CN103159332A

CN103159332A - 一种地热系统中的水垢处理及预防方法

Info

Publication number: CN103159332A
Application number: CN2012101070981A
Authority: CN
Inventors: 徐毅
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-04-13
Filing date: 2012-04-13
Publication date: 2013-06-19

Abstract

本发明涉及一种地热系统中水垢的处理及预防方法，其特征在于：针对地热系统中矿物质含量高、易结垢的特点，不仅提出一套地热系统中水垢的处理方法，而且提出一套地热系统中水垢的预防方法，能全面解决地热系统中的水垢问题，地热系统中水垢处理方法包括机械方法和化学方法，在水垢的化学处理方法中，不仅能有效除垢，还能将除垢剂和水垢反应生成的化合物做进一步回收处理，变水垢为产品，增加系统的产物链，实现各物质的充分利用，地热系统的水垢预防方法包括软水剂添加和离子交换树脂法，在离子交换树脂法中，可以通过廉价的再生液洗脱树脂中吸附的离子，实现离子交换树脂的再生和重复使用，既降低成本，又绿色环保，本发明提供的一种地热系统中水垢的处理及预防方法，工艺简单、试剂经济、可供选择方案多，能有效地解决和预防地热系统中的水垢问题。

Description

一种地热系统中的水垢处理及预防方法

技术领域

本发明涉及一种地热系统中水垢的处理及预防方法。

背景技术

随着石油、天然气等不可再生资源的快速消耗，地热能作为一种具有广阔开发前景的新能源日益受到关注，地热能除了用于发电之外，还能直接用于采暖、制冷、医疗洗浴和各种形式的工农业用热，以及水产养殖等，地热能的取用，通常以汽水混合物的形式被直接从地下取出，地热水中由于含有大量的矿物杂质，如Ca²⁺、Mg²⁺、Fe²⁺、Al³⁺、S^2-、CO₃ ^2-等，很容易生成钙镁离子的碳酸盐以及氢氧化物，同时它的溶解度与一般的盐类不同，不是随着温度的升高而升高，而是随着温度的升高而降低，因此，这些微溶性盐很容易达到过饱和状态，由水中结晶析出，当水流速比较小或接触面比较粗糙时，这些结晶沉淀物就容易沉积在表面上形成垢，结垢后，一方面受热面的传热性能变差，会增加很大的传热阻力，影响传热效果，造成热量损失，例如地暖管内壁每增厚1mm的水垢就会使室内的温度下降6℃；另一方面，结垢后，水垢会大量附着在设备管道内壁，严重时会堵塞管道，威胁安全运行，水垢严重的工业企业甚至被迫停产，结垢是一个常见而耗资的问题，全球每年用于垢的清洗和结垢引起的热能损失耗资达百亿美元。

因此，如何解决地热系统中的结垢问题，并且做到未雨绸缪，在水垢形成以前采取预防措施，将结垢问题扼杀在摇篮之中，十分具有经济性和必要性。

发明内容

本发明的目的是提供一种解决上述问题，使地热系统中水垢的处理以及预防方法，用简单的工艺和经济的除垢介质，全面解决地热系统中水垢问题，保障地热系统的正常运行，减少热量损失，同时保证下游用户端的地热水质量。

本发明通过以下技术方案实现：

水垢清除方法：当地热系统中的设备和管道已经结垢的时候，一方面可以通过机械方法，利用外力使水垢粉碎脱落随液体流走从而除去水垢，另一方面可以通过化学方法，通过循环泵使除垢剂在系统各设备之间循环，充分和水垢反应生成可溶性盐，并且经回收罐收集和后续分离结晶等工艺进一步处理，回收得到纯净的盐类化合物，变水垢为产品，实现各物质的充分利用，而且机械方法和化学方法可结合使用除垢。

水垢预防方法：在水垢形成前，一方面可以通过添加适量的软水剂，与地热水中的矿物质离子螯合，从而避免形成难溶的碳酸盐等物质，另一方面可以在地热水井和主体设备之间设置离子交换树脂罐，使地热水中的钙镁等矿物质离子和树脂罐中的阳离子进行交换，从而除去后续设备地热水中的矿物质离子，避免水垢的形成，同时离子交换树脂在使用一段时间后会失效，可以通过添加再生液使其再生，实现原料的反复使用，降低成本。

在上述方法中：地热系统包括地热取暖、地热发电等所有涉及地热能源开发利用的系统。

设备管道指地热系统中所有与地热水有接触的设备和管道，包括地热井道、水汽分离器、储罐、换热器、发电机、压缩机、制冷机等等以及所有的连接管道。

机械方法包括高压水喷射除垢技术，超声波除垢技术，磁场除垢技术，静电场除垢技术，高频电场除垢技术，捅井锤撞击除垢技术等。

除垢剂主要由酸和缓蚀剂构成，酸包括盐酸、磷酸、醋酸、柠檬酸等等，缓蚀剂包括甲醛、苯胺、咪唑啉等等。

循环泵为常规的输送泵，其结构可以为容积式泵、叶轮式泵、喷射式泵或者其他满足条件的结构。

回收罐为常规的储存罐，包括立式储罐、卧式储罐等。

回收的化合物包括氯化钙、氯化镁、氯化铁、氯化铝、醋酸钙、醋酸镁等。

软水剂指离子螯合剂，包括ZJ-CH02钙镁离子螯合剂、CHT钙镁铁离子螯合剂、SD-28等。

离子交换树脂为阳离子交换树脂，包括钠型阳离子交换树脂、强酸性阳离子交换树脂、弱酸性阳离子交换树脂等。

再生液为将树脂所吸附的离子洗脱的化学剂，包括氯化钠、盐酸、氢氧化钠等。

离子交换树脂罐为常规的储存罐，包括拱顶储罐、浮顶储罐等等。

本发明具有以下优点：

经由本发明的实施，地热系统中矿物质含量高、易结垢的特征，不仅提出一套地热系统中水垢的处理方法，而且提出一套地热系统中水垢的预防方法，做到未雨绸缪，具有前瞻性和经济性。

经由本发明的实施，地热系统中水垢处理方法包括机械方法和化学方法，机械方法包括但不仅限于高压水喷射除垢技术，超声波除垢技术，磁场除垢技术，静电场除垢技术，高频电场除垢技术，捅井锤撞击除垢技术等；化学方法中除垢剂的酸组分包括但不仅限于盐酸、磷酸、醋酸、柠檬酸等，缓蚀剂组分包括但不仅限于甲醛、苯胺、咪唑啉等。

经由本发明的实施，地热系统中水垢预防方法包括添加软水剂和增设离子树脂交换装置两种方法，软水剂包括但不仅限于ZJ-CH02钙镁离子螯合剂、CHT钙镁铁离子螯合剂、SD-28等；离子交换树脂包括但不仅限于钠型阳离子交换树脂、强酸性阳离子交换树脂、弱酸性阳离子交换树脂等。

经由本发明的实施，地热系统中水垢处理的化学方法，不仅能有效除垢，还可以将除垢剂和水垢反应生成的化合物做进一步回收处理，变水垢为产品，增加系统的产物链，实现各物质的充分利用。

经由本发明的实施，地热系统中水垢预防的离子交换树脂法，可以通过廉价的再生液洗脱树脂中吸附的离子，实现离子交换树脂的再生和重复使用，既降低成本，又绿色环保。

经由本发明的实施，地热系统中水垢处理的机械方法和化学方法不仅能独立使用清除水垢，还能结合使用，除垢效果更佳。

经由本发明的实施，地热系统中水垢的处理和预防方法，不但针对已形成水垢提出了解决方案，还提供了水垢的预防方法，并且工艺简单、试剂经济、可供选择方案多，能全面有效地解决和预防地热系统中的水垢问题。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1为本发明的水垢化学处理工艺图。

图2为本发明的离子交换树脂预防水垢工艺图。

在图中，1地热井、21设备A 、22设备B 、23设备X 、3循环泵、4除垢剂储罐、5回收罐、6树脂罐A、7树脂罐B 。

具体实施方式

如图1中所示, 本发明的水垢化学处理工艺图，主要包括地热井（1）、地热系统设备群（设备A（21）、设备B（22）……设备X（23））、循环泵（3）、除垢剂储罐（4）、回收罐（5），其特征在于：所述的地热井（1）为常规的地热井（1），所述的地热系统设备为常规的地热取暖系统，其设备包括储罐、蒸发器、换热器、压缩机、制冷机、泵等，所述的循环泵（3）为常规的螺杆泵，所述的除垢剂为盐酸和咪唑啉混合物，所述的除垢剂储罐（4）为小型的卧式储罐，所述的回收罐（5）为立式圆柱形罐。

本实施案例的一种地热系统中的水垢化学处理方法是按如下步骤实施的：

a、关闭地热井（1）出水口，关闭系统输往下游用户的端口，打开除垢剂储罐（4）出口阀门，使除垢剂依次进入设备群；

b、关闭回收罐（5）的入口阀门，开启循环泵（3），使除垢剂在设备群和管道之间循环；

c、循环一段时间，当水垢和除垢剂反应完全，气泡减少甚至停止时，关闭除垢剂储罐（4）出口，打开回收罐（5）入口阀门，将反应后的水垢液储存进回收罐（5），送往下一步分离结晶等除杂工艺；

d、打开地热井（1）出水口，让地热水在系统设备间冲洗一段时间，洗去残余的除垢剂以及反应残物；

e、冲洗完成后，关闭回收罐（5）入口，关闭循环泵（3），打开输往下游用户端口，完成一次水垢清除。实施例二

按照实施例一进行，但除垢剂为磷酸和咪唑啉混合物，其余同实施例一。

实施例三

按照实施例一进行，但除垢剂为盐酸和甲醛、苯胺的混合物，其余同实施例一。

实施例四

按照实施例一进行，但地热系统设备为地热发电系统，其设备包括储罐、闪蒸器、汽轮机、发电机组、压缩机、泵等，其余同实施例一。

实施例五

按照实施例一进行，但循环泵（3）为蠕动泵，其余同实施例一。

如图2中所示, 本发明的离子交换树脂预防水垢工艺图，主要包括地热井（1）、树脂罐A（6）、树脂罐B（7）、地热系统设备群（设备A（21）、设备B（22）……设备X（23）），其特征在于：所述的地热井（1）为常规的地热井（1），所述的地热系统设备为常规的地热取暖系统，其设备包括储罐、蒸发器、换热器、压缩机、制冷机、泵等，所述的树脂罐A（8）和树脂罐B（9）为常规的非金属储存罐，所述的离子交换树脂为钠型阳离子交换树脂，所述的离子交换树脂再生剂为氯化钠溶液。

本实施案例的一种地热系统中的离子交换树脂预防水垢方法是按如下步骤实施的：

a、打开树脂罐A（6）入口阀门，关闭树脂罐B（7）入口阀门，使从地热井（1）出口的地热水流经树脂罐A（6），进行阳离子交换，除去其中的矿物质离子；

b、当树脂罐A（6）中的离子交换树脂失效后，关闭树脂罐A（6）入口，打开树脂罐B（7）入口，使从地热井（1）出口的地热水流经树脂罐B（7），进行阳离子交换，除去其中的矿物质离子；

c、向树脂罐A（6）中注入再生剂，洗脱离子交换树脂中吸附的矿物质离子，使其恢复交换能力；

d、同理，当树脂罐B（7）失效后，切换到树脂罐A（6），向树脂罐B（7）中注入再生剂使其恢复交换能力。

实施例二

按照实施例一进行，但离子交换树脂为强酸性阳离子交换树脂，其余同实施例一。

实施例三

按照实施例一进行，但离子交换树脂为弱酸性阳离子交换树脂，其余同实施例一。

实施例四

实施例五

按照实施例一进行，但再生剂为盐酸溶液，其余同实施例一。

综上所述实施例是针对本发明可行的具体说明，并未限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明的等效实施或变更，均应包含在本案专利范围内。

Claims

1.一种地热系统中水垢的处理及预防方法，其特征在于：针对地热系统中矿物质含量高、易结垢的特点，不仅提出一种地热系统中水垢的处理方法，而且提出一种地热系统中水垢的预防方法，能全面解决地热系统中的水垢问题。

2.根据权利要求1所述的一种地热系统中水垢的处理及预防方法，其特征在于所述地热系统中的水垢处理方法包括机械方法和化学方法。

3.根据权利要求1所述的一种地热系统中水垢的处理及预防方法，其特征在于所述地热系统中的水垢预防方法包括软水剂添加和离子交换树脂法。

4.根据权利要求1所述的一种地热系统中水垢的处理及预防方法，其特征在于所述水垢处理的机械方法包括但不仅限于高压水喷射除垢技术，超声波除垢技术，磁场除垢技术，静电场除垢技术，高频电场除垢技术，捅井锤撞击除垢技术等。

5.根据权利要求1所述的一种地热系统中水垢的处理及预防方法，其特征在于所述水垢处理的化学方法中除垢剂的酸组分包括但不仅限于盐酸、磷酸、醋酸、柠檬酸等，缓蚀剂组分包括但不仅限于甲醛、苯胺、咪唑啉等。

6.根据权利要求1所述的一种地热系统中水垢的处理及预防方法，其特征在于所述水垢预防方法的软水剂添加方法中软水剂包括但不仅限于ZJ-CH02钙镁离子螯合剂、CHT钙镁铁离子螯合剂、SD-28等。

7.根据权利要求1所述的一种地热系统中水垢的处理及预防方法，其特征在于所述水垢预防方法的离子交换树脂法中离子交换树脂包括但不仅限于钠型阳离子交换树脂、强酸性阳离子交换树脂、弱酸性阳离子交换树脂等。

8.根据权利要求1所述的一种地热系统中水垢的处理及预防方法，其特征在于所述水垢处理的化学方法，不仅能有效除垢，还可以将除垢剂和水垢反应生成的化合物做进一步回收处理，变水垢为产品，增加系统的产物链，实现各物质的充分利用。

9.根据权利要求1所述的一种地热系统中水垢的处理及预防方法，其特征在于所述水垢预防的离子交换树脂法，可以通过廉价的再生液洗脱树脂中吸附的离子，实现离子交换树脂的再生和重复使用。

10.根据权利要求1所述的一种地热系统中水垢的处理及预防方法，其特征在于所述水垢处理的机械方法和化学方法不仅能独立使用清除水垢，还能结合使用。