情況,只起軟化而不起除鹽作用.
CaSO4+Na3CO3→CaCO3↓+Na2SO4
CaCL2+Na2CO3→CaCO3↓+2NaCl
MgSO4+Na2CO3→MgCO3+Na2SO4
MgCl2+Na2CO3→MgCO3+2NaCl
反應(yīng)中生成的碳酸鎂又被氫氧化鈣沉淀:MgCO3+Ca(OH)2→CaCO3↓+Mg(OH)2↓
如水中A-H〉2毫克當(dāng)量/升,即有較高的負(fù)硬時,可伴加氯化鈣,使水中的負(fù)硬轉(zhuǎn)變?yōu)闀河?進(jìn)而與氫氧化鈣化合成為CaCO3沉淀.其反應(yīng)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
根據(jù)原水水質(zhì),可以用石灰,也可與純堿或氯化鈣等配合使用.由于我國水質(zhì)大多是暫硬型,而石灰價格又低廉,因此許多低壓鍋爐的給水在用離子交換及其他方法處理之前,先用石灰法除去大部分暫硬度,可使軟水成本降低,經(jīng)濟(jì)意義很顯著.
②石灰一純堿沉淀軟化法,處理后的堿度應(yīng)控制在0.8￣1.5毫克當(dāng)量/升之間.此外還能除去水中的鐵和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↓
采用這種方法時,常添加凝聚劑,綠礬(EeSO4·7H2O)等EeCl3等,促使沉淀聚沉.
處理每噸水的石灰和純堿用量可用正式計算:
28
CaO=(H0+HMg+CO2+Ee+K+0.35) ───
C
(克/噸)
53
NaCO3=(H++K+1) ─(克/噸)
C
式中:HO──暫硬(毫克當(dāng)量/升);
Hmg──鎂硬(毫克當(dāng)量/升);
H+ ─永硬(毫克當(dāng)量/升);
K ─凝聚劑加入量,一般采用(0.1~0.5毫克當(dāng)量/升);
CO2、Ee ─水中的含量(毫克當(dāng)量/升);
0.35和1──CaO和Na2CO3的過剩量;
28和53──CaO和Na2CO3的化學(xué)當(dāng)量;
C──石灰和純堿的化學(xué)純度(即%含量).
③采用石灰──氯化鈣〖或石灰一石膏(CaSO4)〗沉淀軟化降堿法時,處理每噸水的用量計算如下:
28
CaO=(A-1+Hmg+CO22Ee+K)─(克/噸)
C
55.5
CaC12=(A-H-1)────(克/噸)
C
68.06
或CaSO4=(A-H-1)────(克/噸)
C
式中: ──水的總堿度與總硬度(毫克當(dāng)量/升);
1──保留的鈉堿度;
55.5和68.5──CaC12和CaSO4的化學(xué)當(dāng)量;
其他符號與前法同.
單獨(dú)采用此法的適用條件是:
硬度全部為暫硬或暫硬高的水,如暫硬小,而永硬大時,不宜采取這種方法,以采用離子交換法為宜.
采用此法的好處是:
可以形成部分除鹽作用.
Ca(HCO3)2+Ca(OH)2→2CaCO3↓+2H2O
出水含有(OH-)根, 對管道系統(tǒng)有防腐作用.并可大大降低帶入系統(tǒng)中CO2的含量,有利于防止腐蝕.
缺點:
出水含有細(xì)微CaCO3顆粒,一般需經(jīng)過濾除去.
出水有CaCO3過飽和現(xiàn)象,使流經(jīng)管道有結(jié)垢現(xiàn)象.
尚留有部分殘余硬度
④Na+離子交換軟化法:
離子交換軟化法,只能除去水中鈣鎂離子(Ca++、Mg++)其交換反應(yīng)如下: 由此可知,此法只能除去水中的硬度,堿度基本不變,含鹽量還銷有增加,水經(jīng)交換后,硬度一般可降至0.05毫克當(dāng)量/升以下.所以當(dāng)水中含鹽量不很高或永硬較大,暫硬小于2毫克當(dāng)量/升時,經(jīng)交換后可以直接作為鍋爐給水.含鹽量過高,負(fù)硬大于2毫克
當(dāng)時/升的水,不宜單獨(dú)使用此法.
離子交換劑可用磺化煤或強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂.交換劑層的高度,一般不應(yīng)小于1.0米,流速一般采用15~20米/時,水中如有懸浮物時,應(yīng)先過濾再進(jìn)入Na+交換器,以免懸浮物覆蓋在交換劑的表面,影響交換作用.水中含鐵量較高時,應(yīng)定期作鹽酸清洗樹脂.再生劑用5~10%食鹽溶液,用量一般為理論量的2倍以下.
再生方式主要有以下兩種,一種是順流再生,即再生時與軟化時水流方向相同,通常都是從上向下流動.一種是逆流再生,即再生時與軟化時水流方向相反.順流再生的優(yōu)點是裝置簡單,操作方便,缺點是再生效果不理想,出水品質(zhì)較差,如要保證出水品質(zhì)時,就必須增加鹽耗,從而軟水成本較高.逆流再生的優(yōu)點是交換層底部的交換從而提高了出水質(zhì)量.上層生程度最差的交換劑,由于首先和離子濃度較高而反離濃子度較低的原水接觸,它的交換容量可以充分利用.所以逆流再生可以使鹽耗低,出水質(zhì)量高,但在再生時不能使交換劑亂層,否則就失去逆流再生的作用.因此以前曾說必須在交換劑層的表面部分設(shè)有中間排水裝置,使向上流動的再生液或沖洗水能均勻地從排水裝置中排走,避免交換劑層的松動,此外在中間排水裝置上部還需采用白球(或交換劑)作壓脂層,以防止亂層.目前,實踐證明,不設(shè)中間排水裝置,采用負(fù)壓逆流再生,出可以不亂層的降低鹽耗及提高出水質(zhì)量.
如再生和沖洗時采用較高流速(4~7米/時).還應(yīng)在交換層上部送入壓縮空氣或水,防止交換劑亂層,稱為頂壓法.平時逆流再生只采用小反洗沖去表面層和排水裝置上的污物(從中間排出裝置進(jìn)水,上部排水),只有在運(yùn)行10~20個或更多周期后,進(jìn)行一次大反洗(從底部進(jìn)水,上部出水),以除去交換劑層中的污物和破碎樹脂.
逆流再生時,對再生劑的質(zhì)量要求較高,并且必須采用軟水進(jìn)行沖洗,否則不能保證底部交換劑的高再生度.
由于逆流再生出水質(zhì)量好、鹽耗低,所以它與浮動床已被重視,不少單位已開始采用.流動床自動化程度較高,但樹脂磨損大,最旱試用是電力、鐵路系統(tǒng),沒有擴(kuò)大采用多少.
⑤局部鈉離子交換法:由于鈉離子交換軟化法不能除去水中的堿度,所以如果水的堿度〉2毫克當(dāng)量/升時,可以采用部分鈉離子交換法,以降低堿度,現(xiàn)簡述如下:
這種方法是用一部分經(jīng)Na+離子交換的軟化水和一部分未經(jīng)處理的原水混合后作為鍋爐的給水.進(jìn)入鍋爐后軟水中的堿度將使水中的硬度在爐內(nèi)進(jìn)行軟化.這樣既可減少軟化水量,節(jié)省食鹽,又可降低爐水堿度,堿少鍋爐排污水量及熱損失.
采用這種方法時,必須掌握好給水中軟水和原水量之比,保證混合水的堿度略大于硬度.兩者之比應(yīng)使
進(jìn)入鍋爐的軟水堿度QNa(A-H')減去排污排掉的堿度(AoP),等于進(jìn)入鍋爐的硬水的永久硬度(1-QNa)(H-A)再加上排污排掉的堿度(AoP)即
QNa〖A-H')-AoP〗=(1-QNa)
〖(H-A)+AoP〗
式中:QNa──軟水占給水的百分?jǐn)?shù);
(1-QNa)──原水占給水的百分?jǐn)?shù);
H──原水中的硬度(毫克當(dāng)量/升);
H'──軟水中的殘余硬度(毫克當(dāng)量/升);
A──堿度軟水與原水相等(毫克當(dāng)量/升;
Ao──爐水的堿度(毫克當(dāng)量/升);
P──鍋爐排污占給水的百分?jǐn)?shù);
整理上式得:
H-A+AoP
QNa=────────
H-H′
在以上計算中沒有把蒸汽帶走的堿度和因鍋爐泄漏帶走的堿度計算在內(nèi).因此實際采用的值可略高于計算值.并應(yīng)根據(jù)爐水的情況(堿度和硬度)加以調(diào)整.
例一 某廠原水的硬度(H)為5毫克當(dāng)量/升,堿度(A)為5毫克當(dāng)量/升.軟水的殘余硬度H'為0.1毫克當(dāng)量/升,爐水堿度Ao為20毫克當(dāng)量/升,排污率為0.05.求原水和生水之比.
H-A+AoP 5-5+20*0.05
軟水QNa=────────=────────────
H-H′ 5-0.1
=0.205=20.5%
原水為:1-QNa=79.5%
例二 北京某區(qū)自來水的硬度H為10毫克當(dāng)量/升,堿度A為6毫克當(dāng)量/升,爐水堿度維持20毫克當(dāng)量/升,排污率5%.
那么當(dāng)H'和A'都忽略不計時則軟水QNa為:
10-6+20*0.05
QNa=─────────────=0.5=50%
10
原水為:1-QNa=0.5=50%.
這種方法在理論上是可行的,目前安徽、山東等地有些單位已在2噸/時以下的低壓鍋爐上使用.
當(dāng)忽略蒸汽堿和軟化水殘余硬度(H')不計時,QNa=
H-A+AoP
───────
H
公式的線算圖如下:
該線算圖的說明、單位和算例見270頁的局部NaR法配水比線算圖說明
(2)爐內(nèi)加藥和熱軟化法.
2在低壓鍋爐內(nèi)(14Kg/cm2以下),利用天然水中的堿度(當(dāng)堿度不足時補(bǔ)加純堿)進(jìn)行爐內(nèi)軟化的方法,稱為爐內(nèi)熱軟化法.這種方法在國內(nèi)外低壓小型鍋爐上都有采用,操作簡易,行之有效.根據(jù)我國現(xiàn)有小型鍋爐的條件,在不增加或少增加水處理設(shè)備的基礎(chǔ)上,如能適當(dāng)?shù)倪\(yùn)用,既能防止?fàn)t內(nèi)結(jié)垢,又能防止?fàn)t內(nèi)腐蝕.
這種方法主要是利用爐水經(jīng)濃縮后生成的足量碳酸根和進(jìn)入爐內(nèi)的硬度生成不附著于金屬表現(xiàn)的沉淀物(水渣),通過排污而除去.在爐內(nèi)堿度夠用時,則不須補(bǔ)加純堿,但如鍋爐給水硬度過大,爐水中碳酸根消耗過多,爐水堿度降至規(guī)定數(shù)值以下時,則須補(bǔ)加部分堿以維持爐水一定堿度.所以在采用爐內(nèi)熱軟化法時,加強(qiáng)爐水化驗,維持爐水一定堿度是其關(guān)鍵.否則堿度過低會引起結(jié)垢和腐蝕,堿度過高會引起苛性脆化和汽水共騰.
這種爐內(nèi)堿度和加藥熱軟化的技術(shù)要求如下:
①保證爐內(nèi)的堿度約為20毫克當(dāng)量/升,pH值為10-12.
如果爐水堿度不到20毫克當(dāng)量/升,可減少排污或補(bǔ)充堿劑以適當(dāng)提高爐水 堿度.如無汽水共騰等不良現(xiàn)象時,爐水堿度可維持高一些.
②如原水中負(fù)硬值(A-H)為1-2毫克當(dāng)量/升可不加純堿.
③如負(fù)硬值=0,或過小時,可考慮采用部分鈉離子交換法加以調(diào)整使負(fù)硬值為1-2毫克當(dāng)量/升.
④原水中總硬度〈3.5毫克當(dāng)量/升,這一條件的規(guī)定是為了控制爐內(nèi)過多的沉淀物,以防排污不凈.如原水中總硬度〉3.5毫克當(dāng)量/升而爐內(nèi)沉淀物又能排除干凈,又有成熟經(jīng)驗者,則不在此限.
⑤鍋爐壓力〈14Kg/cm2,蒸發(fā)量〈2噸/小時又沒有省煤器時這種方法適用.
原水中的負(fù)硬進(jìn)入爐內(nèi)后產(chǎn)生的熱分解反應(yīng)如下:
2NaHCO3→Na2CO3+CO2↑+H2O
部分Na2CO3又可以水解,生成NaOH
Na2CO3+H2O→2NaOH+CO2↑
爐內(nèi)Na2CO3水解成為NaOH的量與鍋爐運(yùn)行壓力有關(guān),壓力越大,水解程度越大,如圖所示.從圖中整理出的數(shù)據(jù)如下表
圖1 說明,隨著壓力的升高Na2CO3迅速分解,Na2CO3分解的結(jié)果造成了游離苛性鈉的存在,而游離NaOH對鍋爐本身及其對爐水生成泡沫的能力(爐水形成大量泡沫而使蒸汽含鹽量增大是應(yīng)十分重視的).
PH值與相應(yīng)的NaOH濃度如下
PH值
〔H+〕 〔OH-〕 相當(dāng)于NaOH的濃度
克離子/升 克離子/升 毫克當(dāng)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
當(dāng)水中暫硬或永硬進(jìn)入爐內(nèi)后,其反應(yīng)式如下:
Ca〖HCO3〗2+2NaOH─→CaCO3↓
+Na2CO3+2H2O
Ca+++CO3--(爐內(nèi))- →CaCO3↓
Mg+++2OH-(爐內(nèi))- →Mg(OH)2↓
這些沉淀物由于在爐水中生成,而不是在受熱面上生成,因而將成為游離狀況,慢慢沉淀底部,通過排污而除去.
如果入爐生水負(fù)硬度過小或硬度過大而致使CO3--或OH-沉淀過多,使?fàn)t水堿度不能保持規(guī)定值時,則需向爐內(nèi)補(bǔ)加部分NaCO3作校正工作.如爐水堿度正常時,可不加校正劑.
此外在爐內(nèi)軟化過程中有時附加適量的栲膠(一般每噸給水不超過5克)等增效劑對防垢和防腐也有一定作用.
為了使Ca離子不生成CaSO4水垢,而優(yōu)先形成CaCO3沉淀,就需要有足夠的CO3++濃度,CO3--和SO4--的濃度,如果維持下列關(guān)系就可避免生成CaSO4水垢.
K值隨鍋爐壓力和溫度不同而不同,其值如下表:
━━━━━━━━━━━━━━┯━━━━━━━━━━━━━━━━━
鍋 爐 壓 力 │ 〖CO3〗/〖SO4--〗
(表壓)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
│
━━━━━━━━━━━━━━┷━━━━━━━━━━━━━━━━━━
由此可見,保持爐水中〖CO3--〗〉K〖SO4-〗,就可有效地防止硫酸鈣水垢的生成,使Ca++離子全部形成C#O3沉淀.試驗已經(jīng)證明,NaOH對CaSO4的結(jié)垢不起作用,即使在NaOH與CasO4等當(dāng)量時,也不能改變CaSO4的結(jié)晶的形狀.而NaCO3的防垢交通是明顯的,并隨Na2CO3量的增加而增加.因此不能以NaOH代替Na2CO3來防垢.但是必須注意,只有爐水的PH值在10以上時,CaCO3才可以成為水渣,并可以隨著鍋爐排污不斷排至爐外.因此,維持爐水的
PH值在10以上,是防垢的必要條件.
采用熱軟化法時,在不考慮蒸汽帶走的堿度,老水垢可能消耗的堿量(Na2CO3+CaSO4→CaCO3↓+Na2SO4)和所加入純堿的化學(xué)純度等情況時,需要補(bǔ)加的純堿量的計算公式和線算圖如下:
空鍋爐上水時,每噸水的加堿量為G1(公斤/噸)
運(yùn)行鍋爐給水時每噸水的用堿量為G(克/噸)式中H──給水的總硬度(毫克當(dāng)量/升);
A──給水的總堿度(毫克當(dāng)量/升);
A───爐水的總堿度(毫克當(dāng)量/升),一般以20毫克當(dāng)量/升計算;
P──鍋爐的排污率,以給水量的5%(即0.05)計算;
53──Na2CO3的當(dāng)量,本為53,以化簡計算,粗略地以50計算;
1000──克變?yōu)楣锏膿Q算系數(shù).
用公式一與二,計算三例如下:
①H=3 A=4 A0=20 P=0.05
50
G1=(3-4+20)─────=0.95公斤/噸
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/噸
1000
5
G=(2-8+20───)50=-250克/噸
100
(當(dāng)短期保持A0=40時,G=-200克/噸)
③H=8 A=4 A0=20 P=0.05
50
G1=(8-4+20)─────=1.2公斤/噸
1000
G=(8-4+1)50=250克/噸
附:
利用天然水堿度進(jìn)行爐內(nèi)堿處理的加堿或降堿量線算圖
例如:(1)H=3 A=4 圖線解G=0.95 Kg/TC=0
(2)H=2 A=8 圖線解-G=200g/TG1=0.7 K/T
(3)H=8 A=4圖線解G1=1.2kg/T G=250 g/T
注:G─為運(yùn)行時給水中加堿量(克/噸).
G1──為空鍋爐上水時每噸水的加堿量(公斤/噸).
用堿量也可在下面的線算圖上查出,圖中各線表示給水各有關(guān)水質(zhì)指標(biāo)以及加堿量的標(biāo)線.查算時,在H和A線上找出給水中硬度和堿度值的兩點,作一直線并延長至H+或H＿線,得一交點.此點即水中的永硬或負(fù)硬的值.在此點再作一水平線,與G(-G)線和G1線相交,交點值即得運(yùn)行時每噸給水中加堿量(或降減堿量)和空爐上水時每噸
水中的加堿量.
如果水中堿度過大(負(fù)硬≥2毫克當(dāng)量/升)(如上述例二),須降堿時,也可將一部分具有永硬的水與此水混合,作為鍋爐給水.在爐內(nèi)進(jìn)行堿處理,且維持爐水一定的堿度.兩種水的混合比可用下式計算,也可用下附線算圖查出.計算式是根據(jù)進(jìn)鍋爐的堿度(QH＿·H＿)減去出鍋爐的堿度(排污失去的堿度A0P和蒸汽帶走的堿度(1-P)A'應(yīng)和進(jìn)鍋爐的硬度)相等的原則進(jìn)行計算的,即:
QH＿〔H＿-A0P-(1-P)A'〕=(1-QH＿)〔H++A0P+(1-P)A'〕