【正文】 （ 90） 一、富來全自動(dòng)軟水器規(guī)格表 （ 90） 二、常用單位換算表 （ 92） 三、富來全自動(dòng)控制閥性能參數(shù)表 （ 92） II 第 一章 鍋爐給水的硬度 由于水的用途不同，對(duì)水質(zhì)的要求也不同。 技術(shù)資料 2020 . 02 . 04 富來全自動(dòng)軟水器應(yīng)用技 術(shù) Fleck automatic sodium ion exchange service manual 邢 新 德 Email: 前 言 近些年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，富來全自動(dòng)軟水器在工業(yè)鍋爐給水處理中已得到了廣泛的應(yīng)用，但全面而系統(tǒng)地介紹富來全自動(dòng)軟水器的資料卻很少。評(píng)價(jià)水質(zhì)好壞的項(xiàng)目稱水質(zhì)指標(biāo)。即若某物質(zhì)所含的基本單元數(shù)量等于 1023時(shí)，那么該系統(tǒng)中的物質(zhì)的量即是 1摩爾 。 物質(zhì)的量是一個(gè)基本量 ,它有自己獨(dú)立的量綱。 硬度的分類 硬度可按水中存在陰離子種類分為碳酸鹽硬度和非碳酸鹽硬度。硬度、堿度和含鹽量等水質(zhì)指標(biāo)，均以此表示水中物質(zhì)濃度的大小，而且是以一價(jià)離子作為基本單元。 假想化合物的組成次序原則是根據(jù)水體在蒸發(fā)濃縮時(shí)，陰、陽(yáng)離子形成化合物的溶解度由小到大的次序先后組合的。 陽(yáng)離子 1/2Ca2+ 1/2Mg2+ Na+（ K+） 陰離子 HCO3 SO42 Cl 假想化合物 Ca(HCO3)2 CaSO4 MgSO4 Na2SO4 NaCl 另一種是 1/2Ca2+＜ HCO3的鎂硬水，水中有鎂的碳酸鹽硬度 Mg(HCO3)2存在，但沒有鈣的非碳酸鹽 硬度存在，而有鎂的非碳酸鹽硬度 MgSO4存在。 水樣采集后其成分的改變，受 水樣 的性質(zhì)、溫度、保存條件的影響很大，原則上應(yīng)及時(shí)化驗(yàn)。 移液管的使用 移液管又稱吸管，是用于準(zhǔn)確移取一定體積溶液的儀器，移液管分單標(biāo)式和多標(biāo)式兩種，單標(biāo)式只有一個(gè)刻度，只能吸取一個(gè)數(shù)值的體積溶液，多標(biāo)式則有多個(gè)刻度，可按要求吸取 多個(gè)不同數(shù)值的體積溶液。 被測(cè)溶液置于錐形瓶中，右手拿著頸部，讓滴定管下端稍伸進(jìn)錐形瓶口內(nèi)，通過手腕的轉(zhuǎn)動(dòng)，令錐形瓶?jī)?nèi)溶液沿著同一方向轉(zhuǎn)動(dòng)。 試劑及配制 ① 、試劑： C1/2EDAT=、 C1/2EDAT=。 10H2O） 40g 溶于 80mL 高純水中，加入氫氧化鈉 10g，溶解后用高純水稀釋至 1000mL混勻。 ）。此緩沖溶液的優(yōu)點(diǎn)是：無味， PH 穩(wěn)定，不受室溫變化的影響。 酸性鉻深藍(lán) C16H10N2O9S2 酸性鉻深藍(lán)加 10mL 氨 氯化銨緩沖溶液，加入 40mL 高純水，用 95%乙醇稀釋至 100mL。 C1/2EDTA=：稱取于 800℃灼燒至恒重的基準(zhǔn)氧化鋅 （稱準(zhǔn)至 ），用少許高純水濕潤(rùn)，加鹽酸溶液（ 1:1）使氧化鋅溶解 ,移入 1000mL 容量瓶中，稀釋至刻度，搖勻。此時(shí)會(huì)使結(jié)垢部位的金屬壁溫度過高，引起金屬?gòu)?qiáng)度下降，在壓力的作用下，就會(huì)發(fā)生過熱部位變形、鼓包，甚至引起爆炸等事故。 降低鍋爐使用壽命 鍋爐受熱面上的水垢，必須徹底清除才能保證鍋爐的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。 三、水垢的種類 由于水垢的結(jié)生與給水和鍋水的組成、性質(zhì)以及鍋爐的結(jié)構(gòu)、鍋爐運(yùn) 行狀況等許多因素有關(guān)，使水垢在成分上有很大的區(qū)別。硫酸鹽水垢多為白色，也有微黃色的，特別堅(jiān)硬、致密，手感滑膩。 氧化鐵垢 氧化鐵垢的主要成分是鐵的氧化物，大都結(jié)生在鍋爐熱負(fù)荷最高的受 熱面上，有時(shí)也會(huì)在水冷壁管、煙管等 位生成。鍋水在這些部位沒有達(dá)到沸點(diǎn)，水流的紊動(dòng)性很小，因此碳酸鈣容易以結(jié)晶形態(tài)沉積在管壁上，形成堅(jiān)硬的碳酸鹽水垢。 鍋外水處理的方法很多，一般采用的是離子交換法 對(duì)鍋爐給水進(jìn)行軟化處理。呈球狀顆粒的樹脂與樹脂總量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)稱為圓球率。 粒度 離子交換樹脂的粒度是指樹脂以出廠時(shí)的活性基團(tuán)形式，在水中充分膨脹后的顆粒直徑。 濕密度又有濕真密度和濕視密度之分。 另 外，干燥的樹脂如直接浸泡在水中，樹脂也會(huì)因一下子溶脹而碎裂，故干燥樹脂需先浸泡在飽和食鹽水中，讓其逐漸溶脹。 工作交換容量：表 示 在工作條件下，單位體積樹脂所具有的離子交換量，單位為 mmol（一價(jià)基本單元物質(zhì)） /mL（濕樹脂）或 mol/L（濕樹脂）兩種。從上面的選擇性順序可以看出鈉型離了交換樹脂（ RNa）與水中的 Ca2+、 Mg2+很容易發(fā)生交換反應(yīng)，生成 R2Ca 和 R2Mg，但要將它們?cè)偕聛砭捅容^困難。 要盡量避免或減少對(duì)樹脂的污染，如懸浮物、有機(jī)物、鐵離子、游離氯等雜質(zhì)的污染，保持樹脂的穩(wěn)定性。 NaCl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（ %） 5 10 15 20 冰點(diǎn)（℃） 防止污染和發(fā)霉 新樹脂貯存時(shí)，應(yīng)避免和鐵容器、氧化劑、油類及有機(jī)溶劑等接觸 ，以防樹脂污染。 鐵污染 樹脂被鐵污染的原因，主要是水源水或再生劑中含鐵量過高（≥）。 有機(jī)物污染 當(dāng)水中有油脂類、腐植酸及其它有機(jī)物時(shí)，極易在樹脂表面形成一層油膜，堵塞樹脂的微孔，對(duì)活性交換基團(tuán)起封閉作用，從而嚴(yán)重影響樹脂的性能。當(dāng)原水的堿度較 低時(shí)，工業(yè)鍋爐的給水可采用鈉離子交換軟化 法 處理。 由以上分析可以得知，對(duì)于硬度很 小 的原水，單純進(jìn)行鈉型軟化，雖然硬度消除了，但是會(huì)使軟化后的水質(zhì)含鹽量增加很多。反之流速越小所需的工作 層 越 小 ，樹脂利用率 就 會(huì)提高，但設(shè)備 單位時(shí)間 產(chǎn)水能力會(huì)下降。一般建議 樹脂（每小時(shí) 水 流量為樹脂裝載 體積 的 840倍） 。 鈉離子交換再生原理 再生過程，主 要 是使含有大量的鈉離子的氯化鈉（ NaCl）溶液，通過失效的樹脂層，從而將離子交換樹脂中的鈣、鎂離子交換到溶液中去，鈉離 子則被樹脂所吸附，使樹 脂重新恢復(fù)交換 容量 。順流再生時(shí)，由于再生液首先接觸的是交 24 換器上部已完全失效的交換劑，當(dāng)再生液從上至下流至交換 器底部保護(hù)層時(shí)，再生液中不但 Na+含量很低，而且還含有大量已被交換下來的 Ca2+、Mg2+，影響出水質(zhì)量。 影響再生效果的因素 ① 、再生方式 如前所述，一般逆流再生比順流再生效果好，不過對(duì)于固定床逆流再生來說，再生操作的方法必須要正確，特別是交換劑不能亂層（交換劑層由于反洗松動(dòng)而使得上下層次打亂的現(xiàn)象），否則逆流再生的效果也會(huì)受很大影響。如再生液濃度太低，則再生不完全，而且再生所需時(shí)間長(zhǎng)，設(shè)備自耗水量大。為了使再生時(shí)交換反應(yīng)充分進(jìn)行，一般認(rèn)為再生液與交換樹脂的接觸時(shí)間不少于 30min。 目前應(yīng)用最多的是美國(guó) 濱特爾 （ Pentair） 水處理集團(tuán) 下屬的 富來（ Fleck，也譯為富來克）控制裝置制造公司生產(chǎn)的控制閥。 反洗 （再生循環(huán)第一步） 樹脂失效后，在進(jìn)行樹脂再生之前先用水自下而上的進(jìn)行反洗，反洗的目的有兩個(gè)，一是通過反洗，使運(yùn)行中壓緊的樹脂層松動(dòng)，有利于樹脂顆粒與再生液充分接觸，二是清除運(yùn)行中在樹脂表面積累的懸浮物同時(shí)一些 破碎樹脂顆粒也可隨著反洗水排出 。 鹽箱 注 水 （再生循環(huán)第五步） 向鹽箱注入 溶解下次 再生所需 耗 鹽量的水。 29 全自動(dòng)軟水器 的程序控制原理如下圖，程序控制器根據(jù)再生控制信號(hào)源（時(shí)間或流量）來啟動(dòng)再生程序，并向多路閥驅(qū)動(dòng)器發(fā)出動(dòng)作指令，通過閥定位器來控制活塞的動(dòng)作位置，從而來改變水 流方向，完成不同的工作過程。上布水器與控制閥連接，然后中心管從上布水器內(nèi)插入到控制閥內(nèi)，下布水器固定在中 心管下端。軟水器如果采用流量再生啟動(dòng)方式，還需在軟水器出水口處安裝流量計(jì)，為再生控制器提供流量信號(hào)。 34 再生控制裝置是控制閥的指揮機(jī)構(gòu)，由再生控制器和驅(qū)動(dòng)裝置組成。進(jìn)出口 管徑 大于1in的控制閥采用無鉛黃銅 制造 。 三 、 富來全自動(dòng)軟水器 組成 全自動(dòng)軟水器在技術(shù)理論上并未有新的突破，其軟 化和再生的原理與同類型傳統(tǒng)的手動(dòng)（固定床順流或逆流）軟水器基本相同，只是體積變小了，由手 動(dòng)操作，變?yōu)樽詣?dòng)控制操作，但還是需要操作人員對(duì)其運(yùn)行進(jìn)行維護(hù) ， 從而 保證軟水器運(yùn)行的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。一般清洗水量為樹脂 28 體積 的 。 運(yùn) 行，也稱產(chǎn)軟水 原水在一定的壓力、流量下， 進(jìn)入 裝有 鈉 離子交換樹脂的 樹脂罐 ， 樹脂中 含 有 的可交換離子 Na+，與水中的 Ca2+、 Mg2+進(jìn)行離子交換 軟化反應(yīng)，使出水硬度達(dá)到使用要求。 第 五章 富來全自動(dòng)軟水器 原理及組成 近些年來隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)控制鈉離子交換器（通常也稱全自動(dòng)軟水器）已廣泛的應(yīng)用到工業(yè)鍋爐軟化水處理中。如果流速過快，再生液與交換樹脂接觸的時(shí)間過短，交換反應(yīng)尚未充分進(jìn)行， 再生液就 已被排出交換器，這樣即使再生劑用量成倍增加，也難得到良好的再生效 果，特別是當(dāng)再生液溫度很低時(shí)，更不宜提高流速。 ③ 、再生液濃度 當(dāng)再生劑用量一定時(shí)，在一定范圍內(nèi)，其濃度越大，再生程度越高，當(dāng)濃度達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，再生程度呈現(xiàn)一個(gè)最高值。 逆流再生與順流再生相比，具有出水質(zhì)量好，鹽耗低，工作交換容量大等優(yōu)點(diǎn)。 順流再生和逆流再生 固定床 鈉 離子交換器按其再生運(yùn)行方式不同，可分為順流再生和逆流再生兩種。 二、固定床鈉離子交換再生過程 在鈉離 子 交換過程中，當(dāng)軟水中出現(xiàn)了硬度，而且超過了標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，則證明鈉離子交換樹脂已經(jīng)失效。 接觸時(shí)間越短，交換越不充分，單位 體積 樹脂的交換能力下降，而單位 時(shí)間 樹脂的產(chǎn)水能力提高。這也就是增加離子交換劑層高度，可提高樹脂工作交換容量的原因。而 1mmol/L的（ 1/2Mg2+）鎂硬度被 1mmol/L的鈉離子所交換時(shí)，則水中可增加鹽量達(dá) [即 （ Na+的摩爾質(zhì)量） （ 1/2 Mg 2+）的摩爾質(zhì)量） ]。 防止有機(jī)物污染，關(guān)鍵是對(duì)含有有機(jī)物的原水采取混凝、過濾或活性碳過濾等預(yù)處理。鈉離子交換樹脂酸洗后，先用清水清洗至排水接近中性，然后用 12%NaOH浸泡或低流速循環(huán) 24 20 小時(shí)，再 用 10%食鹽水浸泡 1620小時(shí)，最后再用清水清洗至出水氯離子含量接近進(jìn)水含量。樹脂的變質(zhì)是無法逆轉(zhuǎn)的，被余氯污染嚴(yán)重的樹脂將會(huì)全部報(bào)廢。所以樹脂不宜放在高溫設(shè)備附近，夏季不要放在陽(yáng)光直接照射的地方；冬季應(yīng)注意保溫，如無保溫條件，可將樹脂貯存 19 在相應(yīng)濃度的食鹽水中，以免凍裂 。 鈉離子交換樹脂在使用前最好用 1015%的食鹽水浸泡 1820小時(shí)，然后用水清洗至出水合格，便可投入運(yùn)行。 離子交換的選擇性與離子所帶電荷及 水合離子半徑等有關(guān)，離子所帶電荷越多，水合離子半徑就越小，也就越容易與樹脂發(fā)生交換反應(yīng)。當(dāng)樹脂的結(jié)構(gòu)一定時(shí)，全交換容量基本上是一個(gè)常數(shù) ， 001 7陽(yáng)離子交換樹脂的全交換換容量規(guī)定≥ 。有時(shí)樹脂在失效時(shí)和再生后，體積也會(huì)發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為樹脂的溶脹性。因此，樹脂含水量的變化也反映出樹脂內(nèi)在的質(zhì)量變化。 另外，雖然有時(shí)同一型號(hào)的樹脂，各批生產(chǎn)的顏色會(huì)略有不同，但同一批生產(chǎn)的樹脂顏色應(yīng)是均勻一致的。離子交換樹脂在使用時(shí)，如何保持表面的清潔，孔道不被除數(shù)堵塞，離子在孔道內(nèi)移動(dòng)暢通等，對(duì)離子交換反應(yīng)速度是一個(gè)不可忽視的問題。 水垢的防止 為了防止鍋爐結(jié)生水垢，一般采用鍋內(nèi)水處理和鍋外水處理方法。 以上只是對(duì)水垢進(jìn)行了一個(gè)大致的分類，實(shí)際上水垢的成分是十分復(fù)雜的，要想確定其具體的成分和結(jié)構(gòu)，必須依靠成分分析和物相分析?；旌纤干s，可以看出層次，主要是由于使用不同水質(zhì)或水處理方 13 法不同造成的，多結(jié)生在鍋爐高、低溫區(qū)的交界處。 碳酸鹽水垢在 5%的鹽酸溶液中，大部分可溶解，同時(shí) 會(huì)產(chǎn)生大量的氣泡，反應(yīng)結(jié)束后，溶液中不溶物很少。 一些鹽和堿相互反應(yīng)如下： 鹽類超過了其溶解度 由于鍋水的不斷蒸發(fā)和濃縮，水中的溶解鹽含量不斷增加，當(dāng)達(dá)到過飽和時(shí)，鹽類 便 析出固相，結(jié)生水垢。 降低鍋爐出力 鍋爐 結(jié)垢后，由于傳熱性變差，要達(dá)到鍋爐的額定蒸發(fā)量或額定供熱量，就需要多消耗燃料。根據(jù)試驗(yàn)，在鍋爐內(nèi)壁如有 1mm厚的水垢，就要多消耗煤 35%。 ② 、標(biāo)定： C1/2EDTA=：稱取于 800℃灼燒至恒重的基準(zhǔn)氧化鋅 （稱準(zhǔn)至 ），用少許高純水濕潤(rùn)，加鹽酸溶液（ 1:1）使氧化鋅溶解 ， 移入 1000mL容量瓶中，稀釋至刻度，搖勻。 ⑦ 、硼砂緩沖溶液和氨 氯化銨緩沖溶液，在玻璃瓶中貯存會(huì)腐蝕玻璃，增加硬度，所以宜貯存在塑料瓶中。 ⑤ 、 PH（ 177。 硬度的含量按上式計(jì)算。配制好的緩沖溶液，按上述 方法 進(jìn)行鑒定，并使 EDTA和 Mg2+均無過量。 二 、鍋爐給水硬度測(cè)定方法 概要 在 PH 為 177。管內(nèi)溶液流完后再等約 15 秒左右即可移去移液管，如圖所示。帶藍(lán)線的滴定管取兩彎