熱水采暖水處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、<p>　　熱水采暖水處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　摘要：當(dāng)前撫順地區(qū)熱水采暖鍋爐的給水，基本上都是用城市自來(lái)水。因?yàn)榻^對(duì)純凈的水是沒(méi)有的，其中必然含有一些雜質(zhì)。如果對(duì)鍋爐給水不進(jìn)行處理，鍋爐運(yùn)行不久就結(jié)有很厚的水垢，水垢的導(dǎo)熱系數(shù)僅為金屬的1/20～1/50。鍋爐結(jié)垢后將使排煙溫度增高、鍋爐供暖效率降低，耗煤量增加。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：熱水采暖 鍋爐水處理 &

2、lt;/p><p>　　一、水中雜質(zhì)對(duì)鍋爐的影響</p><p>　　當(dāng)前撫順地區(qū)熱水采暖鍋爐的給水，基本上都是用城市自來(lái)水。因?yàn)榻^對(duì)純凈的水是沒(méi)有的，其中必然含有一些雜質(zhì)。如果對(duì)鍋爐給水不進(jìn)行處理，鍋爐運(yùn)行不久就結(jié)有很厚的水垢，水垢的導(dǎo)熱系數(shù)僅為金屬的1/20～1/50。鍋爐結(jié)垢后將使排煙溫度增高、鍋爐供暖效率降低，耗煤量增加。</p><p>　　鍋爐結(jié)垢能造成熔孔

3、和爆管。鍋爐結(jié)垢后除耗煤量增加外，能使鍋爐在運(yùn)行過(guò)程中，由于受熱面內(nèi)壁結(jié)有堅(jiān)硬密實(shí)的垢層，在爐水和管壁之間形成夾層高溫區(qū)。使管壁溫度上升到900℃以上，超過(guò)管材的熔點(diǎn)，造成熔孔或爆管。結(jié)垢后的水冷壁升高溫度近似公式如下：</p><p>　　T1=tg+(1/α+δ2/λ2)Q熱 ℃</p><p>　　T2=tg+(1/α+δ2/λ2+δ1/λ1)Q熱 ℃</p>&l

4、t;p>　　式中 T1 ——水冷壁管內(nèi)溫度 ℃</p><p>　　T2 ——管外面溫度 ℃</p><p>　　tg ——采暖系統(tǒng)鍋爐供水溫度 ℃ tg=85℃</p><p>　　α——管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) W/m2.℃ α= 4652W/m2.℃</p><p>　　δ2——水垢厚度 m δ2=7mm=0.007m&

5、lt;/p><p>　　λ2——水垢熱傳導(dǎo)率W/m2.℃ λ2=1.2W/m2.℃</p><p>　　λ1——水冷壁管壁厚度 m δ1=4mm=0.004m</p><p>　　Q熱——熱負(fù)荷 Q熱=116300～195000 W/m2</p><p>　　取Q熱=151190 W/m2</p><p>　　那么

6、T1=85+（）×151190=994.4℃</p><p>　　T2=85+（+）×151190=1007.4℃</p><p>　　在水垢和管壁之間，有透過(guò)垢縫的少量水存在，高溫會(huì)使這些水急劇地汽化，嚴(yán)重時(shí)會(huì)爆管。采暖系統(tǒng)中熱水鍋爐結(jié)垢后，不僅使鍋爐熱效率降低，檢修清理困難，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使部分管子被水垢堵塞、引起鍋爐爆管。因此，為使鍋爐經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行，保證供暖，熱水采暖給

7、水必須經(jīng)過(guò)處理。</p><p>　　二、熱水鍋爐的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn) </p><p><b>　　項(xiàng) 目</b></p><p>　　熱 水 溫 度</p><p>　　≤95℃采用爐內(nèi)加藥處理</p><p>　　&gt;95℃采用爐外化學(xué)處理</p><

8、p><b>　　補(bǔ)給水</b></p><p><b>　　循環(huán)水</b></p><p><b>　　補(bǔ)給水</b></p><p><b>　　循環(huán)水</b></p><p>　　懸浮物(mg/L)總硬度(mge/L)PH 值溶 解 氧&

9、lt;/p><p>　　≤20≤6&gt;7</p><p><b>　　10～12</b></p><p>　　≤5≤0.7&gt;7≤0.1</p><p>　　8.5～10≤0.11</p><p>　　懸浮物：懸浮物是指水中呈懸浮狀態(tài)的物質(zhì)，包括細(xì)菌、藻類、原生物、泥沙、粘土和

10、其它不溶解的物質(zhì)。一般城市供給的自來(lái)水中均不含有懸浮物。</p><p>　　總硬度：指水中能形成水垢的兩種主要鹽類——鈣鹽和鎂鹽的含量?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)常用硬度單位有以下三種：</p><p>　　（1）.毫克當(dāng)量/升(微毫克當(dāng)量/升)：既每升水中含有多少毫克當(dāng)量鈣、鎂離子。</p><p>　?。?）.德國(guó)度（簡(jiǎn)稱度）：每升水中含有的鈣、鎂離子相當(dāng)于含有10mgCaO時(shí)

11、的硬度，叫做1度。由于CaO的當(dāng)量是28，所以</p><p>　　1度==0.357mge/L</p><p>　　反之 1mge/L=2.804度</p><p>　?。?）.百萬(wàn)分單位（ppm）：每一百萬(wàn)份重量的水中含有一份重量的CaCO3(或每升水中含有1mg CaCO3)時(shí)的硬度，叫做1ppm。由于CaCO3的當(dāng)量是50.04，所以</p&g

12、t;<p>　　1ppm=≈0.02mge/L</p><p>　　1mge/L≈50ppm</p><p>　　1度=0.357×50=17.85ppm</p><p>　　鈣、鎂的碳酸鹽或重碳酸鹽〔MgCO3、CaCO3、Mg(HCO3)2、Ca(HCO3)2〕形成的硬度叫做碳酸鹽硬度。這些鹽類在水煮沸后會(huì)形成沉淀，而大部分被消除，故也叫

13、做暫時(shí)硬度，用H暫表示。</p><p>　　鈣、鎂的其它鹽類（CaSO4、MgSO4、CaCl2、MgCl2、CaSiO4等）形成的硬度叫做非碳酸鹽應(yīng)度，這些鹽類受熱后不易分解，所以叫做永久硬度，用H永表示。</p><p>　　形成硬度的物質(zhì)，又可以分為鈣硬（H鈣）和鎂硬（H鎂）兩種。因此，總硬度H0=H暫+H永= H鈣+ H鎂</p><p>　　pH值：表示

14、水中氫離子濃度，也即表示水的酸堿性。氫離子是由于碳酸離解的結(jié)果。H2CO3H++HCO3-一般在實(shí)際應(yīng)用中，水的pH值的范圍可劃分為：pH=7為中性 pH&lt;7為酸性 pH&gt;7為堿性。</p><p>　　含氧量：氧來(lái)源自大氣中，也有土壤中有機(jī)物被微生物分解和地質(zhì)化學(xué)過(guò)程產(chǎn)生的，它以1L水中溶有氧的毫克數(shù)來(lái)表示，使用單位為mg/L。</p><p>　　三、熱水采

15、暖鍋爐給水處理方法簡(jiǎn)介</p><p>　　鍋爐給水處理的方法有物理化學(xué)法、化學(xué)法、物理法等。</p><p>　　水的電滲析處理是一種典型的物理化學(xué)水處理法，它是用電化學(xué)原理除去水中溶解鹽的，電滲析水處理法用于高度除鹽和純水的制備上，因設(shè)備投資高，水量損失較大，目前在鍋爐房水處理方面應(yīng)用得不多。尤其是在采暖爐水上用得極少。</p><p>　　化學(xué)軟化法是指在軟化

16、水過(guò)程中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成新的物質(zhì)，具體方式有爐內(nèi)加藥法和爐外軟化法兩種。爐內(nèi)加藥法既向爐內(nèi)加某種化學(xué)藥劑，改變沉渣的結(jié)構(gòu)型式，防止或減少硬垢的生成。目前應(yīng)用較廣泛的方法是向爐內(nèi)加入定量的磷酸三鈉、純堿和含有單寧的有機(jī)物質(zhì)。向爐內(nèi)加藥雖有防垢、老垢脫落和防腐蝕等作用，但經(jīng)過(guò)運(yùn)行數(shù)年后發(fā)現(xiàn)，在系統(tǒng)的管網(wǎng)和散熱器有堵塞結(jié)垢現(xiàn)象。另外爐內(nèi)加藥水處理，可以減輕水垢的形成，但不能完全防止鍋爐結(jié)垢，仍須定期清理鍋爐。 </p>

17、<p>　　爐外軟化法：目前應(yīng)用最多的是離子交換法，該法用鈉離子交換劑，當(dāng)被處理的水流過(guò)裝有交換劑的過(guò)濾器時(shí)，Ca2+和Mg2+離子被置換，并存留在交換劑中，使水得到軟化。鈉離子用NaR表示，其中R代表陽(yáng)離子交換劑的復(fù)雜的陰離子團(tuán)。用離自方程式表示為：</p><p>　　Ca2++2NaRCaR2+2Na+</p><p>　　Mg2++2NaRMgR2+2Na+</p

18、><p>　　由上述化學(xué)反應(yīng)可見(jiàn)，鈉離子既可除暫時(shí)硬度，又可除永久硬度。處理后水的硬度可降到0.01~0.03mge/L，獲得可靠的軟化效果，在熱水采暖鍋爐中得到廣泛的采用。</p><p>　　物理水處理：像高頻水改器，永磁和電磁軟水器，都屬于水的物理處理方法。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、容易檢修、運(yùn)行費(fèi)用低等。在采暖熱水鍋爐上應(yīng)用可以肯定的講是有很好的防垢、除垢效果。但對(duì)不同結(jié)構(gòu)的爐體和水流

19、速以及水質(zhì)等因素，只用磁水器，鍋爐防垢不能得到徹底保證。</p><p>　　四、軟水器和電子水處理器聯(lián)合處理采暖鍋爐給水</p><p>　　為了解決好采暖鍋爐的水處理，采用軟水器（陽(yáng)離子交換法）和電子水處理器（水的物理處理法）兩者結(jié)合的方式，來(lái)處理熱水采暖鍋爐的給水和循環(huán)水，通過(guò)運(yùn)行獲得了非常好的效果。</p><p>　　利用軟水器（鈉離子交換劑）的可靠性和電

20、子水處理器對(duì)熱水采暖鍋爐的適宜性，兩者相輔相成達(dá)到采暖鍋爐水處理的最佳效果。</p><p>　　軟水器滿足不了較大系統(tǒng)的初期充水和大量跑水的情況，但電子水處理器可以彌補(bǔ)軟水器的這個(gè)不足,并對(duì)鍋爐起到防垢和避免發(fā)生系統(tǒng)的水力失調(diào)和熱離失調(diào)的現(xiàn)象。系統(tǒng)初期充水和大量跑水時(shí)均使用電子水處理器。水中的鹽類的溶解度是隨溫度的升高而降低，且水垢的主要成分是碳酸鈣，當(dāng)熱水的溫度不超過(guò)50℃時(shí)，水中的碳酸鈣才有約40%從水中沉

21、淀出來(lái)。就是說(shuō)水溫較低時(shí)，水中的鹽類溶解度大，不易析出產(chǎn)生水垢。且電子水處理器還具有防垢、除垢的作用，這時(shí)的電子水處理器將發(fā)揮很好的除垢、防垢效果。</p><p>　　如果采暖初期的補(bǔ)充水和大量補(bǔ)水是未經(jīng)過(guò)電子水處理器處理的生水就很難除垢和防垢的效果，如果使用軟水器和電子水處理器聯(lián)合方式處理采暖鍋爐的給水，起到徹底的防垢作用。</p><p>　　一般的采暖系統(tǒng)初期充水和大量補(bǔ)水占總補(bǔ)水

22、量的20%左右。聯(lián)合方式處理熱水采暖鍋爐的供水，除可以節(jié)約再生劑的用量和運(yùn)行費(fèi)用外，最大的效益是可以徹底防止鍋爐受熱面結(jié)垢和消除系統(tǒng)因缺水發(fā)生的水力和熱力失調(diào)的現(xiàn)象。</p><p>　　熱水采暖系統(tǒng)有兩種形式，一種是靠供給熱水和回水的密度差，使水在鍋爐中循環(huán)，稱之為自然循環(huán)；另一種是由鍋爐直接制備熱水，用循環(huán)水泵做機(jī)械動(dòng)力把熱水送到采暖用戶，并在鍋爐中進(jìn)行循環(huán)，這種系統(tǒng)稱之為強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)。過(guò)去分散小型熱水采暖系

23、統(tǒng)，面積小、網(wǎng)路作用半徑短，失調(diào)現(xiàn)象少，就是有失調(diào)也容易消除。聯(lián)片集中供暖后的大型熱水采暖系統(tǒng)，在運(yùn)行熱負(fù)荷已經(jīng)確定的情況下，如何選取供回水計(jì)算溫差、確定系統(tǒng)循環(huán)總水量，選用經(jīng)濟(jì)的網(wǎng)路直徑是消除系統(tǒng)水力失調(diào)和熱力失調(diào)，保證供暖的關(guān)鍵。</p><p>　　一、系統(tǒng)總循環(huán)水量的計(jì)算</p><p>　　G循=kQ需/Δtc×3600=k0.86 Q需/Δtc kg/h</p&

24、gt;<p><b>　　式中：</b></p><p>　　k——管網(wǎng)漏損系數(shù)，一般k=1.05</p><p>　　Q需——供暖區(qū)內(nèi)建筑物熱指標(biāo)和小區(qū)最大供暖面積相乘的熱負(fù)荷，W；Q需=qF</p><p>　　q——建筑物的熱指標(biāo)</p><p>　　F——聯(lián)片集中供暖面積</p>&l

25、t;p>　　c——水的質(zhì)量比熱，c=4.187kJ/kg.℃</p><p>　　Δt——供暖系統(tǒng)總供回水溫差 ℃</p><p>　　二、供回水溫差Δt的選取</p><p>　　熱媒的溫度定為95/70℃,(系指計(jì)算供水溫度為95℃、回水溫度為70℃)。計(jì)算供水溫度95℃是根據(jù)熱水供暖系統(tǒng)是帶有開(kāi)式膨脹水箱的系數(shù)。它處于大氣壓力（1絕對(duì)大氣壓）下，熱水的

26、汽化溫度為99.1℃，再考慮一定的安全系數(shù)，故取95℃。在這個(gè)溫度下，對(duì)計(jì)算回水溫度進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析，確定計(jì)算的回水溫度為70℃。</p><p>　　鑒于聯(lián)片集中供暖后，循環(huán)水單位耗量比分散鍋爐房系統(tǒng)大得多。用戶系統(tǒng)形式不一。小區(qū)內(nèi)采暖建筑物有遠(yuǎn)有近，為保證供暖，Δt的選定應(yīng)根據(jù)以下幾點(diǎn)，第一適合低溫連續(xù)供暖并輔之以質(zhì)調(diào)節(jié)的運(yùn)行方式。第二提高網(wǎng)路和用戶系統(tǒng)的水力穩(wěn)定性，減輕系統(tǒng)初調(diào)節(jié)的工作量，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行和消除

27、用戶系統(tǒng)的豎向失調(diào)。</p><p>　　當(dāng)前，在熱水供暖系統(tǒng)中，常用的集中調(diào)節(jié)方法有下列幾種：質(zhì)調(diào)節(jié)——改變網(wǎng)路供水溫度；量調(diào)節(jié)——改變網(wǎng)路循環(huán)水量；分階段改變流量的質(zhì)調(diào)節(jié)；間歇調(diào)節(jié)——改變每天供暖時(shí)數(shù)。由于量調(diào)節(jié)很麻煩、很費(fèi)力，一個(gè)較大系統(tǒng)的調(diào)節(jié)對(duì)安裝和管理來(lái)說(shuō)常常是無(wú)能為力的，而且會(huì)引起用戶系統(tǒng)的失調(diào)。所以它不是一種理想的集中調(diào)節(jié)方法，近幾年來(lái)用的調(diào)節(jié)方法常采用質(zhì)調(diào)節(jié)——改變網(wǎng)路供水溫度。最近先后設(shè)計(jì)的幾個(gè)

28、熱水采暖系統(tǒng)均采用Δt=18℃計(jì)算循環(huán)水量和相應(yīng)的水泵及管網(wǎng)。</p><p>　　三、采暖管網(wǎng)其經(jīng)濟(jì)管徑的計(jì)算</p><p>　　當(dāng)采暖系統(tǒng)熱水量確定后，有兩種計(jì)算管徑的方法：第一是根據(jù)流速計(jì)算管徑，到目前為止，我們?cè)O(shè)計(jì)管網(wǎng)系統(tǒng)時(shí)，不論管徑大小，也不分運(yùn)行小時(shí)數(shù)的多少，統(tǒng)統(tǒng)用1～2m/s的流速確定管徑，并非科學(xué)的。第二是按給定的比壓降（或稱為單位管長(zhǎng)的沿程壓降Ry）計(jì)算管徑。有的資料上

29、說(shuō)：“對(duì)于熱水管網(wǎng)的干管和分支管，經(jīng)濟(jì)的單位管長(zhǎng)沿程壓降約為30～60Pa/m。其中較小的數(shù)值用于直徑為400～500mm的管子，較大的數(shù)值用于直徑為50～100mm的管子?！?lt;/p><p>　　選用高的流速和壓降，計(jì)算出較小的管徑，這樣可降低管網(wǎng)造價(jià)和減少熱損失。但壓力損失按流速平方增加的，選用不當(dāng)會(huì)使循環(huán)水泵電耗增大，并可導(dǎo)致系統(tǒng)某一環(huán)路的水力失調(diào)。而流速低、壓降小計(jì)算較大的管徑，使基建費(fèi)用增加。另外，如果

30、計(jì)算管徑很不合理時(shí)，會(huì)使得熱水在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)形成上下不同溫度的分層，導(dǎo)致管網(wǎng)產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，引起彎曲變形。</p><p>　　根據(jù)我國(guó)管網(wǎng)造價(jià)、熱價(jià)、電費(fèi)等綜合數(shù)據(jù)代入有關(guān)公式，導(dǎo)出熱水管網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)管徑和經(jīng)濟(jì)比壓降，其計(jì)算公式如下：</p><p>　　經(jīng)濟(jì)管徑 d經(jīng)=16.59G循0.48mm</p><p>　　經(jīng)濟(jì)比壓降 h經(jīng)=201.5/G循0.

31、52mmH2O/m </p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　〔1〕.陸耀慶主編：供暖通風(fēng)設(shè)計(jì)手冊(cè) 中國(guó)建筑工業(yè)出版社 1987.12</p><p>　　〔2〕.本手冊(cè)編寫組：工業(yè)鍋爐房設(shè)計(jì)手冊(cè) 中國(guó)建筑工業(yè)出版社 1977.12</p><p>　　〔3〕.陳秉林、侯輝主編