情况,只起软化而不起除盐作用.
CaSO4+Na3CO3→CaCO3↓+Na2SO4
CaCL2+Na2CO3→CaCO3↓+2NaCl
MgSO4+Na2CO3→MgCO3+Na2SO4
MgCl2+Na2CO3→MgCO3+2NaCl
反应中生成的碳酸镁又被氢氧化钙沉淀:MgCO3+Ca(OH)2→CaCO3↓+Mg(OH)2↓
如水中A-H〉2毫克当量/升,即有较高的负硬时,可伴加氯化钙,使水中的负硬转变为暂硬,进而与氢氧化钙化合成为CaCO3沉淀.其反应如下:
2NaHCO3+CaCl2→Ca(HCO3)2+2NaCl
Ca(HCO3)2+Ca(OH)2→2CaCO3↓+2H2O)
或 2NaHCO3+Ca(OH)2→CaCO3↓+NaCO3+2H2O
Na2CO3+CaCl2→CaCO3↓+2NaCl
根据原水水质,可以用石灰,也可与纯碱或氯化钙等配合使用.由于我国水质大多是暂硬型,而石灰价格又低廉,因此许多低压锅炉的给水在用离子交换及其他方法处理之前,先用石灰法除去大部分暂硬度,可使软水成本降低,经济意义很显著.
②石灰一纯碱沉淀软化法,处理后的碱度应控制在0.8￣1.5毫克当量/升之间.此外还能除去水中的铁和50%左右的硅:
4Ee(HCO3)2+8Ca(OH)2+O2→4Ee(OH)3↓+
8CaCO3↓+6H2O
H2SiO3+Ca(OH)2→CaSiO3↓+2H2O
H2SiO3+Mg(OH)2→Mg(OH)2+H2SiO3↓
采用这种方法时,常添加凝聚剂,绿矾(EeSO4·7H2O)等EeCl3等,促使沉淀聚沉.
处理每吨水的石灰和纯碱用量可用正式计算:
28
CaO=(H0+HMg+CO2+Ee+K+0.35) ───
C
(克/吨)
53
NaCO3=(H++K+1) ─(克/吨)
C
式中:HO──暂硬(毫克当量/升);
Hmg──镁硬(毫克当量/升);
H+ ─永硬(毫克当量/升);
K ─凝聚剂加入量,一般采用(0.1~0.5毫克当量/升);
CO2、Ee ─水中的含量(毫克当量/升);
0.35和1──CaO和Na2CO3的过剩量;
28和53──CaO和Na2CO3的化学当量;
C──石灰和纯碱的化学纯度(即%含量).
③采用石灰──氯化钙〖或石灰一石膏(CaSO4)〗沉淀软化降碱法时,处理每吨水的用量计算如下:
28
CaO=(A-1+Hmg+CO22Ee+K)─(克/吨)
C
55.5
CaC12=(A-H-1)────(克/吨)
C
68.06
或CaSO4=(A-H-1)────(克/吨)
C
式中: ──水的总碱度与总硬度(毫克当量/升);
1──保留的钠碱度;
55.5和68.5──CaC12和CaSO4的化学当量;
其他符号与前法同.
单独采用此法的适用条件是:
硬度全部为暂硬或暂硬高的水,如暂硬小,而永硬大时,不宜采取这种方法,以采用离子交换法为宜.
采用此法的好处是:
可以形成部分除盐作用.
Ca(HCO3)2+Ca(OH)2→2CaCO3↓+2H2O
出水含有(OH-)根, 对管道系统有防腐作用.并可大大降低带入系统中CO2的含量,有利于防止腐蚀.
缺点:
出水含有细微CaCO3颗粒,一般需经过滤除去.
出水有CaCO3过饱和现象,使流经管道有结垢现象.
尚留有部分残余硬度
④Na+离子交换软化法:
离子交换软化法,只能除去水中钙镁离子(Ca++、Mg++)其交换反应如下: 由此可知,此法只能除去水中的硬度,碱度基本不变,含盐量还销有增加,水经交换后,硬度一般可降至0.05毫克当量/升以下.所以当水中含盐量不很高或永硬较大,暂硬小于2毫克当量/升时,经交换后可以直接作为锅炉给水.含盐量过高,负硬大于2毫克
当时/升的水,不宜单独使用此法.
离子交换剂可用磺化煤或强酸性阳离子交换树脂.交换剂层的高度,一般不应小于1.0米,流速一般采用15~20米/时,水中如有悬浮物时,应先过滤再进入Na+交换器,以免悬浮物覆盖在交换剂的表面,影响交换作用.水中含铁量较高时,应定期作盐酸清洗树脂.再生剂用5~10%食盐溶液,用量一般为理论量的2倍以下.
再生方式主要有以下两种,一种是顺流再生,即再生时与软化时水流方向相同,通常都是从上向下流动.一种是逆流再生,即再生时与软化时水流方向相反.顺流再生的优点是装置简单,操作方便,缺点是再生效果不理想,出水品质较差,如要保证出水品质时,就必须增加盐耗,从而软水成本较高.逆流再生的优点是交换层底部的交换从而提高了出水质量.上层生程度最差的交换剂,由于首先和离子浓度较高而反离浓子度较低的原水接触,它的交换容量可以充分利用.所以逆流再生可以使盐耗低,出水质量高,但在再生时不能使交换剂乱层,否则就失去逆流再生的作用.因此以前曾说必须在交换剂层的表面部分设有中间排水装置,使向上流动的再生液或冲洗水能均匀地从排水装置中排走,避免交换剂层的松动,此外在中间排水装置上部还需采用白球(或交换剂)作压脂层,以防止乱层.目前,实践证明,不设中间排水装置,采用负压逆流再生,出可以不乱层的降低盐耗及提高出水质量.
如再生和冲洗时采用较高流速(4~7米/时).还应在交换层上部送入压缩空气或水,防止交换剂乱层,称为顶压法.平时逆流再生只采用小反洗冲去表面层和排水装置上的污物(从中间排出装置进水,上部排水),只有在运行10~20个或更多周期后,进行一次大反洗(从底部进水,上部出水),以除去交换剂层中的污物和破碎树脂.
逆流再生时,对再生剂的质量要求较高,并且必须采用软水进行冲洗,否则不能保证底部交换剂的高再生度.
由于逆流再生出水质量好、盐耗低,所以它与浮动床已被重视,不少单位已开始采用.流动床自动化程度较高,但树脂磨损大,最旱试用是电力、铁路系统,没有扩大采用多少.
⑤局部钠离子交换法:由于钠离子交换软化法不能除去水中的碱度,所以如果水的碱度〉2毫克当量/升时,可以采用部分钠离子交换法,以降低碱度,现简述如下:
这种方法是用一部分经Na+离子交换的软化水和一部分未经处理的原水混合后作为锅炉的给水.进入锅炉后软水中的碱度将使水中的硬度在炉内进行软化.这样既可减少软化水量,节省食盐,又可降低炉水碱度,碱少锅炉排污水量及热损失.
采用这种方法时,必须掌握好给水中软水和原水量之比,保证混合水的碱度略大于硬度.两者之比应使
进入锅炉的软水碱度QNa(A-H')减去排污排掉的碱度(AoP),等于进入锅炉的硬水的永久硬度(1-QNa)(H-A)再加上排污排掉的碱度(AoP)即
QNa〖A-H')-AoP〗=(1-QNa)
〖(H-A)+AoP〗
式中:QNa──软水占给水的百分数;
(1-QNa)──原水占给水的百分数;
H──原水中的硬度(毫克当量/升);
H'──软水中的残余硬度(毫克当量/升);
A──碱度软水与原水相等(毫克当量/升;
Ao──炉水的碱度(毫克当量/升);
P──锅炉排污占给水的百分数;
整理上式得:
H-A+AoP
QNa=────────
H-H′
在以上计算中没有把蒸汽带走的碱度和因锅炉泄漏带走的碱度计算在内.因此实际采用的值可略高于计算值.并应根据炉水的情况(碱度和硬度)加以调整.
例一 某厂原水的硬度(H)为5毫克当量/升,碱度(A)为5毫克当量/升.软水的残余硬度H'为0.1毫克当量/升,炉水碱度Ao为20毫克当量/升,排污率为0.05.求原水和生水之比.
H-A+AoP 5-5+20*0.05
软水QNa=────────=────────────
H-H′ 5-0.1
=0.205=20.5%
原水为:1-QNa=79.5%
例二 北京某区自来水的硬度H为10毫克当量/升,碱度A为6毫克当量/升,炉水碱度维持20毫克当量/升,排污率5%.
那么当H'和A'都忽略不计时则软水QNa为:
10-6+20*0.05
QNa=─────────────=0.5=50%
10
原水为:1-QNa=0.5=50%.
这种方法在理论上是可行的,目前安徽、山东等地有些单位已在2吨/时以下的低压锅炉上使用.
当忽略蒸汽碱和软化水残余硬度(H')不计时,QNa=
H-A+AoP
───────
H
公式的线算图如下:
该线算图的说明、单位和算例见270页的局部NaR法配水比线算图说明
(2)炉内加药和热软化法.
2在低压锅炉内(14Kg/cm2以下),利用天然水中的碱度(当碱度不足时补加纯碱)进行炉内软化的方法,称为炉内热软化法.这种方法在国内外低压小型锅炉上都有采用,操作简易,行之有效.根据我国现有小型锅炉的条件,在不增加或少增加水处理设备的基础上,如能适当的运用,既能防止炉内结垢,又能防止炉内腐蚀.
这种方法主要是利用炉水经浓缩后生成的足量碳酸根和进入炉内的硬度生成不附着于金属表现的沉淀物(水渣),通过排污而除去.在炉内碱度够用时,则不须补加纯碱,但如锅炉给水硬度过大,炉水中碳酸根消耗过多,炉水碱度降至规定数值以下时,则须补加部分碱以维持炉水一定碱度.所以在采用炉内热软化法时,加强炉水化验,维持炉水一定碱度是其关键.否则碱度过低会引起结垢和腐蚀,碱度过高会引起苛性脆化和汽水共腾.
这种炉内碱度和加药热软化的技术要求如下:
①保证炉内的碱度约为20毫克当量/升,pH值为10-12.
如果炉水碱度不到20毫克当量/升,可减少排污或补充碱剂以适当提高炉水 碱度.如无汽水共腾等不良现象时,炉水碱度可维持高一些.
②如原水中负硬值(A-H)为1-2毫克当量/升可不加纯碱.
③如负硬值=0,或过小时,可考虑采用部分钠离子交换法加以调整使负硬值为1-2毫克当量/升.
④原水中总硬度〈3.5毫克当量/升,这一条件的规定是为了控制炉内过多的沉淀物,以防排污不净.如原水中总硬度〉3.5毫克当量/升而炉内沉淀物又能排除干净,又有成熟经验者,则不在此限.
⑤锅炉压力〈14Kg/cm2,蒸发量〈2吨/小时又没有省煤器时这种方法适用.
原水中的负硬进入炉内后产生的热分解反应如下:
2NaHCO3→Na2CO3+CO2↑+H2O
部分Na2CO3又可以水解,生成NaOH
Na2CO3+H2O→2NaOH+CO2↑
炉内Na2CO3水解成为NaOH的量与锅炉运行压力有关,压力越大,水解程度越大,如图所示.从图中整理出的数据如下表
图1 说明,随着压力的升高Na2CO3迅速分解,Na2CO3分解的结果造成了游离苛性钠的存在,而游离NaOH对锅炉本身及其对炉水生成泡沫的能力(炉水形成大量泡沫而使蒸汽含盐量增大是应十分重视的).
PH值与相应的NaOH浓度如下
PH值
〔H+〕 〔OH-〕 相当于NaOH的浓度
克离子/升 克离子/升 毫克当量/升
9 10-9 10-5 0.01
10 10-10 10-4 0.1
11 10-11 10-3 1.0
12 10-12 10-2 10.0
当水中暂硬或永硬进入炉内后,其反应式如下:
Ca〖HCO3〗2+2NaOH─→CaCO3↓
+Na2CO3+2H2O
Ca+++CO3--(炉内)- →CaCO3↓
Mg+++2OH-(炉内)- →Mg(OH)2↓
这些沉淀物由于在炉水中生成,而不是在受热面上生成,因而将成为游离状况,慢慢沉淀底部,通过排污而除去.
如果入炉生水负硬度过小或硬度过大而致使CO3--或OH-沉淀过多,使炉水碱度不能保持规定值时,则需向炉内补加部分NaCO3作校正工作.如炉水碱度正常时,可不加校正剂.
此外在炉内软化过程中有时附加适量的栲胶(一般每吨给水不超过5克)等增效剂对防垢和防腐也有一定作用.
为了使Ca离子不生成CaSO4水垢,而优先形成CaCO3沉淀,就需要有足够的CO3++浓度,CO3--和SO4--的浓度,如果维持下列关系就可避免生成CaSO4水垢.
K值随锅炉压力和温度不同而不同,其值如下表:
━━━━━━━━━━━━━━┯━━━━━━━━━━━━━━━━━
锅 炉 压 力 │ 〖CO3〗/〖SO4--〗
(表压)公斤/厘米2 │
──────────────┼─────────────────
7 │ >0.045
10.5 │ >0.088
14 │ >0.145
17.5 │ >0.216
21 │ >0.285
24.5 │ >0.370
28 │ >0.460
│
━━━━━━━━━━━━━━┷━━━━━━━━━━━━━━━━━━
由此可见,保持炉水中〖CO3--〗〉K〖SO4-〗,就可有效地防止硫酸钙水垢的生成,使Ca++离子全部形成C#O3沉淀.试验已经证明,NaOH对CaSO4的结垢不起作用,即使在NaOH与CasO4等当量时,也不能改变CaSO4的结晶的形状.而NaCO3的防垢交通是明显的,并随Na2CO3量的增加而增加.因此不能以NaOH代替Na2CO3来防垢.但是必须注意,只有炉水的PH值在10以上时,CaCO3才可以成为水渣,并可以随着锅炉排污不断排至炉外.因此,维持炉水的
PH值在10以上,是防垢的必要条件.
采用热软化法时,在不考虑蒸汽带走的碱度,老水垢可能消耗的碱量(Na2CO3+CaSO4→CaCO3↓+Na2SO4)和所加入纯碱的化学纯度等情况时,需要补加的纯碱量的计算公式和线算图如下:
空锅炉上水时,每吨水的加碱量为G1(公斤/吨)
运行锅炉给水时每吨水的用碱量为G(克/吨)式中H──给水的总硬度(毫克当量/升);
A──给水的总碱度(毫克当量/升);
A───炉水的总碱度(毫克当量/升),一般以20毫克当量/升计算;
P──锅炉的排污率,以给水量的5%(即0.05)计算;
53──Na2CO3的当量,本为53,以化简计算,粗略地以50计算;
1000──克变为公斤的换算系数.
用公式一与二,计算三例如下:
①H=3 A=4 A0=20 P=0.05
50
G1=(3-4+20)─────=0.95公斤/吨
1000
G=(3- 4+20*0.05)50=0
②H=2 A=8 A0=20 P=0.05
50
G1=(2-8+20)─────=0.7公斤/吨
1000
5
G=(2-8+20───)50=-250克/吨
100
(当短期保持A0=40时,G=-200克/吨)
③H=8 A=4 A0=20 P=0.05
50
G1=(8-4+20)─────=1.2公斤/吨
1000
G=(8-4+1)50=250克/吨
附:
利用天然水碱度进行炉内碱处理的加碱或降碱量线算图
例如:(1)H=3 A=4 图线解G=0.95 Kg/TC=0
(2)H=2 A=8 图线解-G=200g/TG1=0.7 K/T
(3)H=8 A=4图线解G1=1.2kg/T G=250 g/T
注:G─为运行时给水中加碱量(克/吨).
G1──为空锅炉上水时每吨水的加碱量(公斤/吨).
用碱量也可在下面的线算图上查出,图中各线表示给水各有关水质指标以及加碱量的标线.查算时,在H和A线上找出给水中硬度和碱度值的两点,作一直线并延长至H+或H＿线,得一交点.此点即水中的永硬或负硬的值.在此点再作一水平线,与G(-G)线和G1线相交,交点值即得运行时每吨给水中加碱量(或降减碱量)和空炉上水时每吨
水中的加碱量.
如果水中碱度过大(负硬≥2毫克当量/升)(如上述例二),须降碱时,也可将一部分具有永硬的水与此水混合,作为锅炉给水.在炉内进行碱处理,且维持炉水一定的碱度.两种水的混合比可用下式计算,也可用下附线算图查出.计算式是根据进锅炉的碱度(QH＿·H＿)减去出锅炉的碱度(排污失去的碱度A0P和蒸汽带走的碱度(1-P)A'应和进锅炉的硬度)相等的原则进行计算的,即:
QH＿〔H＿-A0P-(1-P)A'〕=(1-QH＿)〔H++A0P+(1-P)A'〕