第12章 冷热源的水、蒸汽系统.ppt

2023/1/30,1,第12章 冷热源的水、蒸汽系统,2023/1/30,2,12.1 热水锅炉的水系统,热水锅炉通常在建筑中用作采暖、空调、热水供应或其他用热的热源散热器集中供暖系统宜按75/50 连续供暖进行设计，且供水温度不宜大于85，供回水温差不宜小于20 热水地面辐射供暖系统供水温度宜采用35-45，不应大于60;供回水温差不宜大于10，且不宜小于5;空调：供水温度50-60,12.1.1 概述,2023/1/30,3,12.1 热水锅炉的水系统,12.1.2 热水锅炉房水系统图,2023/1/30,4,12.1 热水锅炉的水系统,防止因水泵突然停止运行产生事故的措施（1）热水锅炉直接引入自来水。（2）设由内燃机驱动的备用循环水泵。（3）设备用电源。,12.1.2 热水锅炉房水系统图,2023/1/30,5,12.1 热水锅炉的水系统,补给水泵与水箱补给水泵流量与系统可能的失水量有关。系统愈大，失水量愈大。补给水泵扬程比补水点压力高3050kPa。补给水箱容积约为补给水泵运行3060min的水量。,12.1.2 热水锅炉房水系统图,2023/1/30,6,12.2 蒸汽锅炉的水系统,蒸汽锅炉房内的汽水系统由蒸汽系统、给水系统和排污系统组成,12.2.1 蒸汽系统,2023/1/30,7,12.2 蒸汽锅炉的水系统,12.2.2 给水系统,凝结水泵：把凝结水（或与软化水）输送到除氧水箱（经除氧器）。有1台泵备用,2023/1/30,8,12.2 蒸汽锅炉的水系统,12.2.2 给水系统,给水泵：把除氧水箱的水输送到锅炉省煤器。有1台泵备用。,2023/1/30,9,12.2 蒸汽锅炉的水系统,12.2.3 排污系统,排污分为连续排污和定期排污,2023/1/30,10,12.2 蒸汽锅炉的水系统,12.2.3 排污系统,连续排污：从锅筒水面附近排污，又称表面排污,2023/1/30,11,12.2 蒸汽锅炉的水系统,12.2.3 排污系统,定期排污：从锅炉水循环回路底部排污,2023/1/30,12,12.2 蒸汽锅炉的水系统,上锅筒的连续排污管排出的 热水有可利用的热能，通常可引到排污膨胀器，将压力降到0.12-0.2MPa，形成二次蒸汽，可用于热力除氧或用于加热生活热水，二次蒸汽量可按下式计算：,2023/1/30,13,12.2 蒸汽锅炉的水系统,排污膨胀器容积：,2023/1/30,14,12.3 蒸气压缩式冷水机组的冷冻水系统,12.3.1 概述,2023/1/30,15,12.3 蒸气压缩式冷水机组的冷冻水系统,12.3.2 负荷侧和冷源侧均为定流量的冷冻水系统,当只有一台冷水机组时，根据给水温度调节冷量。,2023/1/30,16,12.3 蒸气压缩式冷水机组的冷冻水系统,12.3.2 负荷侧和冷源侧均为定流量的冷冻水系统,当有多台冷水机组时，根据负荷调节运行台数，当负荷减少相当于1台冷水机组冷量时，关闭1台机组及相应的水泵。,2023/1/30,17,12.3 蒸气压缩式冷水机组的冷冻水系统,12.3.3负荷侧变流量，冷源侧定流量的冷冻水系统,单级泵系统的调节（1）根据分集水器间压差调节旁通流量，维持冷源侧定流量。,2023/1/30,18,12.3 蒸气压缩式冷水机组的冷冻水系统,12.3.3负荷侧变流量，冷源侧定流量的冷冻水系统,单级泵系统的调节（2）各机组调节冷量，保持冷冻水给水温度恒定。,2023/1/30,19,12.3 蒸气压缩式冷水机组的冷冻水系统,12.3.3负荷侧变流量，冷源侧定流量的冷冻水系统,单级泵系统的调节（3）控制冷水机组及相应水泵运行台数。控制方法有：回水温度控制；压缩机电机电流值控制；实测系统冷负荷控制。,2023/1/30,20,12.3 蒸气压缩式冷水机组的冷冻水系统,12.3.3负荷侧变流量，冷源侧定流量的冷冻水系统,双级泵系统的调节。（1）二次泵根据供水管末端压差控制。（2）冷水机组台数控制同单级泵控制。,2023/1/30,21,12.3 蒸气压缩式冷水机组的冷冻水系统,12.3.4 负荷侧和冷源侧均为变流量的冷冻水系统,系统与定流量系统相似，但水泵均为变速泵,2023/1/30,22,12.3 蒸气压缩式冷水机组的冷冻水系统,12.3.4 负荷侧和冷源侧均为变流量的冷冻水系统,系统特点（1）水泵均为变速泵，台数机组数不一定相等。（2）水泵流量与台数控制与冷水机组停开控制分开。,2023/1/30,23,12.3 蒸气压缩式冷水机组的冷冻水系统,12.3.4 负荷侧和冷源侧均为变流量的冷冻水系统,系统调节（1）水泵的流量与台数根据供回水管末端压差进行控制。,2023/1/30,24,12.3 蒸气压缩式冷水机组的冷冻水系统,12.3.4 负荷侧和冷源侧均为变流量的冷冻水系统,系统调节（2）当冷水机组流量低于允许最小流量时，旁通管上电动阀调节旁通流量。,2023/1/30,25,12.3 蒸气压缩式冷水机组的冷冻水系统,12.3.4 负荷侧和冷源侧均为变流量的冷冻水系统,系统调节（3）冷水机组根据冷冻水给水温度进行调节，冷水机组运行台数根据负荷或压缩机电机电流值进行调节。,2023/1/30,26,12.3 蒸气压缩式冷水机组的冷冻水系统,上述所有的水系统中还应设有：（1）补水、泄水和放气等阀门或构件；（2）水泵前设压力表，分水器和集水器上设压力表、温度计；（3）对于既供冷又供热的系统，为防止水在传热表面结垢，必须设防垢措施，如采用软化水作热媒（设软化水装置或管路上设水处理装置）,2023/1/30,27,12.4 溴化锂吸收式机组的冷热媒系统,电动调节阀根据冷冻出水水温控制蒸汽量，进行能量调节,12.4.1 蒸汽型溴化锂吸收式制冷机的冷热媒系统,2023/1/30,28,12.4 溴化锂吸收式机组的冷热媒系统,供热、供冷交替型直燃机的冷热水系统,12.4.2 直燃型溴化锂吸收式冷热水机组的冷热水系统,2023/1/30,29,12.4 溴化锂吸收式机组的冷热媒系统,冷、热水泵分别设置的直燃机冷热水系统,12.4.2 直燃型溴化锂吸收式冷热水机组的冷热水系统,2023/1/30,30,12.5 热泵机组的冷热水机组,12.5.1 热泵与辅助热源联合运行模式分析,运行模式（1）热泵与辅助热源均单独运行运行模式（2）辅助热源补充热泵供热量不足,2023/1/30,31,12.5 热泵机组的冷热水机组,12.5.2 热泵与辅助热源并联连接的冷热水系统,按模式（1）运行热泵与辅助热源均单独运行,2023/1/30,32,12.5 热泵机组的冷热水机组,12.5.3 热泵与辅助热源串联连接的冷热水系统,风冷热泵与辅助热源串联连接的冷热水系统,2023/1/30,33,12.5 热泵机组的冷热水机组,12.5.3 热泵与辅助热源串联连接的冷热水系统,水-水热泵与辅助热源串联连接的冷热水系统：（1）制热运行时：开启阀V1和V4，关闭阀V2和V3；（2）制冷运行时：开启阀V2和V3，关闭阀V1和V4；（3）热泵热负荷不足时，可以锅炉单独供热或联合供热,2023/1/30,34,12.6 热泵机组的低位热源水系统,12.6.1 地表水热源水系统,2023/1/30,35,12.6 热泵机组的低位热源水系统,12.6.1 地表水热源水系统,2023/1/30,36,12.6 热泵机组的低位热源水系统,12.6.2 地下水热源水系统,地下水开采系统：大口井和管井；直接系统和间接系统应用地下水作低位热源时注意的问题（1）切实做好地下水回灌。（2）应用深层地下水时，应考虑水提升到地面所耗功率导致热泵实际性能系统的下降。,2023/1/30,37,12.6 热泵机组的低位热源水系统,12.6.3 土壤热源水系统,土壤热源的利用是通过土壤/水热交换器传递给二次循环水，再利用二次循环循环水传递给热泵机组。,2023/1/30,38,12.6 热泵机组的低位热源水系统,12.6.3 土壤热源水系统,2023/1/30,39,12.6 热泵机组的低位热源水系统,12.6.3 土壤热源水系统,2023/1/30,40,12.7地热水供热系统,12.7.1地热水间接采暖系统,2023/1/30,41,12.7 地热水供热系统,12.7.2 地热水直接采暖系统,2023/1/30,42,12.8 蓄冷水系统,12.8.1 蓄冷的基本概念,1.蓄冷技术:利用某些工程材料（介质）具有蓄冷特性，并加以合理利用的技术，蓄冷技术最适宜的应用对象是间歇使用、冷负荷较大且相对集中的用户。2.蓄冷系统:蓄冷设备、制冷设备、连接管路、控制设备以及有关的辅助设备等，是一种具有蓄冷能力的冷热源系统,2023/1/30,43,12.8蓄冷水系统,12.8.1 蓄冷的基本概念,3、蓄冷分类1）按蓄冷介质不同分为：水蓄冷、冰蓄冷（液化潜热335kJ/kg）、共晶盐蓄冷2）按系统蓄冷策略分为：全量蓄冷（全负荷蓄冷）和部分蓄冷（部分负荷蓄冷）,2023/1/30,44,12.8蓄冷水系统,12.8.1 蓄冷的基本概念,（1）全量蓄冷（全负荷蓄冷策略）全量蓄冷是将蓄冷时间与空调时间完全错开，将建筑物设计周期在用电高峰时段的冷负荷全部转移到用电低谷时段。,2023/1/30,45,12.8蓄冷水系统,12.8.1 蓄冷的基本概念,（1）全量蓄冷（全负荷蓄冷策略）：在这种运行策略下，建筑物的冷负荷全部靠融冰来供给，能够最大限度地起到削峰填谷的作用，节省了运行电费，但由于需要配置较大容量的制冷机和蓄冷设备，初投资较大，一般不宜采用。,2023/1/30,46,12.8蓄冷水系统,12.8.1 蓄冷的基本概念,（1）全量蓄冷（全负荷蓄冷策略）该运行策略仅适用于白天供冷时间较短的场所或峰谷电差价很大的地区。,2023/1/30,47,12.8蓄冷水系统,12.8.1 蓄冷的基本概念,（2）部分蓄冷 部分蓄冷策略是按建筑物设计周期所需要的冷量部分由蓄冷装置供给，部分由制冷机供给。,2023/1/30,48,12.8蓄冷水系统,12.8.1 蓄冷的基本概念,（2）部分蓄冷 一般情况下，部分负荷蓄冷比全部负荷蓄冷时，制冷机的利用率高，蓄冷设备容量小，是一种更经济有效的负荷管理模式,2023/1/30,49,12.8 蓄冷水系统,12.8.2 水蓄冷设备和水蓄冷系统,1水蓄冷特点水蓄冷空调系统优点：以水作为蓄冷介质，无需其它蓄冷介质，节省蓄冷介质费用和能耗；可以使用常规的制冷机组，设备的选择性和可用性范围广，运行时性能系数高，能耗低；可以在不增加制冷机组容量条件下达到增加供冷容量的目的，适用于常规空调系统的扩容和改造；,2023/1/30,50,12.8 蓄冷水系统,12.8.2 水蓄冷设备和水蓄冷系统,1水蓄冷特点水蓄冷空调系统优点：可以利用消防水池、原有的蓄水设施或建筑物地下基础梁空间等作为蓄冷水槽来降低初投资；技术要求低，维修方便，无需特殊的技术培训；可以实现蓄冷和蓄热双重用途。,2023/1/30,51,12.8 蓄冷水系统,12.8.2 水蓄冷设备和水蓄冷系统,1水蓄冷特点水蓄冷空调系统的缺点：水蓄冷只利用显热，其蓄冷密度低，在同样蓄冷量条件下，需要大量的水，使用时受到空间条件的限制；由于一般使用开启式蓄水槽，水和空气接触容易产生菌藻，管路也容易生锈，增加水处理费用；蓄冷槽内不同温度的水容易混合，影响了蓄冷效果。,2023/1/30,52,12.8 蓄冷水系统,12.8.2 水蓄冷设备和水蓄冷系统,1水蓄冷特点水蓄冷空调系统的缺点：水蓄冷只利用显热，其蓄冷密度低，在同样蓄冷量条件下，需要大量的水，使用时受到空间条件的限制；由于一般使用开启式蓄水槽，水和空气接触容易产生菌藻，管路也容易生锈，增加水处理费用；蓄冷槽内不同温度的水容易混合，影响了蓄冷效果。,2023/1/30,53,12.8 蓄冷水系统,12.8.2 水蓄冷设备和水蓄冷系统,迷宫式蓄冷水槽示意图,2023/1/30,54,12.8 蓄冷水系统,12.8.2 水蓄冷设备和水蓄冷系统,温度自然分层式蓄冷水槽：原理：水的密度和水的温度密切相关，在约为4时，水的密度最大，分层式水蓄冷系统就是根据不同水温会使密度大的水自然聚集在蓄水槽的下部,2023/1/30,55,12.8 蓄冷水系统,2023/1/30,56,12.8 蓄冷水系统,在大型自然分层式水蓄冷空调系统中，通常采用蓄冷槽组，即以垂直的间隔方式将一个大的蓄水槽分成多个相互串通的小槽,2023/1/30,57,12.8 蓄冷水系统,12.8.2 水蓄冷设备和水蓄冷系统,隔膜式蓄冷水槽：原理：隔膜式水蓄冷系统是在蓄水槽中加一层隔膜，将蓄水槽中的温水和冷水隔开。隔膜可垂直放置也可水平放置，这样相应构成了垂直隔膜式水蓄冷空调系统和水平隔膜式水蓄冷空调系统,2023/1/30,58,12.8 蓄冷水系统,12.8.2 水蓄冷设备和水蓄冷系统,水蓄冷系统的冷冻水系统：充冷运行：TSb点RVPILCa点TS释冷运行：TSa点PZ用户b点TS,2023/1/30,59,12.8 蓄冷水系统,12.8.3 冰蓄冷装置,12.8.3.1 管外结冰式冰蓄冷装置 管外结冰式冰蓄冷装置的结构形式是在盛满水的水箱内置冷却管族，管族内通入温度低于0的冷媒，使管外的水结冰。根据融冰方式可分为：,2023/1/30,60,12.8 蓄冷水系统,12.8.3 冰蓄冷装置,12.8.3.1 管外结冰式冰蓄冷装置,内融冰式冰蓄冷装置示意图,2023/1/30,61,12.8 蓄冷水系统,12.8.3 冰蓄冷装置,12.8.3.2 封装冰 封装冰装置是把水密封在塑料容器内，并将这些容器放在密闭的金属罐内或开式储槽内，充冷式，把低温的冷媒通过金属罐或储槽，使密封容器内的水结冰。按封装容器的形状分为：冰球、金属芯冰球和冰板等,2023/1/30,62,12.8 蓄冷水系统,12.8.3 冰蓄冷装置,冰球：每立方米充冷量为：48kWh金属芯冰球:每立方米充冷量为：47kWh冰板:每立方米充冷量为：69kWh,2023/1/30,63,12.8 蓄冷水系统,12.8.3 冰蓄冷装置,冰球式,2023/1/30,64,12.8 蓄冷水系统,12.8.3 冰蓄冷装置,12.8.3.3 动态冰蓄冷装置动态冰蓄冷装置分为：冰片式和冰晶式,2023/1/30,65,12.8 蓄冷水系统,12.8.3 冰蓄冷装置,制冷机组将蓄冷介质（8%的乙二醇水溶液）冷却到冰结点温度以下，形成非常细小的均匀的冰晶；直径100m的冰晶和乙二醇水溶液在一起，形成泥浆状的液冰，也被称为冰泥，储槽内含冰率为50%,2023/1/30,66,12.8 蓄冷水系统,12.8.4 冰蓄冷的冷媒系统,制冰机与冰蓄冷装置串联的冷媒系统P1、P2、P3水泵；V1、V2阀门；V3电动三通阀；LC冷水机组；IS冰蓄冷装置；HE板式换热器；ET膨胀水箱,2023/1/30,67,12.8 蓄冷水系统,12.8.4 冰蓄冷的冷媒系统,运行模式：,充冷：P1LCLSV2P1制冷机直接供冷：P1点b点cP2HEV1P1冰蓄冷装置供冷：P1LCIS 点a点c P2HEV1P1联合供冷：P1LCIS 点a点c P2HEV1P1,2023/1/30,68,12.8 蓄冷水系统,12.8.4 冰蓄冷的冷媒系统,制冰机与冰蓄冷装置并联的冷媒系统P1、P2、P3水泵；V1、V4、V5阀门；V2、V3电动阀；LC冷水机组；IS冰蓄冷装置；HE板式换热器；ET膨胀水箱,2023/1/30,69,12.8 蓄冷水系统,12.8.4 冰蓄冷的冷媒系统,运行模式：,充冷：制冷机直接供冷：冰蓄冷装置供冷：联合供冷：,2023/1/30,70,12.8 蓄冷水系统,12.8.5 冰蓄冷的设备布置：,式中 Qn冷水机组名义工况下的制冷量，kW；Qd日冷负荷，kWh；c,s充冷工况下冷水机组运行时间，h；cc,s冷水机组充冷工况下容量修正系数；d电力非谷段时冷水机组直接供冷时间，h；cd冷水机组直接供冷下容量修正系数；k系统冷量损失系数，一般取1.051.10。,2023/1/30,71,12.8 蓄冷水系统,12.8.5 冰蓄冷的设备布置：,【例】有一办公建筑设计工况下的逐时冷负荷如表12-5所示，采用冰蓄冷空调系统，电力谷时段为23：00到次日7：00，其他为非谷时段，试确定双工况冷水机组和蓄冷装置的容量。,某办公建筑设计日逐时冷负荷,2023/1/30,72,12.8 蓄冷水系统,12.8.5 冰蓄冷的设备布置：,解：（1）计算日冷负荷Qd=14730kWh。（2）计算全量蓄冷时的冷水机组名义制冷量若建筑采用传统空调系统，冷水机组的容量为17401.07=1861.8kW。,2023/1/30,73,12.8 蓄冷水系统,12.8.5 冰蓄冷的设备布置：,（3）装机容量最小的冷水机组名义制冷量：实际运行时，其中有2个小时（8，9时刻）负荷小于993.1kW。2h的负荷相当于制冷机当量满负荷时间为,2023/1/30,74,12.8 蓄冷水系统,12.8.5 冰蓄冷的设备布置：,因此：（4）设直供时间d=5h时冷水机组名义制冷量,2023/1/30,75,12.8 蓄冷水系统,12.8.5 冰蓄冷的设备布置：,（5）冰蓄冷装置容量全量蓄冷时冰蓄冷装置容量冷水机组装机容量最小时，冰蓄冷装置容量Qi,s,2=80.651006.7=5234.8kWh冷水机组直接供冷5h时冰蓄冷装置容量Qi,s,3=80.651568.3=8155.2kWh,2023/1/30,76,12.11 冷、热媒系统的水质要求,12.11.1 水中杂质的危害性,（1）钙、镁盐类：这些盐类的溶解度随温度的升高而降低，导致在传热壁面上形成水垢，传热恶化;（2）氧气：当金属表面有电位差时，氢氧化亚铁进一步生成氧化铁（铁锈）；（3）二氧化碳：它与水中的碳酸达成平衡，当压力升高时，溶液呈酸性，金属被腐蚀；（4）开式水系统中还有藻类、细菌生长，污染换热表面，堵塞管道，传染疾病。,2023/1/30,77,12.11 冷、热媒系统的水质要求,12.11.2 水质指标与要求,（1）悬浮物含量：呈悬浮状态不溶于水的固体物质，mg/L;（2）溶解固形物含量：分离悬浮物后的水，经蒸发干燥后所得的残渣，mg/L；（3）硬度：钙、镁离子(Ca2+和Mg2+）的总量，mmol/L，也用CaCO3含量（mg/L）表示硬度，1mg/L（以CaCO3计）=0.02mmol/L；碳酸盐硬度指Ca(HCO3）2、Mg(HCO3）2、CaCO3、MgCO3含量。非碳酸盐硬度指CaCl2、MgCl2、CaSO4、MgSO4含量。,2023/1/30,78,12.11 冷、热媒系统的水质要求,12.11.2 水质指标与要求,碳酸盐硬度（暂时硬度）指Ca(HCO3）2、Mg(HCO3）2、CaCO3、MgCO3含量。非碳酸盐硬度（永久硬度）指CaCl2、MgCl2、CaSO4、MgSO4含量。（4）总碱度：水中接收氢离子的含量，mmol/L（5）相对碱度：水中游离的NaOH和溶解的固形物含量之比值（6）pH值：要求PH值大于7,2023/1/30,79,12.11 冷、热媒系统的水质要求,12.11.2 水质指标与要求,（7）溶解氧：溶解氧的含量 mg/L。（8）磷酸根和亚硫酸根：水处理后产物，mg/L。（9）含油量 mg/L。,2023/1/30,80,12.12 水质控制方法与设备,12.12.1 概述,水质控制主要有：水质处理和排污水质处理：除去水质杂质，达到水质控制指标按处理目的不同：有水质软化处理、除碱、除氧和防腐按处理对象不同：补给水处理（锅外处理）和系统内加药处理（锅内处理）,2023/1/30,81,12.12 水质控制方法与设备,12.12.2 离子交换工作原理,离子交换软化是利用不产生硬度的阳离子（如Na+、H+）将水中的Ca2+、Mg2+置换出来，达到软化的目的。离子交换软化主要通过离子交换剂来实现。1、离子交换剂离子交换剂：不溶于水，但可用自己的离子把水溶液中Ca2+、Mg2+离子置换出来的颗粒物质称为离子交换剂，它是一种高分子化合物。,2023/1/30,82,12.12 水质控制方法与设备,12.12.2 离子交换工作原理,常用的有机离子交换剂有磺化煤和合成树脂两种。1)磺化煤 是将烟煤破碎，用浓硫酸处理（称磺化）而制成的。由于其交换能力小、化学稳定性差、机械强度低、易碎。逐步被合成树脂代替。2)合成树脂（离子交换树脂）是人工合成的高分子化合物。其交换能力大，机械强度高，工作稳定性较好，近年来被广泛使用。,2023/1/30,83,12.12 水质控制方法与设备,12.12.2 离子交换工作原理,目前广泛采用的是阳离子交换水处理有钠离子、氢离子、铵离子交换等方法。通常用R表示离子交换剂中复合阴离子根。NaR表示为钠离子交换剂，HR表示为氢离子交换剂。,2023/1/30,84,12.12 水质控制方法与设备,12.12.2 离子交换工作原理,2、钠离子交换软化原理1)与碳酸盐硬度Ca(HCO3)2+2NaR=CaR2+2NaHCO3Mg(HCO3)2+2NaR=MgR2+2NaHCO32)与非碳酸盐硬度CaSO4+2NaR=CaR2+Na2SO4MaCl2+2NaR=MgR2+2NaCl,2023/1/30,85,12.12 水质控制方法与设备,12.12.2 离子交换工作原理,从上述反应得出以下结论：1）经钠离子交换后，水中的钙、镁盐类都变成了钠盐，因此，除去了水中的硬度。）原水中的暂时硬度均转变为钠盐碱度NaHCO3，所以，钠离子交换只能软化水，但不能除碱。）由于Na+的当量值要比Ca2+、Mg2+的当量值大，故经钠离子交换后，软水中的含盐量有所增加。,2023/1/30,86,12.12 水质控制方法与设备,12.12.2 离子交换工作原理,随交换软化的进行，交换剂的NaR型变为CaR2和MgR2型。交换剂已失去交换能力，则认为交换剂已经“失效”，此时应立即停止软化。这时要对交换剂进行再生（也称还原），以恢复交换剂的软化能力。常用的再生剂是食盐NaCl。方法是让质量分数5%8%的工业食盐水溶液流过失效的交换剂层进行再生,2023/1/30,87,12.12 水质控制方法与设备,12.12.2 离子交换工作原理,再生反应如下：CaR2+2NaCl=2NaR+CaCl2 MgR2+2NaCl=2NaR+MgCl2 再生生成物CaCl2和MgCl2易溶于水，可随再生废水一起排掉。,2023/1/30,88,12.12 水质控制方法与设备,12.12.2 离子交换工作原理,3、氢离子交换原理 将离子交换剂用酸（HCl或H2SO4）溶液去还原，则变成氢离子交换剂（HR），原水流经氢离子交换剂后，水同样可以得到软化，其化学反应方程式如下：对碳酸盐硬度 Ca(HCO3)2+2HR=CaR2+2H2O+2CO2 Mg(HCO3)2+2HR=MgR2+2H2O+2CO2,2023/1/30,89,12.12 水质控制方法与设备,12.12.2 离子交换工作原理,3、氢离子交换原理对非碳酸盐硬度CaSO4+2HR=CaR2+H2SO4MgCl2+2HR=MgR2+2HCl,2023/1/30,90,12.12 水质控制方法与设备,12.12.2 离子交换工作原理,3、氢离子交换原理 由以上化学反应可见：1）水中的暂硬度转变成水和二氧化碳，在消除硬度的同时降低了水的碱度和盐分，其除盐、除碱的量与原水中的暂时硬度的量相等。2）在消除永久硬度的同时生成了等量的酸。由于出水呈酸性，且处理后的水不能直接送入锅炉，所以它不能单独使用。,2023/1/30,91,12.12 水质控制方法与设备,12.12.2 离子交换工作原理,4、氢-钠离子交换原理氢-钠离子交换，使氢离子交换后产生的游离酸与经钠离子交换生成的碱相互中和，达到除碱的目的，即 H2SO4+2NaHCO3=Na2SO4+2H2O+2CO2 HCl+NaHCO3=NaCl+H2O+CO2 结论 既消除了酸性，降低了碱度，又消除了硬度，并使水中的含盐量有所降低。,2023/1/30,92,12.12 水质控制方法与设备,12.12.2 离子交换工作原理,4、氢-钠离子交换原理,2023/1/30,93,12.12 水质控制方法与设备,12.12.2 离子交换工作原理,4、氢-钠离子交换原理,2023/1/30,94,12.12 水质控制方法与设备,12.12.2 离子交换工作原理,4、氢-钠离子交换原理,2023/1/30,95,12.12 水质控制方法与设备,12.12.2 离子交换工作原理,4、氢-钠离子交换原理,2023/1/30,96,12.12 水质控制方法与设备,12.12.3 离子交换设备,2023/1/30,97,12.12 水质控制方法与设备,12.12.3 离子交换设备,逆流再生离子交换器：逆流式再生是指再生时再生液的流向和原水软化运行时的流向相反。盐液从交换器下部进入，上部排出。逆流再生离子交换的优点是出水质量高、盐耗低等，所以被广泛采用。,2023/1/30,98,12.12 水质控制方法与设备,12.12.3 离子交换设备,逆流再生离子交换器：在逆流再生时，由于再生液是从交换剂下部进入的，当再生液流速较高时，会使交换剂层产生扰动现象。这样，交换剂层上下层次被打乱，称为乱层。如果发生乱层现象，就失去了逆流再生的特点。,2023/1/30,99,12.12 水质控制方法与设备,12.12.3 离子交换设备,逆流再生离子交换器：防止乱层的措施：在结构上，在交换剂表面层设有中间排水装置。,2023/1/30,100,12.12 水质控制方法与设备,12.12.3 离子交换设备,逆流再生离子交换器：防止乱层的措施：在交换剂表面铺设150200mm厚的压实层，（2530目的聚乙烯白球或失效树脂）,2023/1/30,101,12.12 水质控制方法与设备,12.12.3 离子交换设备,逆流再生离子交换器：防止乱层的措施：从交换器顶部送入0.030.05Mpa的压缩空气。,2023/1/30,102,12.12 水质控制方法与设备,12.12.3 离子交换设备,逆流再生离子交换器再生操作步骤：（1）小反洗：方法：交换器运行失效时停止运行，反洗水从中间排液管进入，经进水管排走，以冲去积聚在表面层及中间排水装置以上的污物。,2023/1/30,103,12.12 水质控制方法与设备,12.12.3 离子交换设备,逆流再生离子交换器再生操作步骤：（1）小反洗：要求：小反洗流速控制在510m/h，时间35min，,2023/1/30,104,12.12 水质控制方法与设备,12.12.3 离子交换设备,逆流再生离子交换器再生操作步骤：（2）排水：方法：开起空气阀（V1）和中间排液管出口阀（V4），放掉中间排水装置上部的水，使压实层呈干态。,2023/1/30,105,12.12 水质控制方法与设备,12.12.3 离子交换设备,逆流再生离子交换器再生操作步骤：（3）顶压：关闭空气阀（V1）和中间排液管出口阀（V4），开起压缩空气阀（V2），从顶部通入压缩空气，并维持0.030.05Mpa顶压,2023/1/30,106,12.12 水质控制方法与设备,12.12.3 离子交换设备,逆流再生离子交换器再生操作步骤：（4）再生方法：在顶压（V2开启）情况下，开起底部进再生液阀门（V6），使再生液从下部送入，随适量空气从中间排液管（开启V4）排出,2023/1/30,107,12.12 水质控制方法与设备,12.12.3 离子交换设备,逆流再生离子交换器再生操作步骤：（4）再生要求：再生液流速25m/h，再生时间一般为4050min,2023/1/30,108,12.12 水质控制方法与设备,12.12.3 离子交换设备,（5）逆流冲洗方法:当再生液进完后，关闭再生阀门（V6），开启底部进水阀（V5），在有顶压的状态（V2开启）下进行逆流冲洗，从中间排液管（开启V4）排出,2023/1/30,109,12.12 水质控制方法与设备,12.12.3 离子交换设备,（5）逆流冲洗要求:时间一般为3040min。,2023/1/30,110,12.12 水质控制方法与设备,12.12.3 离子交换设备,逆流再生离子交换器再生操作步骤：（6）小反洗方法:停止逆流冲洗和顶压，放尽交换器内的剩余空气，从顶部进水，由中间排液管放水。,2023/1/30,111,12.12 水质控制方法与设备,12.12.3 离子交换设备,逆流再生离子交换器再生操作步骤：（6）小反洗要求:清洗渗入压实层中及其上部的再生液，流速1015m/h，时间约为10min。,2023/1/30,112,12.12 水质控制方法与设备,12.12.3 离子交换设备,逆流再生离子交换器再生操作步骤：（7）正洗：水从上部进入，由下部排放。直到出水符合给水标准，即可投入运行。（软化过程）,2023/1/30,113,12.12 水质控制方法与设备,12.12.3 离子交换设备,交换器在运行20个周期之后，要进行一次大反洗，以除去交换剂层中的污物和破碎的交换剂颗粒，此时从交换器底部进水，从顶部进水装置排水。,2023/1/30,114,12.12 水质控制方法与设备,12.12.4 系统内加药水处理,对于一些小容量的锅炉或冷热水机组，对水质标准要求较低，常采用系统内水处理的方法。系统内水处理就是向锅炉（或给水箱）内投加药剂，使水中结垢物质生成松散的水渣，通过排污排出，达到防止结垢和减轻腐蚀的目的。常用的有磷酸三钠、纯碱（碳酸钠）和火碱（氢氧化钠），其中以纯碱使用得最普遍。,2023/1/30,115,12.12 水质控制方法与设备,12.12.5 物理水处理,物理水处理就是不用加药产生化学反应，而是采用物理手段改变水质，抑制水垢生成或使已形成的水垢软化、脱落，减弱氧对金属腐蚀，杀菌和灭藻。常用的物理水处理有磁化法和高频水性改变法。,2023/1/30,116,12.12 水质控制方法与设备,12.12.6 水的除氧,水中溶解氧、对锅炉金属壁面会产生化学腐蚀，因此必须采取除氧（氧气）措施。除氧原理及方法1)从气体溶解定律（亨利定律）可知，气体在水中的溶解度与该气体在气水界面上的分压力成正比，与水温成反比。在敞开的设备中将水加热，水温升高，气水界面上的水蒸汽分压增大，其他气体的分压降低。,2023/1/30,117,12.12 水质控制方法与设备,12.12.6 水的除氧,2)当水达到沸点时，水界面上的水蒸气分压力增大，其他气体的分压力趋于零，水中溶解气体的含量也趋于零。要使水温达到沸点，可采用加热法（热力除氧）或抽真空的方法（真空除氧）3)还可使界面上的空间充满不含氧的气体使界面上的氧气分压力降低（解吸除氧）。4)采用水中加药来消除溶解氧的方法（化学除氧）,2023/1/30,118,12.12 水质控制方法与设备,12.12.7 排污量计算,2023/1/30,119,12.12 水质控制方法与设备,12.12.7 排污量计算,2023/1/30,120,12.12 水质控制方法与设备,12.12.7 排污量计算,2023/1/30,121,12.12 水质控制方法与设备,12.12.7 排污量计算,