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锅炉给水技术中的离子交换法工作原理

2012-08-13

  锅炉给水技术中的离子交换法工作原理

  离子交换法是工业锅炉给水软化和脱碱处理工艺中最主要的基本方法。它是采用离子交换剂中和水溶液中可交换的离子间发生符合某物质的量规则的可逆性交换,分离出碱离子,使水软化,从而达到改善水质的目的,而交换剂的结构不发生实质性(化学的)变化。在这种过程中,只有阳离子或阴离子参与交换反应,或者二者同时参与交换反应,这就是灵活多变的离子交换法。

  离子交换法在工业锅炉给水、锅炉软化水和脱碱处理工艺中的表现方式有很多种,针对不同情况,我们做出以下分析:

  1.钠离子交换

  这是工业锅炉给水中最通用的一种污水处理方式。过程原理如下:

  Ca2++2NaRóCaR2 +2Na+

  Mg2++2NaRóMgR2+2Na+

  从公式可以看出,经钠离子交换后,软化后的水残留硬度Hc可降至0.03mmol/L以下,而碱度不变,含盐量稍有增加。

  钠离子交换有单级钠离子交换和双级钠离子交换两种工艺配置,前者适用于硬度和碱度都较低的原水,后者可用于硬度较高(大于10mmol/L)或含盐较高(大于500mg/L)的原水。双级钠离子交换是将二个钠离子交换器串联使用,可提高软水水质和降低盐耗,其特点是节省再生剂用量,利用第一级钠离子交换器的交换容量,提高水质的可靠性。

  由于钠离子交换水处理不能去除水中的碱度,所以对于某些碱度和硬度过高且有部分非碳酸盐硬度的水来说,可采用部分钠离子交换处理的方法,即一部分水经过钠离子交换器除硬而不除碱,另一部分水不经过钠离子交换器,直接进入锅炉,这部分水中的碳酸盐硬度在第一部分水中碱度作用下进行锅内软化处理,采用此方法时需要注意,必须控制好软水量与原水量之比,保证混合水中的碱度略大于硬度。

  2.氢离子交换

  氢离子交换过程反应式如下:

  Cu2++2HRóCaR2+2H+

  Mg2++2HRóMgR2+2H+

  Na++HRóNaR+H+

  原水经氢离子交换后,水质得到软化,碱度低降,发生如下变化:

  (1)硬度除去。残留硬度Hc可降至0.03mmol/L以下。

  (2)水质呈酸性。经H型离子交换剂处理后的水质,基本上呈酸性,其硬度大小随离子交换层交换进程而变化。

  (3)含盐量降低。碳酸氢根离子由于生成了碳酸,通过脱气而除去,每消耗水中碱度1mmol/L,则水中可减少含盐量61mg/L。

  3.联合离子交换

  氢离子交换处理可以消除硬度和降低含盐量,处理效果较好,但由于水质呈酸性,不能直接用作锅炉给水,反之,原水经钠离子交换后的软水往往碱度过大,导致锅炉排污率过高,因此,将二种交换器的软水以一定比例混合,使之发生中和反应。

  H2SO4+2NaHCO3 ——> Na2SO4+2H2O+2CO2

  HCl+NaCHO3 ——> NaCl+H2O+CO2

  中和后产生的CO2可通过脱气除去,这样,酸度、碱度均降低,同时也降低了软水的含盐量。

  氢- 钠联合离子交换水处理系统有并联、串联和综合三种。

  为了软化脱碱还可采用铵 - 钠联合离子交换和氯-钠联合离子交换。

  4.离子交换流程配置

  在实际生产中,通常采用动态离子交换方式,即以一定体积的原水、以一定的速度通过离子交换剂来进行离子交换。装置的类型分为固定床和连续床两类。固定床是离子交换剂处于静止态,原水的软化脱碱和交换剂的再生均在同一装置中进行,其优点是:设备简单、操作方便、适应性强,出水水质较好。缺点是:树脂用量大、利用率低、再生和清洗时间长。连续床是指离子交换剂层处于运动状态,而原水的软化和交换剂的再生在不同装置中进行,其优点是:树脂用量少、再生剂利用率高、处理水纯度高、出水水质稳定、操作自动化程度高、生产效率高。缺点是:设备结构复杂、树脂损耗量大,一般适于低含盐量和低硬度的水。固定床离子交换有如下不同组合方式:即单床、多床、复床、混床、双层床。连续床离子交换又分为移动床和流动床两种,移动床是树脂在交换塔、再生塔和清洗塔等不同装置中分别完成交换、反洗、再生、清洗等过程,而定期移动;流动床其离子交换过程不分周期连续地进行;而树脂在交换过程中呈流动状态。

  综上所述,企业在选择锅炉补给水或者软化水设备时,需了解原水的水质情况以及对产出水水质的要求,结合经济实力寻找合适的水处理设备生产厂家。

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