何健

(北京鐵路局機務(wù)處，北京 100860)

全自動控制鈉離子交換器，又稱全自動軟水器，是由控制系統(tǒng)根據(jù)時間或流量信號發(fā)出指令，指揮多路閥自動完成軟水器的運行、反洗、吸鹽、置換、快沖洗和鹽水重注五個循環(huán)過程的設(shè)備。由于其不但具有控制精確、性能優(yōu)良、水質(zhì)穩(wěn)定、防腐性能好、日常管理簡單等優(yōu)點，而且隨著科學(xué)技術(shù)不斷進步，價格也逐步趨于合理，所以使自動軟水器在我國工業(yè)鍋爐的水處理中得到了普遍應(yīng)用。但如果軟水器選型不當(dāng)，或?qū)ψ詣榆浰鞯慕Y(jié)構(gòu)、原理、性能不了解，簡單的認為“全自動”等于不用維護、不用管，均會出現(xiàn)出水硬度等指標(biāo)過高，進而導(dǎo)致鍋爐結(jié)垢、腐蝕、熱效率下降。

1 全自動軟水器的組成

全自動軟水器通常由交換罐體、控制器、控制閥、鹽箱和附屬管路組成，示意圖見圖1。目前我國銷售的自動軟水器大多數(shù)是組裝的，即交換罐體、控制器、控制閥、鹽箱往往由不同廠家生產(chǎn)，由供應(yīng)商根據(jù)用戶需要配置而成。

圖1 全自動鈉離子交換器基本組成

2 控制器的類型

控制器是自動軟水器的核心部件，自動軟水器的類型及性能主要取決于控制器的特性。根據(jù)對運行終點及啟動再生的方式不同，自動控制器可分為時間型控制器、流量型控制器和在線監(jiān)測型控制器三種。

2.1 時間型控制器

時間型控制器是指通過設(shè)定再生后的運行時間周期，控制下一次自動啟動再生的控制器。大多數(shù)時間型控制器運行時間以天計，當(dāng)原水硬度較高時，也可選擇按小時計，不過軟水器不宜過于頻繁地再生，一般再生次數(shù)不宜超過一天兩次。

一般時間型控制器出廠時通常已將再生啟動時刻設(shè)定在凌晨2:00或2:30，如果需要改變再生啟動時刻，也可自行設(shè)定。

2.2 流量型控制器

所謂流量型控制器是指通過設(shè)定周期制水量啟動再生的軟水器。根據(jù)啟動再生的時刻，流量型控制器又可分為流量即時型和流量延遲型。

2.2.1 流量即時型:當(dāng)周期制水量達到設(shè)定值時，立即啟動再生。

2.2.2 流量延遲型:當(dāng)周期制水量達到設(shè)定值時，并不立即再生，而是延遲到設(shè)定的時刻才再生，這對于某些供水緊張、水壓不穩(wěn)，需要調(diào)整到某時間段進行再生的較為適用。

2.3 在線監(jiān)測型控制器

在線監(jiān)測型控制器通過硬度檢測系統(tǒng)檢測軟水器出水硬度，當(dāng)出水硬度超出設(shè)定值時，能自動啟動再生過程。

3 全自動軟水器的分類

根據(jù)控制器所配置的交換罐數(shù)量不同，全自動軟水器有單閥單罐、單閥雙罐及多閥多罐等多種系統(tǒng)。

3.1 單閥單罐軟水器系統(tǒng)

即一個控制器配置一個交換罐。由于再生期間不產(chǎn)軟水，因此單臺的單閥單罐軟水器只適用于用水量較穩(wěn)定，并間歇運行的鍋爐。

3.2 單閥雙罐軟水器系統(tǒng)

即由一個控制器控制兩個交換罐，其中一個交換罐運行，另一個交換罐處于再生或備用狀態(tài)。單閥雙罐軟水器可以連續(xù)制水，較適用于連續(xù)運行的鍋爐。

3.3 多閥多罐軟水器系統(tǒng)

當(dāng)制水量大于50 m3/h時，全自動軟水器通常采用多閥多罐并聯(lián)系統(tǒng)，即由多組交換罐、再生裝置、控制閥組成一個供水系統(tǒng)，由電腦控制輪流對其中一個交換罐進行再生，確保制水質(zhì)量和產(chǎn)水量滿足供水需要。

4 全自動軟水器選型需注意的問題

4.1 控制器的選型要合理

4.1.1 時間型控制器存在明顯的不足，即不管軟水器是否制水，定時器都會計時，即使再生后沒有制水，控制器到了設(shè)定時間也會啟動再生，這樣對于間斷運行的鍋爐，會造成一定的浪費。

4.1.2 由于流量型軟水器運行時由控制器內(nèi)的流量計對流過的軟水量進行計量，當(dāng)制水量達到設(shè)定的水量時，就自動進行再生，因此流量型控制器的再生設(shè)定比時間型更為合理，尤其是間斷運行的鍋爐，應(yīng)選用流量型控制器。

4.1.3 在線監(jiān)測型控制器既可保證出水質(zhì)量又不會造成提前再生的浪費，是較理想的控制器，但目前由于出水硬度自動檢測尚難做到嚴(yán)格控制，因此在線監(jiān)測型控制器應(yīng)用不多。

4.2 在選用單閥單罐軟水器時需注意再生過程中是否有硬水從出水口流出，一般鍋爐用全自動軟水器應(yīng)增設(shè)電磁控制閥，防止再生時交換器流出硬水進入軟水箱，造成給水硬度超標(biāo)。

4.3 如果原水硬度較小，制水周期較長，對于單閥雙罐軟水器來說，備用的交換罐會因備用時間較長而導(dǎo)致出水硬度超標(biāo)，所以在選用控制器時應(yīng)選用具有延遲正洗功能的控制器，即進行再生的交換罐在鹽罐補水后暫停，直到要切換之前才進行正洗，這樣就能保證備用交換罐切換后一開始運行就能達到出水合格。

5 全自動軟水器使用中需注意的問題

5.1 合理控制鹽箱液位

5.1.1 液位控制器

液位控制器實際上是一個浮球閥，可根據(jù)需要上、下調(diào)整。鹽箱中的飽和鹽水量應(yīng)至少能滿足一次再生鹽水用量。

5.1.2 鹽水容量的計算

正常情況下，自動軟水器每次再生時都會把鹽罐內(nèi)的鹽水吸完，因此在有固體鹽存在的情況下，自動軟水器一次再生用鹽量主要取決于鹽罐補水后的鹽水液位高度，而與鹽罐中有多少鹽量無關(guān)。自動軟水器合適的一次再生所用鹽水液位高度可通過式(1)估算:

式中:H——自動軟水器鹽罐補水后液位高度(m);

26.5% ——常溫下飽和鹽水濃度;

RY——鹽罐內(nèi)壁半徑(m);

ρ——飽和鹽水密度(常溫時ρ=1.33×103kg/m3);

mcz——再生一次需用鹽量(kg)，可以通過式(2)計算。

式中:mcz——再生一次所需鹽量(kg);

VR——交換器內(nèi)樹脂的填裝量(m3)，VR=π×R2×hR，其中R為交換器內(nèi)壁半徑(m)，hR為樹脂的填裝高度(m);

E——樹脂的工作交換容量，一般強酸性陽樹脂為800至1500 mol/m3;

k——再生劑比耗，對于強酸(堿)型離子交換樹脂一般逆流再生時取1.2～1.8;順流再生時取2～3.5;對于弱酸(堿)型離子交換樹脂一般只需取1.0～1.5;

M——再生劑的摩爾質(zhì)量，NaCl為 58.5 g/mol;

ε——再生劑的純度，一般食鹽中 NaCl含量為95%～98%。

5.1.3 鹽箱液位過高或過低均會影響出水質(zhì)量

根據(jù)以上計算，可得出鹽液高度，在使用中一定要嚴(yán)格控制，過高、過低均會影響出水品質(zhì)。鹽水液位過高，會由于吸鹽時間過長，造成慢洗(置換洗)時間不足，以致正洗后投運時，出水中仍帶有再生廢液，即氯離子含量和硬度偏高。鹽水液位過低，則沒有足夠量的再生劑投入置換，致使離子再生不徹底，直接影響出水質(zhì)量。

5.2 合理設(shè)置再生周期

正確設(shè)定并合理調(diào)整控制器的再生周期十分重要。如果周期設(shè)定過長，就有可能造成出水硬度超標(biāo);反之，樹脂層尚未失效卻提早再生，造成再生用鹽和用水的浪費。

5.2.1 時間型軟水器再生周期的估算

時間型自動軟水器再生周期運行天數(shù)、小時數(shù)可分別按式(3)、(4)估算:

式中:D——再生后可運行的天數(shù)(d);

t——再生后可運行時間(h);

VR——交換柱內(nèi)樹脂的填裝體積(m3);

E——樹脂的工作交換容量(mol/m3)，一般新樹脂可取1 000至1200 mol/m3，舊樹脂職800至1 000 mol/m3;

k——為保證運行后期軟水硬度不超標(biāo)所需的保留系數(shù)，一般可取0.5至0.9(原水硬度較大或流速較高時，取較小值;反之取較大值);

YD——原水總硬度(mmol/L);

Qd——鍋爐運行每小時軟水消耗量(t/h);

T——鍋爐日運行小時數(shù)(h/d)。

5.2.2 流量型軟水器周期制水量的估算

流量型軟水器的周期制水量可按式(5)進行估算

式中:Q——軟水器在運行周期制取的軟水總流量(m3)。

其余符號與時間型再生周期的估算公式相同。

5.3 定時化驗軟水指標(biāo)的重要性

上述再生周期的計算僅為估算，設(shè)定后必須定期化驗出水硬度，并及時按實際運行終點時出水量進行調(diào)整，使軟水器出水既符合國家標(biāo)準(zhǔn)，又盡量經(jīng)濟運行。同時，由于在現(xiàn)場生產(chǎn)過程中，原水水質(zhì)、制水質(zhì)量、樹脂交換容量、鍋爐用水量等因素并不是一成不變的，所以在完成再生周期的設(shè)定后，仍需定時化驗出水硬度，一旦軟水指標(biāo)不達標(biāo)，必須及時檢查設(shè)備運行情況，分析再生周期變化原因，及時調(diào)整再生周期。