CN114835311A - 一种热网循环水的软化处理***及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种热网循环水的软化处理***及其使用方法，包括沿循环水水流方向依次设置的增压单元电化学软化单元、澄清单元以及污泥处理单元；热网循环***的出口与增压单元的入口连通，澄清单元的出口连通热网循环***的入口；电化学软化单元包括多个电化学软化装置，电化学软化装置包括阳极、阴极以及控制装置；阳极与阴极配合设置，阳极与阴极之间设有间隙。该***中热网循环水经旁路增压单元进入电化学软化单元，热网循环水在电化学软化单元中被软化，含有颗粒物的热网循环水进入澄清单元进行沉淀，处理后热网循环水再次进入供热管网***。***设计合理，工艺自动化程度高，操作简单，主动除垢，不易产生二次污染，具有环境友好性。

Description

一种热网循环水的软化处理***及其使用方法

技术领域

本发明属于热网循环水处理技术领域，涉及一种热网循环水的软化处理***及其使用方法。

背景技术

当前我国经济增长形式向好，国民经济得到了极大的发展，居民生活水平不断提升，对我国北方地区而言，集中供暖是一项非常重要的民生工程，直接关系到居民的生活质量。所谓集中供暖就是通过供热管道的输送，以水或水蒸气为介质将热量送入居民家中，从而取代传统个人取暖方式实现集中供暖。其中，最终将热量输送至居民家中的介质是水。

供热管网***属于工业生产中一个较为特殊的***，其水温较高，容易出现结垢、腐蚀等问题。根据现行标准CJJ34-2010《城市供热管网设计规范》以及GB/T 12145-2016《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量标准》，以热电厂和区域锅炉房为热源的热水热力网，其中的补给水硬度不应超过0.60mmol/L。但我国地域广袤、幅员辽阔，供热管网***通常较为庞大，若完全采用标准规范中的水质，需要将电厂的一级反渗透出水或一级除盐水用作热网循环水补水，大部分电厂、供热公司均难以负担其制水成本。因此目前大部分供暖水都直接采用自来水、循环水甚至是中水等未经软化处理的原水，这种情况下供热管网***水侧的结垢、腐蚀问题就会更加严重，结垢会导致供热***效率降低，甚至出现堵塞现象，还会使垢下腐蚀更加严重、引发管道泄漏，最终导致管道彻底损毁、报废。

面对以上问题，部分电厂或供热公司通过投运钠床对供热管网***补给水进行处理，利用离子交换树脂将水中的Ca²⁺、Mg²⁺等成垢离子置换为Na⁺，实现软化补给水的目的，但离子交换树脂容易由于污染、中毒而失效，对进水的要求较高，而且需要进行再生，操作相对较为复杂，再生时生成的高盐废水处理成本也比较高；也有电厂或供热公司向供热管网***中投加阻垢防腐剂，抑制垢的生长和沉积，同时减缓腐蚀，但由于供暖水水温较高且水质较差，不仅要所加药剂在高温下维持***所需的阻垢率和缓蚀性能，还要求药剂本身具有良好的稳定性，不宜在高温下分解，能够满足以上要求的阻垢防腐剂通常为磷系的阻垢缓蚀剂，其中磷含量较高，长期使用容易造成二次污染，不利于环境保护。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种热网循环水的软化处理***及其使用方法，从而实现对热网循环水水质的有效软化，其硬度去除率高、软化效果好，绿色环保，无二次污染。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种热网循环水的软化处理***，包括沿循环水水流方向依次设置的增压单元、电化学软化单元、澄清单元以及污泥处理单元；

热网循环***的出口与所述增压单元的入口连通，所述澄清单元的出口连通热网循环***的入口；

所述电化学软化单元由若干电化学软化装置组成，所述电化学软化装置包括阳极、阴极以及控制装置；所述阳极与所述阴极配合设置，所述阳极与所述阴极之间设有间隙；

所述控制装置与所述阳极以及阴极电连接。

优选的，所述电化学软化装置上还设置有排气口、第一排污口和清洗口；所述排气口与外界大气相连通，用于排出电化学软化单元中产生的气体；所述第一排污口用于排出电化学软化单元中的污泥，所述第一排污口与所述污泥处理单元相连通；清洗口用于对电化学软化单元进行清洗。

优选的，所述电化学软化单元的阴极和阳极为同轴设置。

优选的，所述电化学软化装置还包括刮垢装置，所述刮垢装置包括旋转轴、刮片、连接杆以及驱动电机；旋转轴与阴极和阳极的轴线重合设置；所述连接杆的中部与旋转轴连接，两端分别与刮片连接；所述刮片位于所述阳极与阴极之间的间隙；所述驱动电机与旋转轴电连接。

优选的，所述阳极包括第一阳极和第二阳极，所述第一阳极和第二阳极之间设有间隔部，所述连接杆穿过所述间隔部，使所述刮片位于所述阳极与阴极之间的间隙。

优选的，所述阳极采用钛电极，所述钛电极的表面设有钌铱或铱钽混合金属氧化物涂层。

优选的，所述澄清单元上还设置有第二排污口以及物料投加口；所述第二排污口用于排出澄清单元中的底泥，所述第二排放口与所述污泥处理单元相连通；所述物料投加口用于添加絮凝剂。

优选的，所述澄清单元的底部为漏斗结构。

优选的，所述澄清单元的出口处还设置有浊度监测装置，所述浊度监测装置后还设置有第一管路和第二管路，所述第一管路与澄清单元的入口连通，所述第二管路接入热网循环***。

一种热网循环水的软化处理***的使用方法，采用上述软化处理***进行热网循环水的软化，软化过程中控制所述阴极的表面电流密度为5～30A/m²，软化后热网循环水的浊度小于5NTU。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

一种热网循环水的软化处理***，在电化学软化单元中，热网循环水中的钙镁离子在电化学软化单元的阴极板表面分别发生反应生成碳酸钙和氢氧化镁得到沉积，含有颗粒物的热网循环水进入澄清单元进行沉淀，处理后热网循环水，即澄清单元中沉淀后的上清液，再次进入供热管网***。***设计合理，不易产生二次污染，具有环境友好，可有效使得循环水软化。

进一步的，排气口与外界大气相连通，可以使电化学软化单元中产生的气体及时排除，确保装置的使用安全性。第一排污口和清洗口可以有效延长装置的使用寿命。

进一步的，同轴设置使得阳极与阴极的接触面更大，使得单元的活性区域面积更大，软化的效率更高。

进一步的，刮垢装置可以有效去除沉积在阴极表面的沉淀，有效提高软化处理***的使用效率，提高电能的利用率。

进一步的，连接杆穿过第一阳极和第二阳极之间的间隔部，使刮片位于所述阳极与阴极之间的间隙，使得刮片在使用过程中更加稳固，提高装置的使用安全性，并延长装置的使用寿命。

进一步的，钌铱或铱钽的混合金属氧化物涂层可以使得钛电极的耐腐蚀程度更高，有效延长钛电极的使用寿命。

进一步的，第二排污口可以使澄清单元中的沉淀或废料排出，提高软化处理***的使用效率，并且有利于设备的检修和维护。物料投加口便于添加其他的物料，以便于改善***的软化效果。

进一步的，澄清单元的底部为漏斗结构便于沉淀的排出。

进一步的，浊度监测装置便于对软化后的水质进行监测，以便于对循环水的质量进行控制。当水质符合要求时，软化后的循环水通过第二管路进入热网循环***，若软化后的水质不符合要求，则通过第一管路再次进入澄清单元进行处理，直至符合要求，再通过第二管路进入热网循环***，可以使得循环水有效满足实际要求。

进一步的，软化过程中控制所述阴极的表面电流密度为5～30A/m²，一定程度内增大阴极表面电流密度时，阴极生成OH^-的速率增加，因此软化效果也会随之增强；而电流密度升高至一定程度时，极板间电压明显增大，此时阴极析氢反应过于剧烈，其表面区域处于紊乱状态，成垢离子沉淀条件变差，因此硬度去除效果也会在出现峰值后呈现下降趋势，阴极的表面电流密度为5～30A/cm²，可以实现软化效果的最大化。处理工艺自动化程度更高，操作更加简单，为主动性除垢方式，而且不易产生二次污染，具有环境友好的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明软化处理***的连接示意图；

图2为本发明中电化学软化单元布置及连接示意图；

图3为本发明中电化学软化装置的结构示意图。

其中：1、增压单元，2、电化学软化单元，3、澄清单元，31、第二排污口，4、污泥处理单元，5、浊度监测装置，51、第一管路，52、第二管路，6、阀门，7、电化学软化装置，71、阴极，72、阳极，721、第一阳极，722、第二阳极，723、间隔部，73、控制装置，74、排气口，75、第一排污口，76、清洗口，771、旋转轴，772、刮片，773、连接杆，774、驱动电机，8、热网循环水箱，9、热网循环泵，10、热网换热器，11、用户。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

如图1所示，一种热网循环水的软化处理***，包括沿循环水水流方向依次设置的增压单元1、电化学软化单元2、澄清单元3以及污泥处理单元4；热网循环***的出口与增压单元1的入口连通，澄清单元3的出口连通热网循环***的入口；增压单元1可以是旁路增压泵，旁路增压泵入口与供热管网***相连，出口与电化学软化单元相连；电化学软化单元包含有若干所述电化学软化装置，该电化学软化装置可以是电化学软化撬装，电化学软化单元入口与旁路增压泵出口相连，所述电化学软化单元出口与澄清单元入口相连，所述电化学软化单元排污口与污泥处理单元相连；澄清单元入口与电化学处理单元出口相连，澄清单元产水口与供热管网***相连，澄清单元底泥排出口与污泥处理单元相连；污泥处理单元入口与澄清单元底泥排出口和电化学软化单元排污口相连。如图1所示，热网循环水经热网循环水箱8进入上述旁路软化处理***，软化后，经热网循环泵9以及热网换热器10进入用户11。

如图2所示，电化学软化单元2由多台电化学软化装置7组成，由电化学软化单元入口进入的热网循环水被分流进入各台电化学软化装置的进水口，经过电化学软化装置处理后汇集在一起，统一经电化学软化单元出口排出；由电化学软化单元入口进入的热网循环水同时被分流进入各台电化学软化装置的反洗水入口，用做各台电化学软化装置的反洗用水，由各台电化学软化装置排污口排出的冲洗水汇集后统一经电化学软化单元排污口排出；各台电化学软化装置的排气同样汇集后统一经电化学软化单元的排气口排出。

如图3所示，电化学软化装置7采用同轴电极筒式电化学反应器，阳极采用棒状结构，其材料采用钌铱、铱钽等多元混合金属氧化物涂层的钛电极，以筒壁为阴极，其材料选用不锈钢或铁，并加装自动刮垢装置，用以对阴极表面的沉积物进行清理；筒壁和自动刮垢装置优选304不锈钢材质。电化学软化装置7具体包括阴极71、阳极72以及控制装置73；阴极71与所述阳极72配合设置，阴极71与阳极72之间设有间隙；控制装置73与阴极71、阳极72以及驱动电机774电连接。刮垢装置包括旋转轴771、刮片772、连接杆773以及驱动电机774；旋转轴771与驱动电机774相连接，旋转轴771与阴极71和阳极72的轴线重合设置；连接杆773的中部与旋转轴771连接，两端分别与刮片772相连接；两组刮片772位于阴极71与阳极72之间的间隙，关于阴极71和阳极72的轴线对称布置。阳极72包括第一阳极721和第二阳极722，第一阳极721和第二阳极722之间设有间隔部723，连接杆773穿过间隔部723，使刮片772位于阳极72与阴极71之间的间隙。电化学软化装置上还设置有排气口74、第一排污口75和清洗口76；排气口74与外界大气相连通，用于排出电化学软化单元中产生的气体；第一排污口75用于排出电化学软化单元中的污泥，第一排污口75与污泥处理单元4相连通；清洗口76用于对电化学软化装置进行清洗。

澄清单元3上还设置有第二排污口31以及物料投加口；第二排污口31用于排出澄清单元中的底泥，第二排污口31与污泥处理单元4相连通；物料投加口用于投加絮凝剂；澄清单元3选用斜管澄清池，其材料采用钢、铁或合金中的一种，优选304不锈钢材质。由澄清池上部进水，产水以溢流的方式排出，澄清池底部为漏斗状，并设有排泥口，有利于沉淀或废液的排出，且有利于设备的检修和维护；澄清单元3的出口处还设置有浊度监测装置5，浊度监测装置5后还设置有第一管路51和第二管路52，第一管路51与澄清单元3的入口连通，第二管路52接入热网循环***。即澄清单元产水溢流口经在线浊度监测装置后分为两路，其中一路回流入澄清单元入口，另一路返回供热管网***。

各单元之间均设置阀门6用于控制管路的打开与闭合。旁路增压泵入口通过电化学处理单元旁路阀与供热管网***相连，电化学软化单元进水口通过电化学软化单元入口阀与旁路增压泵出口相连，电化学软化单元的产水口通过澄清池入口阀连接至澄清池的入口，电化学软化单元的排气阀直接与大气相连，电化学软化单元的排污口通过电化学软化单元排污阀与污泥处理单元入口相连。澄清池的产水口与澄清池产水泵入口相连，澄清池产水泵出口与在线浊度监测装置的入口相连，在线浊度监测装置的出口分为两路，其中一路通过旁路回流阀与供热管网***相连，另一路通过澄清池回流阀返回澄清池回流口，澄清池底排口通过澄清池底排阀与污泥处理单元的入口相连。电化学软化单元还包括软化单元进水阀、软化单元出水阀、软化单元清洗进水阀，软化单元排污阀。

采用上述电化学处理单元对热网循环水进行软化处理，其处理过程为：

热网循环水经旁路增压泵泵入电化学处理单元，水中的钙镁离子在电化学处理装置的阴极板表面分别发生反应生成碳酸钙和氢氧化镁得到沉积，沉积物在自动刮垢***的作用下从阴极板表面得到去除，含有颗粒物的热网循环水进入斜管澄清池进行沉淀，由澄清池上部溢流口得到沉淀后的上清液，进入在线浊度监测装置，监测结果显示浊度合格则进入供热管网***，不合格则返回澄清池入口。软化过程中控制所述阴极的表面电流密度为5～30A/m²，就软化过程而言，一定程度内增大阴极表面电流密度时，阴极生成OH^-的速率增加，因此软化效果也会随之增强；而电流密度升高至一定程度时，极板间电压明显增大，此时阴极析氢反应过于剧烈，其表面区域处于紊乱状态，成垢离子沉淀条件变差，因此硬度去除效果也会在出现峰值后呈现下降趋势。本发明中，电化学软化单元以恒电流模式运行，运行软化程序期间控制将电化学处理单元阴极板表面电流密度控制在5～30A/cm²，实现软化效果的最大化，使软化后热网循环水的浊度小于5NTU，有效满足要求。

上述软化处理***以旁路的形式安装在供热管网***中，在利用其对热网循环水进行处理时，具体使用方法为：

在旁路增压泵的作用下，热网循环水被泵入电化学软化装置，并由电化学软化装置侧下方的入口进入电化学软化装置。电化学软化装置以恒电流模式运行，运行软化程序期间控制阴极板表面电流密度为5～30A/m²，保持电化学软化装置进水阀、电化学软化装置出水阀、电化学软化装置排气阀为开启状态，并保持软化装置清洗进水阀、软化装置排污阀以及驱动刮刀电机为关闭状态，各个软化装置的产水汇集后经澄清单元入口阀进入澄清单元的进水口；每隔90min运行电化学软化装置自动清洗程序：关闭软化装置进水阀、软化装置出水阀以及软化装置排气阀，打开软化装置清洗进水阀、软化装置排污阀以及驱动刮刀电机，由驱动刮刀电机带动刮刀对软化装置筒壁(即阴极)进行刮垢处理，由软化装置清洗进水阀进入的热网循环水对电化学软化装置进行反冲洗，冲洗水由软化装置排污阀排出，各个软化装置的反冲洗水汇集后经电化学软化单元排污阀进入污泥处理单元。

澄清处理的热网循环水经过在线浊度监测装置测定浊度后分为两路，在运行初期容易出现澄清池产水浊度偏高的现象，此时关闭旁路回流阀、打开澄清池回流阀，将澄清池产水返回澄清池回流口进行进一步的澄清处理，在澄清池出水浊度降低至5NTU以下后，关闭澄清池回流阀，打开旁路回流阀，将经过软化处理的热网循环水返回供热管网***。

需要每天定时打开斜管澄清单元底排阀一次，排出澄清单元底部的污泥，排污时间为10～20min，排污后关闭澄清单元底排阀。

电化学软化通过在水中放入加载低压直流电的电极，水中成垢离子在阴极附近结晶析出，进而得到去除，避免水垢结在换热设备的壁面，达到软化、阻垢的目的。电化学处理的原理包括水的电解反应以及伴随反应，在低压直流电场的作用下，正负极板间水溶液的电解反应，在阴极表面产生OH^-，反应如式1和式2所示：

2H₂O+4e^-+O₂→4OH^- 式1

2H₂O+2e^-→2OH^-+H₂↑ 式2

生成的OH^-在阴极附近会形成一个碱性区域，增大水中CO₂的溶解度，同时也会促进原溶液中的HCO₃-生成CO₃ ^2-，反应如式3和式4所示。

CO₂+OH^-→HCO₃ ^- 式3

HCO₃ ^-+OH^-→H₂O+CO₃ ^2- 式4

伴随着电解反应的发生，冷却水中Ca²⁺、Mg²⁺在电场的作用下向阴极迁移，与阴极附近大量的CO₃ ^2-反应键合结晶析出沉淀，反应如式5和式6所示。

CO₃ ^2-+Ca²⁺→CaCO₃ 式5

2OH^-+Mg²⁺→Mg(OH)₂ 式6

从以上反应原理可以看出，与离子交换法、化学药剂投加法等传统方法相比，电化学处理法是一种只消耗电，而无需消耗化学药剂的软化方法，基本不会产生二次污染，具有环境友好的特点，而且与化学药剂投加法相比，电化学处理能够降低循环冷却水硬度，表现出“主动性除垢”的特点，具有一定技术优势。本发明与传统离子交换处理相比，对进水的要求相对更低，无需再生等繁杂操作，处理工艺自动化程度更高，操作更加简单，与化学药剂投加法相比，具有主动性除垢的技术优势，而且不易产生二次污染，具有环境友好的特点。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种热网循环水的软化处理***，其特征在于，包括沿循环水水流方向依次设置的增压单元(1)、电化学软化单元(2)、澄清单元(3)以及污泥处理单元(4)；

热网循环***的出口与所述增压单元(1)的入口连通，所述澄清单元(3)的出口连通热网循环***的入口；

所述电化学软化单元(2)由若干电化学软化装置(7)组成，所述电化学软化装置包括阴极(71)、阳极(72)以及控制装置(73)；所述阴极(71)与所述阳极(72)配合设置，所述阴极(71)与所述阳极(72)之间设有间隙；

所述控制装置(73)与所述阴极(71)、阳极(72)电连接。

2.根据权利要求1所述的一种热网循环水的软化处理***，其特征在于，所述电化学软化装置(7)上还设置有排气口(74)、第一排污口(75)和清洗口(76)；所述排气口(74)与外界大气相连通，用于排出电化学软化单元中产生的气体；所述第一排污口(75)用于排出电化学软化单元中的污泥，所述第一排污口(75)与所述污泥处理单元(4)相连通；清洗口(76)用于对电化学软化装置(7)进行清洗。

3.根据权利要求1所述的一种热网循环水的软化处理***，其特征在于，所述阴极(71)和阳极(72)为同轴设置。

4.根据权利要求3所述的一种热网循环水的软化处理***，其特征在于，所述电化学软化装置(7)还包括刮垢装置，所述刮垢装置包括旋转轴(771)、刮片(772)、连接杆(773)以及驱动电机(774)；所述旋转轴(771)与阴极(71)和阳极(72)的轴线重合设置；所述连接杆(773)的中部与旋转轴(771)连接，两端分别与刮片(772)相连接；所述刮片(772)位于所述阴极(71)与阳极(72)之间的间隙；所述驱动电机(774)与旋转轴(771)电连接。

5.根据权利要求4所述的一种热网循环水的软化处理***，其特征在于，所述阳极(72)包括第一阳极(721)和第二阳极(722)，所述第一阳极(721)和第二阳极(722)之间设有间隔部(723)，所述连接杆(773)穿过所述间隔部(723)，使所述刮片(772)位于所述阳极(72)与阴极(71)之间的间隙。

6.根据权利要求1所述的一种热网循环水的软化处理***，其特征在于，所述阳极(72)采用钛电极，所述钛电极的表面设有钌铱或铱钽混合金属氧化物涂层。

7.根据权利要求1所述的一种热网循环水的软化处理***，其特征在于，所述澄清单元(3)上还设置有第二排污口(31)以及物料投加口；所述第二排污口(31)用于排出澄清单元中的底泥，所述第二排污口(31)与所述污泥处理单元(4)相连通；所述物料投加口用于添加絮凝剂。

8.根据权利要求1所述的一种热网循环水的软化处理***，其特征在于，所述澄清单元(3)的底部为漏斗结构。

9.根据权利要求1所述的一种热网循环水的软化处理***，其特征在于，所述澄清单元(3)的出口处还设置有浊度监测装置(5)，所述浊度监测装置(5)后还设置有第一管路(51)和第二管路(52)，所述第一管路(51)与澄清单元(3)的入口连通，所述第二管路(52)接入热网循环***。

10.一种热网循环水的软化处理***的使用方法，其特征在于，采用权利要求1-9中任一项所述的软化处理***进行热网循环水的软化，软化过程中控制所述阴极的表面电流密度为5～30A/m²，软化后热网循环水的浊度小于5NTU。

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