理及特点，结合实际找出最佳水处理方案，以节约能源。
关键词：供热亲统；水处理；设备应用
1前言
我们公司供热系统分直接供热和间接供热两种方式。供热系统的水质监督及水处理是保障锅炉及换热设备安全、经济运行的重要措施之一。锅炉给水如不处理或处理不当，在受热面上就会结生水垢，不仅使热效率降低、检修清理困难，严重时甚至会堵塞受热面管道，引起锅炉爆管。二级网水质处理不好，会使换热器换热效率降低，影响供热质量。因此，加强水质监督，做好水处理工作对提高锅炉运行效率、延长锅炉使用年限、提高换热设备换热效率、节约能源等都具有重要意义。
我公司已应用的水处理设备有离子交换器、电子除垢仪、内磁除垢器、高效过滤器等几种设备。这几种设备的机理、特点、选用条件各不相同，因此，探讨其防垢机理与特点，以及在实际应用中注意的问题，其意义是非常明显的。
2离子交换机理
双电层理论认为，在离子交换剂的高分子表面上存在着与胶体表面相似的双电层。结合在高分子表面上的离子不能自由移动，称为固定离子层或吸附层；其外部离子能在一定范围内自由移动，称为可动离子层或扩散层。与内层离子符号相同的离子称为同离子，符号相反的称为反离子。固定离子层中的同离子是依靠化学键结合在高分子的骨架上，其层中的反离子是依靠异性电荷的吸引力被固定。在可动离子层中的反离子，由于受到异性电荷的引力较小，热运动比较显著，所以这些反离子有自高分子表面向溶液中逐渐扩散的现象。这些反离子在溶液中能自由移动，并与溶液中的其他反离子互换位置，即进行离子交换。
2.1钠离子交换软化法特卢、及注意事项钠离子交换软化法既可除去暂硬、又可除去永硬，处理后水的残余硬度可降到0.01~0.03mmol/L，甚至更低。但主要缺点是不能除碱。运行中小型锅炉及二级网供热系统，在实际交换过程中，如果出水质量过早地恶化，往往或是由于交换剂层高度不够，或是流量控制不当，或是交换剂的工作交换容量不足引起的。了解这几项在实际运行中和哪些因素有关是很有必要的。
(1)交换剂层高度。实际运行中，交换剂层的高度必须大于其工作层高度，且剂层高度越高，交换过程进行得越彻底，出水质量越好，离子交换器的工作时间越长。但是，如果交换剂层太高，势必增加剂层阻力，加大交换器的压力损失。因此，实际交换剂层高度的选取要根据交换流量选取大小。交换剂的性能、原水水质和对出水水质的要求以及交换方式等具体取用适当的数值。通常树脂层高度取为1.0~1.5m。
(2)交换流速。在剂层高度一定的条件下，交换流速可表示为被处理水与交换剂的接触时间。交换流速太大，由于接触时间太短，交换过程中的离子来不及进行扩散，而使出水质量下降；另外，流速过大，剂层阻力增加，交换器的压力损失增大。所以，交换流速过大是不适宜的。但是流速太小也不好，一是影响设备的出力；二是反应产物不能及时排出，反离子的存在则会妨碍交换反应的进行，从而也不能获得良好的出水水质。表1为交换流速推荐值。
(3)工作交换容量。交换剂的工作交换容量与许多因素有关。如：交换剂的性能、再生情况、原水水质、水温、水的pH值、运行流速以及对出水的质量要求等等。当上述条件一定时，交换器的水力特性，如交换剂和石英砂垫层的颗粒是否均匀，能否均匀布水、有无水流死区或偏流现象等，也对工作交换容量有很大影响。另外，交换剂颗粒的碎裂和流失以及交换剂的污染、中毒也会影响其工作交换容量。因此，运行中应找出交换剂工作交换容量降低的原因，采取相应的措施以确保出水质量和设备出力。
表1钠离子交换器的推荐流速
3高强度内磁除垢器的防垢机理
用以抑制或清除污垢的物理方法及其相应的装置有磁化器、高频水改器、电子防垢仪和高压静电水处理器、超声波水处理器等。总的来讲它们都是用不同的物理场效应，改变水或水中杂质的某些物理化学性质，以阻抑水垢的生成。我公司几年来应用过的有高强内磁防垢器、电子防垢仪等设备。高强度内磁除垢器的防垢机理，可做如下解释和描述。
3.1高强度内磁除垢器
高强度内磁除垢器，因磁棒采用高强度、高密度磁力合金材料通过巧妙的排列组合而成。当水流通过除垢器时会环绕磁棒做螺旋流动，螺旋流动的水流与磁棒形成的磁场构成直角做切割磁力线运动。因此，水流中溶解的矿物质和盐类分子随着一连串强烈震动和振荡而接受磁能，使环绕原子周围轨道上的电子磁场（磁链）受到了干扰和破坏，导致磁链方向发生改变，而变更原子和分子的内聚力，使分子结构改变，最终导致这些分子群排列成同一方向，防止水垢的生成。同时此作用可使沉淀的水垢结晶逐渐溶解，并防止形成新的结晶。
(1)特点体积小，占地少，安装方便，不需用耗能，无需人员管理，无运行费用。具有较好的防垢、除垢功能。
(2)使用中应注意的问题
①除垢器安装位置尽量避免靠近其他具有磁场的设备（如电动机等）；
②最好每年清洗除垢器内部一次。用高压水冲出因磁力吸引的附着物。对连续运行不间断的系统，应考虑安装旁通管道，以便在不停机的情况下维修、清洗设备；
③对水质条件较差，悬浮物较多的水系统，建议不要选用。
4高效纤维过滤器原理
高效纤维过滤技术采用了一种新型的软填料—纤维束作为滤元，其滤料单丝直径可达几十um甚至ILF.cm，具有巨大的比表面积（D50:80000m2/m3)，而且过滤阻力较小，打破了过滤精度由于滤料粒径不能进一步缩小的限制。微小的滤料直径，极大地增大了滤料的比表面积和表面自由能，增加了水中杂质颗粒与滤料的接触机会和滤料的吸附能力，从而提高了过滤效率和截污容量；由于纤维束可以完全放松清洗恢复性能，使过滤性能不随时间衰减；由于纤维束由纤维长丝制成，不掉毛且几乎不磨损，使滤料寿命达10年以上。GXZL型高效纤维过滤器，即为自助式过滤器。在过滤设备内部设置自助式纤维密度调节装置，该装置不需额外动力和附加操作，仅在正常过滤操作和反洗操作过程中通过水力完成对纤维层的压缩和放松。在过滤操作时，能迅速（一般在lmin内）将滤层压缩至所需状态，而且绝不损伤纤维，也不会导致靠近活动支撑装置的纤维密度大于滤层主体密度的不利层态；在反洗操作时，无论滤层积泥量有多大，滤层被压缩得多密实，均能迅速将滤层彻底疏松，而决不会损伤纤维，还能避免纤维向活动支撑装置上堆积从而有利于泥渣的排出。
4.1特点
高效纤维过滤器可有效地除去水中的悬浮物，并对水中的有机物、胶体、铁、钙等有明显的去除作用。具有过滤精度高，过滤速度快，截污容量大，占地面积小，吨水造价低，自耗水最低，不需更换滤元等优点。我公司四区换热站2001年安装一台生水高效过滤器。经水样分析，原水水样悬浮物由60mg/L一降至3mg/L;Fe2O3由170μg/L降至20μg/L。效果明显。
4.2存在的问题
高效过滤器对反洗效果要求较高。由于采用的是纤维过滤，纤维丝很细，杂质私附后必须用较强的风力进行冲洗，一旦冲洗效果不好，将直接影响过滤效果，并为以后的冲洗带来更大的困难。
5供热系统水处理方案选择
以惠天热电滑翔地区水质为例，经测试，滑翔地区补给水中含有游离态铁、钙、镁离子等杂质。因此，运行中系统有腐蚀铁产物、钙镁垢存在，这些产物以及热网管道内生物菌等杂质沉积在换热器低温侧，随着悬浮物在换热器低温侧沉积量的增加，使其热交换率降低，导致整个系统能耗加大，不利于节能。由于锅炉房及换热站环境条件的限制，以及水质情况不同等诸多因素，上述三种水处理设备应用后，效果明显。根据水质情况的不同，建议考虑以下方案。
5.1工艺流程
(1)原水～高效过滤器～离子交换器～水箱～补给水。
(2)循环系统采用内置磁化器或静电水处理器，辅以添加防腐阻垢剂。
5.2工艺说明
(1)高效过滤器：通过过滤除去补给水中的游离态铁及悬浮物。
(2)离子软化器：去除水中钙、镁硬度，可防止结垢，也可提高水中的pH值降低腐蚀。
(3)磁化器或静电水处理器：具有防垢、除垢功能，兼有杀菌、杀藻功效。
(4)防腐阻垢剂：控制循环水中微生物的繁殖，具有阻垢、缓蚀功能。
6结论
通过对上述水处理设备机理及特点的探讨，相信随着水处理设备管理水平的不断提高和对循环水质要求的不断提高，上述几种水处理方法结合应用会更加广泛。从而更好地节约能源。
参考文献
李本高，徐振洪，龙军．工业水处理技术（第八册）．北京：中国石化出版社，2004.
李瑞扬，吕藏．锅炉水处理原理与设备．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2003