熱水采暖水處理系統的設計
當前撫順地區熱水采暖鍋爐的給水，基本上都是用城市自來水。因為絕對純凈的水是沒有的，其中必然含有一些雜質。如果對鍋爐給水不進行處理，鍋爐運行不久就結有很厚的水垢，水垢的導熱系數僅為金屬的1/20～1/50。鍋爐結垢后將使排煙溫度增高、鍋爐供暖效率降低，耗煤量增加。
一、水中雜質對鍋爐的影響
當前撫順地區熱水采暖鍋爐的給水，基本上都是用城市自來水。因為絕對純凈的水是沒有的，其中必然含有一些雜質。如果對鍋爐給水不進行處理，鍋爐運行不久就結有很厚的水垢，水垢的導熱系數僅為金屬的1/20～1/50。鍋爐結垢后將使排煙溫度增高、鍋爐供暖效率降低，耗煤量增加。
鍋爐結垢能造成熔孔和爆管。鍋爐結垢后除耗煤量增加外，能使鍋爐在運行過程中，由于受熱面內壁結有堅硬密實的垢層，在爐水和管壁之間形成夾層高溫區。使管壁溫度上升到900℃以上，超過管材的熔點，造成熔孔或爆管。結垢后的水冷壁升高溫度近似公式如下：
T1=tg+(1/α+δ2/λ2)Q熱 ℃
T2=tg+(1/α+δ2/λ2+δ1/λ1)Q熱 ℃
式中 T1 ——水冷壁管內溫度 ℃
T2 ——管外面溫度 ℃
tg ——采暖系統鍋爐供水溫度 ℃ tg=85℃
α——管內表面傳熱系數 W/m2.℃ α= 4652W/m2.℃
δ2——水垢厚度 m δ2=7mm=0.007m
λ2——水垢熱傳導率W/m2.℃ λ2=1.2W/m2.℃
λ1——水冷壁管壁厚度 m δ1=4mm=0.004m
Q熱——熱負荷 Q熱=116300～195000 W/m2
取Q熱=151190 W/m2
那么 T1=85+（）×151190=994.4℃
T2=85+（+）×151190=1007.4℃
在水垢和管壁之間，有透過垢縫的少量水存在，高溫會使這些水急劇地汽化，嚴重時會爆管。采暖系統中熱水鍋爐結垢后，不僅使鍋爐熱效率降低，檢修清理困難，嚴重時會使部分管子被水垢堵塞、引起鍋爐爆管。因此，為使鍋爐經濟安全運行，保證供暖，熱水采暖給水必須經過處理。
二、熱水鍋爐的水質標準
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懸浮物：懸浮物是指水中呈懸浮狀態的物質，包括細菌、藻類、原生物、泥沙、粘土和其它不溶解的物質。一般城市供給的自來水中均不含有懸浮物。
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。現在國內常用硬度單位有以下三種：
（1）.毫克當量/升(微毫克當量/升)：既每升水中含有多少毫克當量鈣、鎂離子。
（2）.德國度（簡稱度）：每升水中含有的鈣、鎂離子相當于含有10mgCaO時的硬度，叫做1度。由于CaO的當量是28，所以
1度= =0.357mge/L
反之1mge/L=2.804度
（3）.百萬分單位（ppm）：每一百萬份重量的水中含有一份重量的CaCO3(或每升水中含有1mg CaCO3)時的硬度，叫做1ppm。由于CaCO3的當量是50.04，所以
1ppm= ≈0.02mge/L
1mge/L≈50ppm
1度=0.357×50=17.85ppm
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形成沉淀，而大部分被消除，故也叫做暫時硬度，用H暫表示。
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。
形成硬度的物質，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
pH值：表示水中氫離子濃度，也即表示水的酸堿性。氫離子是由于碳酸離解的結果。H2CO3H++HCO3-一般在實際應用中，水的pH值的范圍可劃分為：pH=7為中性 pH<7為酸性 pH>7為堿性。
含氧量：氧來源自大氣中，也有土壤中有機物被微生物分解和地質化學過程產生的，它以1L水中溶有氧的毫克數來表示，使用單位為mg/L。
三、熱水采暖鍋爐給水處理方法簡介
鍋爐給水處理的方法有物理化學法、化學法、物理法等。
水的電滲析處理是一種典型的物理化學水處理法，它是用電化學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，因設備投資高，水量損失較大，目前在鍋爐房水處理方面應用得不多。尤其是在采暖爐水上用得極少。
化學軟化法是指在軟化水過程中發生化學反應生成新的物質，具體方式有爐內加藥法和爐外軟化法兩種。爐內加藥法既向爐內加某種化學藥劑，改變沉渣的結構型式，防止或減少硬垢的生成。目前應用較廣泛的方法是向爐內加入定量的磷酸三鈉、純堿和含有單寧的有機物質。向爐內加藥雖有防垢、老垢脫落和防腐蝕等作用，但經過運行數年后發現，在系統的管網和散熱器有堵塞結垢現象。另外爐內加藥水處理，可以減輕水垢的形成，但不能完全防止鍋爐結垢，仍須定期清理鍋爐。
爐外軟化法：目前應用最多的是離子交換法，該法用鈉離子交換劑，當被處理的水流過裝有交換劑的過濾器時，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代表陽離子交換劑的復雜的陰離子團。用離自方程式表示為：
Ca2++2NaRCaR2+2Na+
Mg2++2NaRMgR2+2Na+
由上述化學反應可見，鈉離子既可除暫時硬度，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。
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。其優點是結構簡單、體積小、容易檢修、運行費用低等。在采暖熱水鍋爐上應用可以肯定的講是有很好的防垢、除垢效果。但對不同結構的爐體和水流速以及水質等因素，只用磁水器，鍋爐防垢不能得到徹底保證。
四、軟水器和電子水處理器聯合處理采暖鍋爐給水
為了解決好采暖鍋爐的水處理，采用軟水器（陽離子交換法）和電子水處理器（水的物理處理法）兩者結合的方式，來處理熱水采暖鍋爐的給水和循環水，通過運行獲得了非常好的效果。
利用軟水器（鈉離子交換劑）的可靠性和電子水處理器對熱水采暖鍋爐的適宜性，兩者相輔相成達到采暖鍋爐水處理的最佳效果。
軟水器滿足不了較大系統的初期充水和大量跑水的情況，但電子水處理器可以彌補軟水器的這個不足，并對鍋爐起到防垢和避免發生系統的水力失調和熱離失調的現象。系統初期充水和大量跑水時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，當熱水的溫度不超過50℃時，水中的碳酸鈣才有約40%從水中沉淀出來。就是說水溫較低時，水中的鹽類溶解度大，不易析出產生水垢。且電子水處理器還具有防垢、除垢的作用，這時的電子水處理器將發揮很好的除垢、防垢效果。
如果采暖初期的補充水和大量補水是未經過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合方式處理采暖鍋爐的給水，起到徹底的防垢作用。
一般的采暖系統初期充水和大量補水占總補水量的20%左右。聯合方式處理熱水采暖鍋爐的供水，除可以節約再生劑的用量和運行費用外，最大的效益是可以徹底防止鍋爐受熱面結垢和消除系統因缺水發生的水力和熱力失調的現象。
熱水采暖系統有兩種形式，一種是靠供給熱水和回水的密度差，使水在鍋爐中循環，稱之為自然循環；另一種是由鍋爐直接制備熱水，用循環水泵做機械動力把熱水送到采暖用戶，并在鍋爐中進行循環，這種系統稱之為強制循環系統。過去分散小型熱水采暖系統，面積小、網路作用半徑短，失調現象少，就是有失調也容易消除。聯片集中供暖后的大型熱水采暖系統，在運行熱負荷已經確定的情況下，如何選取供回水計算溫差、確定系統循環總水量，選用經濟的網路直徑是消除系統水力失調和熱力失調，保證供暖的關鍵。
一、系統總循環水量的計算
G循=kQ需/Δtc×3600=k0.86 Q需/Δtc kg/h
式中：
k——管網漏損系數，一般k=1.05
Q需——供暖區內建筑物熱指標和小區最大供暖面積相乘的熱負荷，W；Q需=qF
q——建筑物的熱指標
F——聯片集中供暖面積
c——水的質量比熱，c=4.187kJ/kg.℃
Δt——供暖系統總供回水溫差 ℃
二、供回水溫差Δt的選取
熱媒的溫度定為95/70℃，(系指計算供水溫度為95℃、回水溫度為70℃)。計算供水溫度95℃是根據熱水供暖系統是帶有開式膨脹水箱的系數。它處于大氣壓力（1絕對大氣壓）下，熱水的汽化溫度為99.1℃，再考慮一定的安全系數，故取95℃。在這個溫度下，對計算回水溫度進行經濟分析，確定計算的回水溫度為70℃。
鑒于聯片集中供暖后，循環水單位耗量比分散鍋爐房系統大得多。用戶系統形式不一。小區內采暖建筑物有遠有近，為保證供暖，Δt的選定應根據以下幾點，第一適合低溫連續供暖并輔之以質調節的運行方式。第二提高網路和用戶系統的水力穩定性，減輕系統初調節的工作量，保證系統正常運行和消除用戶系統的豎向失調。
當前，在熱水供暖系統中，常用的集中調節方法有下列幾種：質調節——改變網路供水溫度；量調節——改變網路循環水量；分階段改變流量的質調節；間歇調節——改變每天供暖時數。由于量調節很麻煩、很費力，一個較大系統的調節對安裝和管理來說常常是無能為力的，而且會引起用戶系統的失調。所以它不是一種理想的集中調節方法，近幾年來用的調節方法常采用質調節——改變網路供水溫度。最近先后設計的幾個熱水采暖系統均采用Δt=18℃計算循環水量和相應的水泵及管網。
三、采暖管網其經濟管徑的計算
當采暖系統熱水量確定后，有兩種計算管徑的方法：第一是根據流速計算管徑，到目前為止，我們設計管網系統時，不論管徑大小，也不分運行小時數的多少，統統用1～2m/s的流速確定管徑，并非科學的。第二是按給定的比壓降（或稱為單位管長的沿程壓降Ry）計算管徑。有的資料上說：“對于熱水管網的干管和分支管，經濟的單位管長沿程壓降約為30～60Pa/m。其中較小的數值用于直徑為400～500mm的管子，較大的數值用于直徑為50～100mm的管子。”
選用高的流速和壓降，計算出較小的管徑，這樣可降低管網造價和減少熱損失。但壓力損失按流速平方增加的，選用不當會使循環水泵電耗增大，并可導致系統某一環路的水力失調。而流速低、壓降小計算較大的管徑，使基建費用增加。另外，如果計算管徑很不合理時，會使得熱水在管內流動時形成上下不同溫度的分層，導致管網產生很大的熱應力，引起彎曲變形。
根據我國管網造價、熱價、電費等綜合數據代入有關公式，導出熱水管網的經濟管徑和經濟比壓降，其計算公式如下：
經濟管徑d經=16.59G循0.48mm
經濟比壓降 h經=201.5/G循0.52mmH2O/m
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