CN102259987B - 一种钠离子软化水处理再生剂 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种改良的钠离子软化水处理再生剂，其优点是在单一钠盐的再生剂中加入一定量的强酸根铵盐，铵盐分解的酸可以中和钠盐分解的碱，降低锅水碱度，防止碱性腐蚀和苛性脆化，降低了由于碱度超标引起的过量排污；而铵盐分解的NH₃带入蒸汽中和其中的CO₂，防止用汽设备和冷凝水系统的金属腐蚀，提高冷凝水回收率。本发明提供了一公式来精确计算针对不同水质再生剂中铵盐应占的配比，以使其效果更佳并减少其他不良副作用。本发明提供的再生剂中还可添加一定量的络合剂，可以防止再生时重金属对树脂的污染，提高树脂的再生效率，降低再生剂的比耗。本发明提供的再生剂制法简单，节能环保且经济实用。

Description

一种钠离子软化水处理再生剂

技术领域

本发明涉及水质软化再生领域，尤其涉及一种钠离子软化水处理再生剂。

背景技术

现有技术一般采用单一钠盐(一般为工业盐氯化钠)对工业锅炉中的补给水进行软化再生，单一钠盐虽然价格低廉，软化效果较好，但却存在几个缺点：

首先，软化水中盐类为钠盐，NaHCO₃在锅内分解成Na₂CO₃、NaOH和CO₂。Na₂CO₃和NaOH在锅炉水中存在可能造成锅炉的碱性腐蚀，当相对碱度大于0.2时，胀接和铆接锅炉会发生苛性脆化，导致锅炉爆炸事故的发生。而CO₂随蒸汽带入用汽设备和冷凝水系统，由于冷凝水比较纯净，缓冲性较差，CO₂会造成冷凝水显酸性，腐蚀用汽设备和冷凝水系统的金属。

其次，单一钠盐再生的软化水在锅内分解的碱性物质浓缩一定倍数后，还会造成汽水共腾，影响蒸汽品质。为了防止锅炉碱度过高造成的危害，不得不通过排污来降低锅水碱度，造成锅炉排污量增加。过量的排污不但污染环境，还会导致热能的浪费。全国用软化水作为补给水的工业锅炉有43.2万台，锅炉排污率增加1％，全年多消耗标准煤约230万吨。

最后，我国锅炉冷凝水回收利用率很低，平均冷凝水回收利用率不到30％。其主要原因是冷凝水水质不符合GB/T1576-2008《工业锅炉水质》的要求。造成冷凝水水质不合格的原因有二，一方面是单一钠盐再生的软化水，在锅内分解的CO₂带入冷凝水系统后，对金属设备和管道造成酸性腐蚀，冷凝水含铁量超标；另一方面热交换器腐蚀泄漏后，冷凝水受到被加热介质的污染，导致冷凝水不合格。我国全年工业锅炉蒸发总量约为36亿吨，按冷凝水回收利用率为30％，平均冷凝水回水温度90℃，补给水温度20℃，温差为70℃计算，每年冷凝水排放的热能约5.8×10¹⁵KJ，折算成标准煤为1946万吨。每年浪费的水量约29亿立方米。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种钠离子软化水处理再生剂。

所述再生剂的原理是：在单一钠盐再生剂中加入一定量强酸根铵盐，使软化水中盐类由原来的单一钠盐改变为铵盐和钠盐两种成分，铵盐在锅内分解产生的酸可以中和钠盐分解生成的碱，从而降低锅炉水的碱度，防止碱性腐蚀和苛性脆化。铵盐分解的NH₃带入蒸汽中，可以中和蒸汽中的CO₂，防止用汽设备和冷凝水系统的金属腐蚀。降低由于碱度超标引起的过量排污、同时达到提高冷凝水回收率的目的。

软化水中的铵盐和钠盐一定要保持适当的比例。如果铵盐所占比例过小，锅水碱度降不下来，分解的NH₃无法全部中和蒸汽中CO₂，达不到减少排污、节能降耗、提高水资源循环利用的效果；如果铵盐所占比例过大，锅水会呈酸性，容易造成锅炉腐蚀。因此再生剂与钠盐的配比，一定要根据原水水质，通过科学计算确定，既保证锅水维持正常的碱度和pH值，又能中和锅水中过量的碱度和蒸汽中的二氧化碳。

本发明提供的再生剂配方组成为：氯化钠+氯化铵

1、其中氯化铵的配比按如下公式计算：

${\mathrm{\α}}_{{\mathrm{NH}}_4}=\frac{\mathrm{JD}-{\mathrm{JD}}_C}{\mathrm{JD}+C}\×100\%$

其中，为氯化铵占总再生剂的质量分数；

JD为原水碱度，单位为mmol/L；

C为原水中强酸性阴离子的摩尔浓度，单位为mmol/L；

JD_C为计算残留碱度，单位为mmol/L；一般取0.5～1.0mmol/L。

2、氯化钠占总再生剂的配比：

α_Na＝100％-α_NH4

α_Na-钠盐占总再生剂的质量分数，％。

所述氯化铵可以用硫酸铵、硝酸铵或其他强酸根铵盐代替。非氯化铵的铵盐配比按如下公式计算：

${\mathrm{\α}}_{{\mathrm{NH}}_4}=\frac{\mathrm{JD}-{\mathrm{JD}}_C}{\mathrm{JD}+C}\×100\%\×1.3$

其中，为硫酸铵或硝酸铵占总再生剂的质量分数；

JD为原水碱度，单位为mmol/L；

C为原水中强酸性阴离子的摩尔浓度，单位为mmol/L；

JD_C为计算残留碱度，单位为mmol/L；一般取0.5～1.0mmol/L。

本发明提供的再生剂中还可加入质量相当于总再生剂质量0.01％的乙二胺四乙酸(又称EDTA)作为络合剂。

再生剂中EDTA的作用是防止再生时重金属对树脂的污染，防止难溶物质在树脂表面的沉积，提高树脂的再生效率，降低再生剂的比耗。

具体实施例

实施例1

1、软化器再生后水质的变化

氯化钠再生剂中添加氯化铵后，软化器失效后用含有氯化铵的氯化钠再生，离子交换树脂一部分为钠型，一部分为铵型，对原水进行软化处理时发生如下反应：

(1)铵型交换树脂的交换反应

${2\mathrm{RNH}}_4+\left.\begin{array}{c}\mathrm{Ca}\\ \mathrm{Ng}\\ 2\mathrm{Na}\end{array}\right\}\left\{\begin{array}{c}{\left({\mathrm{HCO}}_3\right)}_2\\ {\mathrm{SO}}_4\\ 2\mathrm{Cl}\\ {2\mathrm{NO}}_3\end{array}\right.=R_2\left\{\begin{array}{c}\mathrm{Ca}\\ \mathrm{Mg}+{\left({\mathrm{NH}}_4\right)}_2\\ 2\mathrm{Na}\end{array}\right.\left\{\begin{array}{c}{\left({\mathrm{HCO}}_3\right)}_2\\ {\mathrm{SO}}_4\\ 2\mathrm{Cl}\\ {\left({\mathrm{NO}}_3\right)}_2\end{array}\right.$

(2)钠型交换树脂的交换反应

$2\mathrm{RNa}+\left.\begin{array}{c}\mathrm{Ca}\\ \mathrm{Mg}\end{array}\right\}\left\{\begin{array}{c}{\left({\mathrm{HCO}}_3\right)}_2\\ {\mathrm{SO}}_4\\ 2\mathrm{Cl}\\ {2\mathrm{NO}}_3\end{array}\right.=R_2\left\{\begin{array}{c}\mathrm{Ca}\\ \mathrm{Mg}\end{array}\right.+{\mathrm{Na}}_2\left\{\begin{array}{c}{\left({\mathrm{HCO}}_3\right)}_2\\ {\mathrm{SO}}_4\\ 2\mathrm{Cl}\\ {\left({\mathrm{No}}_3\right)}_2\end{array}\right.$

上述反应可以看出，软化水中盐类由原来的单一钠盐改变为铵盐和钠盐两种成分，水质发生了根本改变

2、软化水进入锅内发生的反应

经离子交换后出水含铵盐和钠盐两种成分，进入锅炉后，在高温下可发生如下化学反应：

(1)铵盐的分解反应

NH₄HCO₃→NH₃↑+CO₂↑+H₂O

NH₄Cl→NH₃↑+HCl

(NH₄)₂SO₄→2NH₃↑+H₂SO₄

NH₄NO₃→NH₃↑+HNO₃

上述反应式说明，在锅内重碳酸铵分解为氨气和二氧化碳气，并被蒸汽带走，这部分碱度基本上被除掉。氯化铵除分解成氨气带入蒸汽外，还生成盐酸，如果铵盐是硫酸铵或硝酸铵则生成硫酸、硝酸存于锅水中，在运行中，可利用这部分酸中和锅内水中过高的碱度成分。

(2)NaHCO₃的化学反应

分解：2NaHCO₃＝Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O

水解：Na₂CO₃+H₂O＝2NaOH+CO₂↑

反应结果生成Na₂CO₃和NaOH两种碱性物质。

(3)酸碱中和反应

锅内由铵盐分解生成的HCl、H₂SO₄、HNO₃和重碳酸钠反应生成的Na₂CO₃，NaOH在锅水中进一步发生中和反应：

${\mathrm{Na}}_2{\mathrm{CO}}_3+\left\{\begin{array}{c}{H}_2{\mathrm{SO}}_4\\ 2\mathrm{HCl}\\ {2\mathrm{HNO}}_3\end{array}\right.={\mathrm{Na}}_2\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{SO}}_4\\ 2\mathrm{Cl}\\ {\left({\mathrm{NO}}_3\right)}_2\end{array}\right.+{\mathrm{CO}}_2\↑+H_{2}O$

$2\mathrm{NaOH}+\left\{\begin{array}{c}{H}_2{\mathrm{SO}}_4\\ 2\mathrm{HCl}\\ {2\mathrm{HNO}}_3\end{array}\right.=N{a}_2\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{SO}}_4\\ 2\mathrm{Cl}\\ {\left({\mathrm{NO}}_3\right)}_2\end{array}\right.+H_{2}O$

实施例2

采用本发明所述再生剂再生软化器，铵盐在锅内分解的NH₃带入蒸汽中，可以防止用汽设备和冷凝水系统的金属发生CO₂腐蚀，极大地提高冷凝水质量，确保冷凝水百分之百合格回收，最大限度的回收利用冷凝水和热能。

采用本发明所述再生剂工业蒸汽锅炉冷凝水回收利用率可以提高至92％，每年可节约1751万吨标准煤，可节约工业用水26亿立方米。

经济效益分析

凝结水回收的价值直接体现为热能价值、凝结水纯净品质价值和减少排污价值三部分。现在分别以燃煤锅炉和燃油锅炉分析回收效益如下

1、燃煤锅炉蒸汽回收效益分析

假设客户使用4T/H燃煤蒸汽锅炉，现场设备用汽压力为0.6MPa，每小时回收水量4吨，单位采用了冷凝水回收利用，但如果采用本发明所述再生剂进行后处理与单独采用钠盐软化处理相比，其回收经济利益每年超过人民币50余万元以上，详细计算方式说明如下：

2、燃轻油锅炉蒸汽回收效益分析

假设客户使用4T/H燃油蒸汽锅炉，现场设备用汽压力为0.6Mpa，每小时回收水量4吨，采用了冷凝水回收利用，但采用本发明所述再生剂进行后处理与单独采用钠盐软化处理相比，其回收经济利益每年超过人民币90万元以上，详细计算方式说明如下：

上面两例中：

注1：假设回收生产回来的的高压饱和凝结水(4T/H)

注2：单纯采用钠离子软化处理，冷凝水回收率为89％，如果添加了强酸根铵盐的本发明提供的再生剂后，回收率可以提高至92％。

注3：假设每年操作时数为：一天24小时，一月29天，一年12月，共计约8，400小时。

注4：假设常温水的温度为20℃，故含20Kcal/kg热量。

注5：燃煤价按1.2元/公斤，燃油价按5.8元/公斤。

注6：每一吨水价值约2元，每周回收节约水费，不包含电费。

注7：软水处理费每吨约为1.1元，每年节约软水处理费，不包括人工费。

实施例3

采用本发明所述的再生剂，铵盐进入锅内后可以有效降低锅水碱度，防止由于碱度超标导致的过量排污。

经济效益

降低锅炉排污率的价值直接体现为减少热能损失，减少水耗和减少环境污染。现就一台常见的工业锅炉为例，分析锅炉减少排污的效益，一台6T/H锅炉，额定压力为1.25Mpa，采用冷凝水回收利用，原水碱度为4.0mmol/L，原水强酸根含量为3.0mmol/L。其单独采用钠盐处理和采用本发明所述再生剂处理，其水质分别如下：

由以上水质分析结果可以得出，采用本发明再生剂处理的水质和单独采用钠盐再生水质相比，在都满足国家标准GB/T1576-2008《工业锅炉水质》的基础上，其给水碱度、pH、铁离子；锅水总碱度、P碱度、pH、溶解固形物等项目都有一定程度的降低，这些对于锅炉排污、节能、环保都有很重要的意义。计算分析如下：

1、采用单一钠盐再生的软化器：

其锅炉排污率为

$P=\frac{\mathrm{JD}}{{\mathrm{JD}}_G}\×100\%=\frac{4}{24}\×100\%=16.67\%$

JD-原水碱度，mmol/L；

JD_G-GB/T1576-2008《工业锅炉水质》规定锅炉最高允许碱度，mmol/L。

2、采用铵盐再生剂后：

①铵盐再生比例

${\mathrm{\α}}_{{\mathrm{NH}}_4}=\frac{\mathrm{JD}-{\mathrm{JD}}_C}{\mathrm{JD}+C}\×100\%=\frac{4.0-1.0}{4.0+3.0}\×100\%=42.86\%$

软化水铵盐量42.86％×(4.0+3.0)＝3.0mmol/L

②钠盐再生比例

α_Na＝100％-α_NH4＝100％-42.86％

软化水中钠盐量为(100％-42.86％)×(4.0+3.0)＝4.0mmol/L

在锅内铵盐分解的强酸为3.0mmol/L将中和钠盐分解的碱3.0mmol/L，补给水碱度为4.0-3.0＝1.0mmol/L。如果单独采用钠盐处理，则补给水碱度即为原水碱度4.0mmol/L，这样采用本发明所述再生剂后，碱度减低了4.0-1.0＝3.0mmol/L，则

锅炉排污率为

$P=\frac{\mathrm{JD}}{{\mathrm{JD}}_G}\×100\%=\frac{1}{24}\×100\%=4.17\%$

通过上述分析可以得出，采用本发明所述再生剂后，有如下优点

(1)铁离子减少说明冷凝水腐蚀减少，因为给水的部分有一部分是冷凝水回收利用。

(2)锅水pH降低说明铵盐在锅炉内分解中和了部分碱度，对净化蒸汽有利。

(3)每天减少排污水量(16.67％-4.17％)×6T/h×24h＝18T

(4)每天减少热能损失18T×1000kg/T×120kcal/kg＝2160000kcal

(5)按每吨标准煤发热量23000KJ计算，每天可以计节约煤约0.37吨

(6)按照锅水磷酸根含量20mg/L(国家标准GB/T1576-2008《工业锅炉水质》要求，

磷酸根含量为10～30mg/L)，计算

每天减少磷排放量20mg/L×18T×1000kg/T×1L/kg＝360g

按照2009年统计，我国共有工业锅炉43.20万台，其中蒸汽锅炉按照30万台，蒸发量2T/H，排污率降低2％～3％，全国每年可节省标准煤消耗约460万吨～690万吨，则减少含磷污水排放量约200万吨～300万吨，在节能减排环保方面有非常明显的优势。

注：全年锅炉按照运行360天计算。

随着燃料价格的上涨和锅炉运行管理成本的升高，很多企业越来越重视节能降耗、工作，而作为工业心脏的高耗能特种设备的锅炉节能工作是首先考虑的设备之一。冷凝水回收利用在锅炉节能方面有很高的利用价值，本专利优点在于可以完全利用冷凝水而且防止锅炉腐蚀，并且减少环境污染，优点明显。随着国家对高耗能特种设备节能要求的不断严格，以及有关锅炉节能降耗宣传力度的不断加大，必将有更多的锅炉使用单位认识到冷凝水回收利用的必要性和重要性，市场前景广阔。

Claims (3)

1.一种钠离子软化水处理再生剂，其组分包括氯化钠和氯化铵，其中氯化铵的配比按如下公式计算：

${\mathrm{\α}}_{{\mathrm{NH}}_4}=\frac{\mathrm{JD}{-\mathrm{JD}}_C}{\mathrm{JD}+C}\×100\%$

其中，

为氯化铵占总再生剂的质量分数；

JD为原水碱度，单位为mmol/L；

C为原水中强酸性阴离子的摩尔浓度，单位为mmol/L；

JD_C为计算残留碱度，单位为mmol/L；取0.5～1.0mmol/L。

2.如权利要求1所述的再生剂，其特征在于：所述氯化铵用硫酸铵或硝酸铵代替，非氯化铵的铵盐配比按如下公式计算：

${\mathrm{\α}}_{{\mathrm{NH}}_4}=\frac{\mathrm{JD}-{\mathrm{JD}}_C}{\mathrm{JD}+C}\×100\%\×1.3$

其中，

为硫酸铵或硝酸铵占总再生剂的质量分数；

JD为原水碱度，单位为mmol/L；

C为原水中强酸性阴离子的摩尔浓度，单位为mmol/L；

JD_C为计算残留碱度，单位为mmol/L；取0.5～1.0mmol/L。

3.如权利要求1所述的再生剂，其特征在于：还包括占再生剂总质量0.01%的乙二胺四乙酸络合剂。