軟化水系統(tǒng)的工藝和設(shè)備

軟化水系統(tǒng)的工藝和設(shè)備目錄第一章工業(yè)用水的基本概述一、軟化水在工業(yè)用水中的重要性二、工業(yè)純水的分類(lèi)三、鍋爐給水對(duì)水質(zhì)的要求第二章軟化水的基本工藝一、離子交換樹(shù)脂的相關(guān)知識(shí)二、離子交換器的工作過(guò)程三、軟化水系統(tǒng)的工藝流程四、軟化水的硬度測(cè)定五、軟化水系統(tǒng)的操作注意事項(xiàng)第三章軟化水系統(tǒng)的設(shè)備一、自清洗過(guò)濾器二、石英砂過(guò)濾器三、離子交換器第2頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天第一章工業(yè)用水的基本概述

一、軟化水在工業(yè)用水中的重要性

綜觀當(dāng)今世界，現(xiàn)代化的大型鋼鐵企業(yè)用水系統(tǒng)都有其共同特點(diǎn)：

1、對(duì)水質(zhì)嚴(yán)格要求。

2、新水耗量少。

3、嚴(yán)格執(zhí)行處理與排放標(biāo)準(zhǔn)。

4、實(shí)行現(xiàn)代化的技術(shù)管理。

5、重視水系統(tǒng)的四個(gè)平衡問(wèn)題：即水質(zhì)、水溫、懸浮物和水質(zhì)穩(wěn)定與溶解鹽的平衡。其中，軟化水系統(tǒng)在工業(yè)用水中占有相當(dāng)重要的位置。因?yàn)檫@個(gè)系統(tǒng)的新水耗水量最大，水質(zhì)要求最高，產(chǎn)生的廢水很難實(shí)現(xiàn)處理與回收利用，如果在技術(shù)方面管理跟不上，不但會(huì)污染環(huán)境、浪費(fèi)資源，而且會(huì)對(duì)設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)造成威脅。第3頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、工業(yè)純水的分類(lèi)軟化水是工業(yè)純水的一種。在工業(yè)用水中，根據(jù)生產(chǎn)的要求，按純度進(jìn)行分類(lèi)可分為以下幾種：

1、軟化水：是相對(duì)于硬水來(lái)說(shuō)的，一般是指水中的Ca2+、MP2+等離子的含量較低或去除至一定程度的水。軟化水一般用于低壓工業(yè)鍋爐用水。

2、脫鹽水：一般是指用物理、化學(xué)等方法將水中易于去除的強(qiáng)電解質(zhì)去除至一定程度的水。脫鹽水中的剩余含鹽量一般在1—5mg/L以下，25℃時(shí)的電導(dǎo)率為1—10μs/cm。

3、純水（又稱去離子水）：一般是指在脫鹽的基礎(chǔ)上還將水中難以去除的硅酸及二氧化碳等弱電解質(zhì)去除到一定程度的水。25℃時(shí)的電導(dǎo)率一般為0.1—1μs/cm，剩余含鹽量在1mg/L以下。

4、高純水（又稱超純水）：一般是指將水中的導(dǎo)電介質(zhì)幾乎完全去除，同時(shí)將水中不離解的膠體物質(zhì)、氣體去除至極低程度的水。25℃時(shí)電導(dǎo)率為0.1μs/cm以下，剩余含鹽量在0.1mg/L以下。

5、理論水（又稱理想水）：不含任何雜質(zhì)的水，這樣的水一般是不存在的。第4頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天三、鍋爐給水對(duì)水質(zhì)的要求

在鍋爐給水系統(tǒng)中，為了防止熱力系統(tǒng)設(shè)備的結(jié)垢、腐蝕和積鹽，必須對(duì)鍋爐給水的水質(zhì)嚴(yán)格要求，同時(shí)鍋爐的壓力越高，水質(zhì)要求越高，通常低壓鍋爐（≤2.45MPa）是以軟化水作為補(bǔ)充水，中壓鍋爐（3.82—5.78MPa）采用脫堿、除鹽水作為補(bǔ)充水，高壓鍋爐（5.88—12.64MPa）則必須是除鹽水作為補(bǔ)給水。第5頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天

1、低壓鍋爐補(bǔ)充水水質(zhì)指標(biāo)壓力≤1.0MPa1.0—1.6MPa1.6—2.5MPa懸浮物≤5mg/L≤5mg/L≤5mg/L總硬≤0.03mmol/L≤0.03mmol/L≤0.03mmol/LPH(25℃）≥7≥7≥7溶解氧≤0.1mmol/L≤0.1mmol/L≤0.05mmol/L含油≤2mg/L≤2mg/L≤2mg/L含鐵≤0.3mg/L≤0.3mg/L≤0.3mg/L第6頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天

2、中鋼軟化水的水質(zhì)指標(biāo)系統(tǒng)名稱考核項(xiàng)目檢測(cè)項(xiàng)目總硬（mg/L）堿度（mg/L）總鐵（mg/L）總磷（mg/L）PH電導(dǎo)率(μS/cm)濁度（NTU）氯離子（mg/L）加熱爐冷卻用水——≤0.30—7.0-9.5≤1000——煉鋼汽化冷卻水≤0.03mmol/L—≤0.30—7.0-9.0≤1000——煉鋼結(jié)晶器冷卻水≤20mg/L—≤1.50≥3.0≥8.0——≤300制氧設(shè)備冷卻水20000機(jī)組≤120mg/L≤500≤1.03～87.0-9.5≤3000≤20≤300制氧設(shè)備冷卻水4500、6000機(jī)組≤250mg/L≤100≤1.03～87.0-9.5≤3000≤20≤300煉鐵軟水≤50mg/L—≤1.0—≥8.0——≤300焦化鍋爐給水≤0.03mmol/L—≤0.30—7.0-9.0≤1000——第7頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天

第二章軟化水的基本工藝

一、離子交換樹(shù)脂的相關(guān)知識(shí)

1、離子交換樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)：離子交換樹(shù)脂是一種高聚物電解質(zhì)，是具有三維立體空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔海綿狀高分子化合物，一般由惰性骨架、固定基因和官能基因三部分構(gòu)成。它的骨架是吸附水中Ca2+、Mg2+的主要載體。如圖：Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+樹(shù)脂的網(wǎng)狀骨架第8頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天

2、離子交換樹(shù)脂的類(lèi)型一般地按照離子交換樹(shù)脂所帶的官能基團(tuán)的性質(zhì)可分為：(我們廠大部分使用的是732強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂)按官能基團(tuán)性質(zhì)分為陽(yáng)離子交換樹(shù)脂陰離子交換樹(shù)脂強(qiáng)酸性陽(yáng)樹(shù)脂弱酸性陽(yáng)樹(shù)脂強(qiáng)堿性陰樹(shù)脂弱堿性陰樹(shù)脂第9頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天

3、陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的脫鹽機(jī)理軟化：R-Na2+Ca2+RCa+2Na+R-Na2+Mg2+RMg+2Na+如圖：Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Ca2+第10頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天

4、離子交換樹(shù)脂的失效在離子交換樹(shù)脂的運(yùn)行過(guò)程中，由于各種原因?qū)е聵?shù)脂的交換性能下降或喪失，導(dǎo)致出水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)，這種現(xiàn)象叫樹(shù)脂的失效。樹(shù)脂失效后必須要通過(guò)一定的方法對(duì)其進(jìn)行激活。第11頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天

5、引起樹(shù)脂交換性能降低的主要因素：①樹(shù)脂的劣化主要是指樹(shù)脂在使用過(guò)程中破碎，不可逆膨脹等因素造成樹(shù)脂的部分失效或永久性失效。對(duì)于劣化的樹(shù)脂一般只有通過(guò)更換新樹(shù)脂來(lái)恢復(fù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，由于使用或操作不當(dāng)會(huì)加快樹(shù)脂劣化的速度。（例如鹽水濃度太高會(huì)使樹(shù)脂破裂）②樹(shù)脂的污染

A：無(wú)機(jī)物污染：主要是由于水中的Cu、Fe、Mn、Mg等鹽類(lèi)在堿性環(huán)境下生成的一些物質(zhì)堵塞了樹(shù)脂的孔道。

B：有機(jī)物污染：是指水中的一些有機(jī)物長(zhǎng)時(shí)間吸附在樹(shù)脂的表面，影響樹(shù)脂的正常交換。C：微生物污染：當(dāng)樹(shù)脂儲(chǔ)存或失效后長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有再生時(shí)，產(chǎn)生的一種藻類(lèi)和微生物，不但污染水質(zhì)，還可以破壞樹(shù)脂結(jié)構(gòu)。為了減少樹(shù)脂的污染和中毒，原水在進(jìn)入交換柱之前應(yīng)進(jìn)行一定的預(yù)處理。第12頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天

6、樹(shù)脂的再生RCa+2Na+RNa2+Ca2+RMg+2Na+RNa2+Mg2+如圖：Ca2+Na+Ca2+Mg2+Mg2+Mg2+第13頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天

①、順流再生：是指再生劑在交換柱中的流向和工作時(shí)水流的方向相同。②、逆流再生：再生劑的流向與工作時(shí)水流的方向相反。7、影響樹(shù)脂再生的因素①、再生劑的用量：一般來(lái)說(shuō)，適當(dāng)提高再生劑的用量，有助于樹(shù)脂再生程度的提高。②、再生劑的濃度：一般來(lái)說(shuō)，適當(dāng)增加再生劑濃度，可以提高再生程度，經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)NaCl的濃度10%時(shí)，再生效果最好。③、再生劑的流量：一般來(lái)說(shuō)，再生劑流速低，跟樹(shù)脂接觸時(shí)間長(zhǎng)，再生反應(yīng)充分，經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)不得低于30min。④、再生劑的溫度，純度等也是影響再生程度的主要因素，適當(dāng)提高點(diǎn)溫度（冬季伴點(diǎn)熱）盡可能選用質(zhì)量好、雜質(zhì)少的工業(yè)鹽。第14頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天

8、新樹(shù)脂的管理①、保持樹(shù)脂的水分A.注意包裝的密封及完整，防止烘干。B.儲(chǔ)存時(shí)間不超過(guò)一年，且不可拆開(kāi)包裝，避免樹(shù)脂長(zhǎng)時(shí)間暴露在空氣中。C.最好儲(chǔ)存在充滿鹽水的交換器內(nèi)，防止樹(shù)脂由于烘干和潤(rùn)濕反復(fù)交替而膨脹和收縮，導(dǎo)致降低樹(shù)脂的強(qiáng)度。D.如果發(fā)現(xiàn)樹(shù)脂變干后，切勿用生水浸泡，因?yàn)檫@樣會(huì)使樹(shù)脂驟然收縮和或膨脹而破裂。應(yīng)用飽含鹽水浸泡，然后逐漸稀釋。E.浸泡樹(shù)脂的水需經(jīng)常更換，以防止微生物的滋生和繁殖而污染樹(shù)脂。

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②、防止受熱和受凍A.放在高溫設(shè)備（例如蒸汽管道）附近和熱光照射的地方，可引起機(jī)團(tuán)的變形。B.應(yīng)保存在室內(nèi)，環(huán)境溫度在5℃—40℃，或保存在飽含鹽水中。③、防止污染A.避免與鐵容器及油類(lèi)直接接觸。B.應(yīng)保持清潔，防止表面形成污垢。C.避免重物對(duì)樹(shù)脂擠壓和摩擦。9、舊樹(shù)脂的保管①、長(zhǎng)期停用的樹(shù)脂應(yīng)轉(zhuǎn)型后儲(chǔ)存，強(qiáng)酸型的樹(shù)脂出廠時(shí)為氫型，存放時(shí)應(yīng)轉(zhuǎn)變成鈉型。②、將樹(shù)脂保存在交換器內(nèi)，用水浸泡。③、應(yīng)定期換水，防止發(fā)霉。第16頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天

二、離子交換器的工作過(guò)程

1、離子交換器：將離子交換樹(shù)脂，裝入圓柱形設(shè)備中形成一定厚度的濾層，并使原水以一定流速通過(guò)樹(shù)脂層進(jìn)行動(dòng)態(tài)交換，這種水處理設(shè)備叫做離子交換器。

2、離子交換器的工作過(guò)程①初期階段：當(dāng)原水從交換器上部進(jìn)入，接觸樹(shù)脂進(jìn)行離子交換，這時(shí)水的組成大部分為Ca2+、Mg2+，隨著水的運(yùn)動(dòng)，越往下Ca2+、Mg2+濃度越小，稱為初期階段。初期階段交換速度最大，隨著水流到一定深度時(shí)，離子交換與反離子達(dá)到一定的平衡，這時(shí)水的組成為Na+、Ca2+、Mg2+，這部分交換帶稱為工作層。

RNa2+Ca2+RCa2++2Na+進(jìn)水出水失效層工作層未交換層第17頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天

②運(yùn)行中期：隨著水往下流，交換帶逐漸下移，頂層的樹(shù)脂已經(jīng)充滿了Ca2+、Mg2+，失去了交換能力，因此這部分樹(shù)脂稱為失效層。交換帶所處的位置稱為工作層，也叫交換層。交換帶以下的位置稱為未交換層，也叫保護(hù)層。所以，離子軟化的過(guò)程是交換帶下移的過(guò)程，交換帶既不擴(kuò)大，也不縮小，而失效層不斷擴(kuò)大，未交換層不斷縮小。③運(yùn)行未期：隨著交換帶的下移，交換帶的下端達(dá)到樹(shù)脂層的底部時(shí)，出水中的Ca2+、Mg2+開(kāi)始出現(xiàn)，水質(zhì)開(kāi)始惡化，軟化柱失效，這時(shí)根據(jù)工藝水質(zhì)的要求停止運(yùn)行。第18頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天

三、軟化水系統(tǒng)的工藝流程

原水管道泵自清理過(guò)濾器石英砂過(guò)濾器軟水池二級(jí)離子交換器離子交換器供水泵軟化水用水系統(tǒng)

第19頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天

四、軟化水的硬度測(cè)定

H=M×a×2÷V×103其中：H為軟化水的總硬（mg/L或毫克當(dāng)量/升）M為EDTA的摩爾濃度a為滴定時(shí)消耗的EDTA體積（ml）V為水樣體積（ml）第20頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天五、軟化系統(tǒng)的操作注意事項(xiàng)1、溶鹽時(shí)長(zhǎng)時(shí)間攪拌，而且最好打回流。2、工業(yè)鹽的質(zhì)量直接影響再生效果，所以過(guò)程中發(fā)現(xiàn)鹽中泥沙多、雜物多的時(shí)候，一定要想辦法提前處理。（用機(jī)械篩子篩等）3、因?yàn)辂}過(guò)濾器體積小、濾料少，如果反洗跟不上，這些泥沙就會(huì)進(jìn)入軟化柱的未交換層，導(dǎo)致未交換層樹(shù)脂提前失效和破壞，所以，對(duì)于過(guò)濾器的反洗是操作過(guò)程中非常重要的一項(xiàng)工作。4、過(guò)濾器、離子交換器反洗的時(shí)候，壓力和強(qiáng)度一定要把握好，壓力和強(qiáng)度太小，泥沙和懸浮物洗不出來(lái)，壓力和強(qiáng)度太大，要么會(huì)使樹(shù)脂和濾料亂層，（亂層是離子交換器最忌諱的），要么會(huì)使樹(shù)脂從上排放出來(lái)造成浪費(fèi)。所以，反洗的最好辦法是短周期的、低壓力的操作，避免樹(shù)脂和濾料板結(jié)。5、送水的時(shí)候，要防止由于超壓而導(dǎo)致人孔和法蘭漏水，有時(shí)可以把PVC管和流量計(jì)撐破，而且在保證能滿足生產(chǎn)的前提下，水壓越低，軟化效果越好，一般地原水壓力不得超過(guò)0.4MPa。第21頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天五、軟化系統(tǒng)的操作注意事項(xiàng)6、對(duì)于上排和中排濾網(wǎng)的保護(hù)也要到位，否則會(huì)造成樹(shù)脂的大量流失。做到勤檢查，定期更換。7、中排的作用主要是對(duì)失效層和工作層樹(shù)脂進(jìn)行反洗用的。8、離子交換器操作過(guò)程中防止閥門(mén)內(nèi)漏和相鄰柱之間互竄導(dǎo)致軟水指標(biāo)不達(dá)標(biāo)。9、軟化水系統(tǒng)在工藝設(shè)計(jì)方面最好保證原水壓力的穩(wěn)定性，例如夏天的時(shí)候，由于原水緊缺，導(dǎo)致壓力不穩(wěn)，嚴(yán)重影響軟化水的效果。因此建議盡可能設(shè)計(jì)原水池，能對(duì)原水進(jìn)行粗略的過(guò)濾，例如二煉鋼的軟化水系統(tǒng)，運(yùn)行效果比較好。10、為了保證很好的反洗效果，軟化水反洗系統(tǒng)中應(yīng)配置壓縮空氣管或低壓氮?dú)夤?，便于提高反洗壓力和均勻分布反洗水。例如二煉鋼軟水系統(tǒng)。11、在以下三種情況下使用二級(jí)軟化：第22頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天五、軟化系統(tǒng)的操作注意事項(xiàng)①把二級(jí)軟化柱當(dāng)一級(jí)軟化柱直接使用。②一級(jí)軟化出水硬度超標(biāo)的時(shí)候進(jìn)二級(jí)軟化柱。③原水硬度達(dá)到300mg/L以上的