热水采暖水处理系统的设计分析

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=tg+(1/α+δ2/λ2)Q热 ℃
T2=tg+(1/α+δ2/λ2+δ1/λ1)Q热 ℃
式中 T1 ——水冷壁管内温度 ℃
T2 ——管外面温度 ℃
tg ——采暖系统锅炉供水温度 ℃ tg=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

项 目	热 水 温 度
≤95℃采用炉内加药处理	>95℃采用炉外化学处理
补给水	循环水	补给水	循环水
悬浮物(mg/L)总硬度(mge/L)PH 值溶 解 氧	≤20≤6>7	10～12	≤5≤0.7>7≤0.1	8.5～10≤0.11

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。H2CO3 H++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++2NaR CaR2+2Na+
Mg2++2NaR MgR2+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。