热水采暖水处理系统的设计

摘要：当前抚顺地区热水采暖锅炉的给水，基本上都是用城市自来水。因为绝对纯净的水是没有的，其中必然含有一些杂质。如果对锅炉给水不进行处理，锅炉运行不久就结有很厚的水垢，水垢的导热系数仅为金属的1/20～1/50。锅炉结垢后将使排烟温度增高、锅炉供暖效率降低，耗煤量增加。

关键词：热水采暖 锅炉水处理

一、水中杂质对锅炉的影响

当前抚顺地区热水采暖锅炉的给水，基本上都是用城市自来水。因为绝对纯净的水是没有的，其中必然含有一些杂质。如果对锅炉给水不进行处理，锅炉运行不久就结有很厚的水垢，水垢的导热系数仅为金属的1/20～1/50。锅炉结垢后将使排烟温度增高、锅炉供暖效率降低，耗煤量增加。

锅炉结垢能造成熔孔和爆管。锅炉结垢后除耗煤量增加外，能使锅炉在运行过程中，由于受热面内壁结有坚硬密实的垢层，在炉水和管壁之间形成夹层高温区。使管壁温度上升到900℃以上，超过管材的熔点，造成熔孔或爆管。结垢后的水冷壁升高温度近似公式如下：

T₁=t_g+(1/α+δ₂/λ₂)Q_热  ℃

T₂=t_g+(1/α+δ₂/λ₂+δ₁/λ₁)Q_热  ℃

式中 T₁ ——水冷壁管内温度   ℃

T₂ ——管外面温度   ℃

t_g  ——采暖系统锅炉供水温度   ℃  t_g=85℃

α——管内表面传热系数 W/m².℃ α= 4652W/m².℃

δ₂——水垢厚度 m  δ₂=7mm=0.007m

λ₂——水垢热传导率W/m².℃  λ₂=1.2W/m².℃

λ₁——水冷壁管壁厚度 m  δ₁=4mm=0.004m

Q_热——热负荷  Q_热=116300～195000 W/m²

取Q_热=151190 W/m²

那么 T₁=85+（）×151190=994.4℃

T₂=85+（+）×151190=1007.4℃

在水垢和管壁之间，有透过垢缝的少量水存在，高温会使这些水急剧地汽化，严重时会爆管。采暖系统中热水锅炉结垢后，不仅使锅炉热效率降低，检修清理困难，严重时会使部分管子被水垢堵塞、引起锅炉爆管。因此，为使锅炉经济安全运行，保证供暖，热水采暖给水必须经过处理。

二、热水锅炉的水质标准

悬浮物：悬浮物是指水中呈悬浮状态的物质，包括细菌、藻类、原生物、泥沙、粘土和其它不溶解的物质。一般城市供给的自来水中均不含有悬浮物。

总硬度：指水中能形成水垢的两种主要盐类——钙盐和镁盐的含量。现在国内常用硬度单位有以下三种：

（1）.毫克当量/升(微毫克当量/升)：既每升水中含有多少毫克当量钙、镁离子。

（2）.德国度（简称度）：每升水中含有的钙、镁离子相当于含有10mgCaO时的硬度，叫做1度。由于CaO的当量是28，所以

1度==0.357mge/L

反之     1mge/L=2.804度

（3）.百万分单位（ppm）：每一百万份重量的水中含有一份重量的CaCO₃(或每升水中含有1mg CaCO₃)时的硬度，叫做1ppm。由于CaCO₃的当量是50.04，所以

1ppm=≈0.02mge/L

1mge/L≈50ppm

1度=0.357×50=17.85ppm

钙、镁的碳酸盐或重碳酸盐〔MgCO₃、CaCO₃、Mg(HCO₃)₂、Ca(HCO₃)₂〕形成的硬度叫做碳酸盐硬度。这些盐类在水煮沸后会形成沉淀，而大部分被消除，故也叫做暂时硬度，用H_暂表示。

钙、镁的其它盐类（CaSO₄、MgSO₄、CaCl₂、MgCl₂、CaSiO₄等）形成的硬度叫做非碳酸盐应度，这些盐类受热后不易分解，所以叫做永久硬度，用H_永表示。

形成硬度的物质，又可以分为钙硬（H_钙）和镁硬（H_镁）两种。因此，总硬度H₀=H_暂+H_永= H_钙+ H_镁

pH值：表示水中氢离子浓度，也即表示水的酸碱性。氢离子是由于碳酸离解的结果。H₂CO₃H⁺+HCO₃^-一般在实际应用中，水的pH值的范围可划分为：pH=7为中性 pH<7为酸性 pH>7为碱性。

含氧量：氧来源自大气中，也有土壤中有机物被微生物分解和地质化学过程产生的，它以1L水中溶有氧的毫克数来表示，使用单位为mg/L。

三、热水采暖锅炉给水处理方法简介

锅炉给水处理的方法有物理化学法、化学法、物理法等。

水的电渗析处理是一种典型的物理化学水处理法，它是用电化学原理除去水中溶解盐的，电渗析水处理法用于高度除盐和纯水的制备上，因设备投资高，水量损失较大，目前在锅炉房水处理方面应用得不多。尤其是在采暖炉水上用得极少。

化学软化法是指在软化水过程中发生化学反应生成新的物质，具体方式有炉内加药法和炉外软化法两种。炉内加药法既向炉内加某种化学药剂，改变沉渣的结构型式，防止或减少硬垢的生成。目前应用较广泛的方法是向炉内加入定量的磷酸三钠、纯碱和含有单宁的有机物质。向炉内加药虽有防垢、老垢脱落和防腐蚀等作用，但经过运行数年后发现，在系统的管网和散热器有堵塞结垢现象。另外炉内加药水处理，可以减轻水垢的形成，但不能完全防止锅炉结垢，仍须定期清理锅炉。      

炉外软化法：目前应用最多的是离子交换法，该法用钠离子交换剂，当被处理的水流过装有交换剂的过滤器时，Ca²⁺和Mg²⁺离子被置换，并存留在交换剂中，使水得到软化。钠离子用NaR表示，其中R代表阳离子交换剂的复杂的阴离子团。用离自方程式表示为：

Ca²⁺+2NaRCaR₂+2Na⁺

Mg²⁺+2NaRMgR₂+2Na⁺

由上述化学反应可见，钠离子既可除暂时硬度，又可除永久硬度。处理后水的硬度可降到0.01~0.03mge/L，获得可靠的软化效果，在热水采暖锅炉中得到广泛的采用。

物理水处理：像高频水改器，永磁和电磁软水器，都属于水的物理处理方法。其优点是结构简单、体积小、容易检修、运行费用低等。在采暖热水锅炉上应用可以肯定的讲是有很好的防垢、除垢效果。但对不同结构的炉体和水流速以及水质等因素，只用磁水器，锅炉防垢不能得到彻底保证。