软化水系统的工艺和设备

软化水系统的工艺和设备目录第一章工业用水的基本概述一、软化水在工业用水中的重要性二、工业纯水的分类三、锅炉给水对水质的要求第二章软化水的基本工艺一、离子交换树脂的相关知识二、离子交换器的工作过程三、软化水系统的工艺流程四、软化水的硬度测定五、软化水系统的操作注意事项第三章软化水系统的设备一、自清洗过滤器二、石英砂过滤器三、离子交换器第2页,共28页，2024年2月25日，星期天第一章工业用水的基本概述

一、软化水在工业用水中的重要性

综观当今世界，现代化的大型钢铁企业用水系统都有其共同特点：

1、对水质严格要求。

2、新水耗量少。

3、严格执行处理与排放标准。

4、实行现代化的技术管理。

5、重视水系统的四个平衡问题：即水质、水温、悬浮物和水质稳定与溶解盐的平衡。其中，软化水系统在工业用水中占有相当重要的位置。因为这个系统的新水耗水量最大，水质要求最高，产生的废水很难实现处理与回收利用，如果在技术方面管理跟不上，不但会污染环境、浪费资源，而且会对设备的正常运转造成威胁。第3页,共28页，2024年2月25日，星期天二、工业纯水的分类软化水是工业纯水的一种。在工业用水中，根据生产的要求，按纯度进行分类可分为以下几种：

1、软化水：是相对于硬水来说的，一般是指水中的Ca2+、MP2+等离子的含量较低或去除至一定程度的水。软化水一般用于低压工业锅炉用水。

2、脱盐水：一般是指用物理、化学等方法将水中易于去除的强电解质去除至一定程度的水。脱盐水中的剩余含盐量一般在1—5mg/L以下，25℃时的电导率为1—10μs/cm。

3、纯水（又称去离子水）：一般是指在脱盐的基础上还将水中难以去除的硅酸及二氧化碳等弱电解质去除到一定程度的水。25℃时的电导率一般为0.1—1μs/cm，剩余含盐量在1mg/L以下。

4、高纯水（又称超纯水）：一般是指将水中的导电介质几乎完全去除，同时将水中不离解的胶体物质、气体去除至极低程度的水。25℃时电导率为0.1μs/cm以下，剩余含盐量在0.1mg/L以下。

5、理论水（又称理想水）：不含任何杂质的水，这样的水一般是不存在的。第4页,共28页，2024年2月25日，星期天三、锅炉给水对水质的要求

在锅炉给水系统中，为了防止热力系统设备的结垢、腐蚀和积盐，必须对锅炉给水的水质严格要求，同时锅炉的压力越高，水质要求越高，通常低压锅炉（≤2.45MPa）是以软化水作为补充水，中压锅炉（3.82—5.78MPa）采用脱碱、除盐水作为补充水，高压锅炉（5.88—12.64MPa）则必须是除盐水作为补给水。第5页,共28页，2024年2月25日，星期天

1、低压锅炉补充水水质指标压力≤1.0MPa1.0—1.6MPa1.6—2.5MPa悬浮物≤5mg/L≤5mg/L≤5mg/L总硬≤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含铁≤0.3mg/L≤0.3mg/L≤0.3mg/L第6页,共28页，2024年2月25日，星期天

2、中钢软化水的水质指标系统名称考核项目检测项目总硬（mg/L）碱度（mg/L）总铁（mg/L）总磷（mg/L）PH电导率(μS/cm)浊度（NTU）氯离子（mg/L）加热炉冷却用水——≤0.30—7.0-9.5≤1000——炼钢汽化冷却水≤0.03mmol/L—≤0.30—7.0-9.0≤1000——炼钢结晶器冷却水≤20mg/L—≤1.50≥3.0≥8.0——≤300制氧设备冷却水20000机组≤120mg/L≤500≤1.03～87.0-9.5≤3000≤20≤300制氧设备冷却水4500、6000机组≤250mg/L≤100≤1.03～87.0-9.5≤3000≤20≤300炼铁软水≤50mg/L—≤1.0—≥8.0——≤300焦化锅炉给水≤0.03mmol/L—≤0.30—7.0-9.0≤1000——第7页,共28页，2024年2月25日，星期天

第二章软化水的基本工艺

一、离子交换树脂的相关知识

1、离子交换树脂的结构：离子交换树脂是一种高聚物电解质，是具有三维立体空间网状结构的多孔海绵状高分子化合物，一般由惰性骨架、固定基因和官能基因三部分构成。它的骨架是吸附水中Ca2+、Mg2+的主要载体。如图：Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+树脂的网状骨架第8页,共28页，2024年2月25日，星期天

2、离子交换树脂的类型一般地按照离子交换树脂所带的官能基团的性质可分为：(我们厂大部分使用的是732强酸性阳离子交换树脂)按官能基团性质分为阳离子交换树脂阴离子交换树脂强酸性阳树脂弱酸性阳树脂强碱性阴树脂弱碱性阴树脂第9页,共28页，2024年2月25日，星期天

3、阳离子交换树脂的脱盐机理软化：R-Na2+Ca2+RCa+2Na+R-Na2+Mg2+RMg+2Na+如图：Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Ca2+第10页,共28页，2024年2月25日，星期天

4、离子交换树脂的失效在离子交换树脂的运行过程中，由于各种原因导致树脂的交换性能下降或丧失，导致出水水质不达标，这种现象叫树脂的失效。树脂失效后必须要通过一定的方法对其进行激活。第11页,共28页，2024年2月25日，星期天

5、引起树脂交换性能降低的主要因素：①树脂的劣化主要是指树脂在使用过程中破碎，不可逆膨胀等因素造成树脂的部分失效或永久性失效。对于劣化的树脂一般只有通过更换新树脂来恢复系统的正常运行，由于使用或操作不当会加快树脂劣化的速度。（例如盐水浓度太高会使树脂破裂）②树脂的污染

A：无机物污染：主要是由于水中的Cu、Fe、Mn、Mg等盐类在碱性环境下生成的一些物质堵塞了树脂的孔道。

B：有机物污染：是指水中的一些有机物长时间吸附在树脂的表面，影响树脂的正常交换。C：微生物污染：当树脂储存或失效后长时间没有再生时，产生的一种藻类和微生物，不但污染水质，还可以破坏树脂结构。为了减少树脂的污染和中毒，原水在进入交换柱之前应进行一定的预处理。第12页,共28页，2024年2月25日，星期天

6、树脂的再生RCa+2Na+RNa2+Ca2+RMg+2Na+RNa2+Mg2+如图：Ca2+Na+Ca2+Mg2+Mg2+Mg2+第13页,共28页，2024年2月25日，星期天

①、顺流再生：是指再生剂在交换柱中的流向和工作时水流的方向相同。②、逆流再生：再生剂的流向与工作时水流的方向相反。7、影响树脂再生的因素①、再生剂的用量：一般来说，适当提高再生剂的用量，有助于树脂再生程度的提高。②、再生剂的浓度：一般来说，适当增加再生剂浓度，可以提高再生程度，经验数据NaCl的浓度10%时，再生效果最好。③、再生剂的流量：一般来说，再生剂流速低，跟树脂接触时间长，再生反应充分，经验数据不得低于30min。④、再生剂的温度，纯度等也是影响再生程度的主要因素，适当提高点温度（冬季伴点热）尽可能选用质量好、杂质少的工业盐。第14页,共28页，2024年2月25日，星期天

8、新树脂的管理①、保持树脂的水分A.注意包装的密封及完整，防止烘干。B.储存时间不超过一年，且不可拆开包装，避免树脂长时间暴露在空气中。C.最好储存在充满盐水的交换器内，防止树脂由于烘干和润湿反复交替而膨胀和收缩，导致降低树脂的强度。D.如果发现树脂变干后，切勿用生水浸泡，因为这样会使树脂骤然收缩和或膨胀而破裂。应用饱含盐水浸泡，然后逐渐稀释。E.浸泡树脂的水需经常更换，以防止微生物的滋生和繁殖而污染树脂。

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②、防止受热和受冻A.放在高温设备（例如蒸汽管道）附近和热光照射的地方，可引起机团的变形。B.应保存在室内，环境温度在5℃—40℃，或保存在饱含盐水中。③、防止污染A.避免与铁容器及油类直接接触。B.应保持清洁，防止表面形成污垢。C.避免重物对树脂挤压和摩擦。9、旧树脂的保管①、长期停用的树脂应转型后储存，强酸型的树脂出厂时为氢型，存放时应转变成钠型。②、将树脂保存在交换器内，用水浸泡。③、应定期换水，防止发霉。第16页,共28页，2024年2月25日，星期天

二、离子交换器的工作过程

1、离子交换器：将离子交换树脂，装入圆柱形设备中形成一定厚度的滤层，并使原水以一定流速通过树脂层进行动态交换，这种水处理设备叫做离子交换器。

2、离子交换器的工作过程①初期阶段：当原水从交换器上部进入，接触树脂进行离子交换，这时水的组成大部分为Ca2+、Mg2+，随着水的运动，越往下Ca2+、Mg2+浓度越小，称为初期阶段。初期阶段交换速度最大，随着水流到一定深度时，离子交换与反离子达到一定的平衡，这时水的组成为Na+、Ca2+、Mg2+，这部分交换带称为工作层。

RNa2+Ca2+RCa2++2Na+进水出水失效层工作层未交换层第17页,共28页，2024年2月25日，星期天

②运行中期：随着水往下流，交换带逐渐下移，顶层的树脂已经充满了Ca2+、Mg2+，失去了交换能力，因此这部分树脂称为失效层。交换带所处的位置称为工作层，也叫交换层。交换带以下的位置称为未交换层，也叫保护层。所以，离子软化的过程是交换带下移的过程，交换带既不扩大，也不缩小，而失效层不断扩大，未交换层不断缩小。③运行未期：随着交换带的下移，交换带的下端达到树脂层的底部时，出水中的Ca2+、Mg2+开始出现，水质开始恶化，软化柱失效，这时根据工艺水质的要求停止运行。第18页,共28页，2024年2月25日，星期天

三、软化水系统的工艺流程

原水管道泵自清理过滤器石英砂过滤器软水池二级离子交换器离子交换器供水泵软化水用水系统

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四、软化水的硬度测定

H=M×a×2÷V×103其中：H为软化水的总硬（mg/L或毫克当量/升）M为EDTA的摩尔浓度a为滴定时消耗的EDTA体积（ml）V为水样体积（ml）第20页,共28页，2024年2月25日，星期天五、软化系统的操作注意事项1、溶盐时长时间搅拌，而且最好打回流。2、工业盐的质量直接影响再生效果，所以过程中发现盐中泥沙多、杂物多的时候，一定要想办法提前处理。（用机械筛子筛等）3、因为盐过滤器体积小、滤料少，如果反洗跟不上，这些泥沙就会进入软化柱的未交换层，导致未交换层树脂提前失效和破坏，所以，对于过滤器的反洗是操作过程中非常重要的一项工作。4、过滤器、离子交换器反洗的时候，压力和强度一定要把握好，压力和强度太小，泥沙和悬浮物洗不出来，压力和强度太大，要么会使树脂和滤料乱层，（乱层是离子交换器最忌讳的），要么会使树脂从上排放出来造成浪费。所以，反洗的最好办法是短周期的、低压力的操作，避免树脂和滤料板结。5、送水的时候，要防止由于超压而导致人孔和法兰漏水，有时可以把PVC管和流量计撑破，而且在保证能满足生产的前提下，水压越低，软化效果越好，一般地原水压力不得超过0.4MPa。第21页,共28页，2024年2月25日，星期天五、软化系统的操作注意事项6、对于上排和中排滤网的保护也要到位，否则会造成树脂的大量流失。做到勤检查，定期更换。7、中排的作用主要是对失效层和工作层树脂进行反洗用的。8、离子交换器操作过程中防止阀门内漏和相邻柱之间互窜导致软水指标不达标。9、软化水系统在工艺设计方面最好保证原水压力的稳定性，例如夏天的时候，由于原水紧缺，导致压力不稳，严重影响软化水的效果。因此建议尽可能设计原水池，能对原水进行粗略的过滤，例如二炼钢的软化水系统，运行效果比较好。10、为了保证很好的反洗效果，软化水反洗系统中应配置压缩空气管或低压氮气管，便于提高反洗压力和均匀分布反洗水。例如二炼钢软水系统。11、在以下三种情况下使用二级软化：第22页,共28页，2024年2月25日，星期天五、软化系统的操作注意事项①把二级软化柱当一级软化柱直接使用。②一级软化出水硬度超标的时候进二级软化柱。③原水硬度达到300mg/L以上的