浅谈锅炉用全自动软水器选型及使用中需注意的问题

何健

(北京铁路局机务处，北京 100860)

全自动控制钠离子交换器，又称全自动软水器，是由控制系统根据时间或流量信号发出指令，指挥多路阀自动完成软水器的运行、反洗、吸盐、置换、快冲洗和盐水重注五个循环过程的设备。由于其不但具有控制精确、性能优良、水质稳定、防腐性能好、日常管理简单等优点，而且随着科学技术不断进步，价格也逐步趋于合理，所以使自动软水器在我国工业锅炉的水处理中得到了普遍应用。但如果软水器选型不当，或对自动软水器的结构、原理、性能不了解，简单的认为“全自动”等于不用维护、不用管，均会出现出水硬度等指标过高，进而导致锅炉结垢、腐蚀、热效率下降。

1 全自动软水器的组成

全自动软水器通常由交换罐体、控制器、控制阀、盐箱和附属管路组成，示意图见图1。目前我国销售的自动软水器大多数是组装的，即交换罐体、控制器、控制阀、盐箱往往由不同厂家生产，由供应商根据用户需要配置而成。

图1 全自动钠离子交换器基本组成

2 控制器的类型

控制器是自动软水器的核心部件，自动软水器的类型及性能主要取决于控制器的特性。根据对运行终点及启动再生的方式不同，自动控制器可分为时间型控制器、流量型控制器和在线监测型控制器三种。

2.1 时间型控制器

时间型控制器是指通过设定再生后的运行时间周期，控制下一次自动启动再生的控制器。大多数时间型控制器运行时间以天计，当原水硬度较高时，也可选择按小时计，不过软水器不宜过于频繁地再生，一般再生次数不宜超过一天两次。

一般时间型控制器出厂时通常已将再生启动时刻设定在凌晨2:00或2:30，如果需要改变再生启动时刻，也可自行设定。

2.2 流量型控制器

所谓流量型控制器是指通过设定周期制水量启动再生的软水器。根据启动再生的时刻，流量型控制器又可分为流量即时型和流量延迟型。

2.2.1 流量即时型:当周期制水量达到设定值时，立即启动再生。

2.2.2 流量延迟型:当周期制水量达到设定值时，并不立即再生，而是延迟到设定的时刻才再生，这对于某些供水紧张、水压不稳，需要调整到某时间段进行再生的较为适用。

2.3 在线监测型控制器

在线监测型控制器通过硬度检测系统检测软水器出水硬度，当出水硬度超出设定值时，能自动启动再生过程。

3 全自动软水器的分类

根据控制器所配置的交换罐数量不同，全自动软水器有单阀单罐、单阀双罐及多阀多罐等多种系统。

3.1 单阀单罐软水器系统

即一个控制器配置一个交换罐。由于再生期间不产软水，因此单台的单阀单罐软水器只适用于用水量较稳定，并间歇运行的锅炉。

3.2 单阀双罐软水器系统

即由一个控制器控制两个交换罐，其中一个交换罐运行，另一个交换罐处于再生或备用状态。单阀双罐软水器可以连续制水，较适用于连续运行的锅炉。

3.3 多阀多罐软水器系统

当制水量大于50 m3/h时，全自动软水器通常采用多阀多罐并联系统，即由多组交换罐、再生装置、控制阀组成一个供水系统，由电脑控制轮流对其中一个交换罐进行再生，确保制水质量和产水量满足供水需要。

4 全自动软水器选型需注意的问题

4.1 控制器的选型要合理

4.1.1 时间型控制器存在明显的不足，即不管软水器是否制水，定时器都会计时，即使再生后没有制水，控制器到了设定时间也会启动再生，这样对于间断运行的锅炉，会造成一定的浪费。

4.1.2 由于流量型软水器运行时由控制器内的流量计对流过的软水量进行计量，当制水量达到设定的水量时，就自动进行再生，因此流量型控制器的再生设定比时间型更为合理，尤其是间断运行的锅炉，应选用流量型控制器。

4.1.3 在线监测型控制器既可保证出水质量又不会造成提前再生的浪费，是较理想的控制器，但目前由于出水硬度自动检测尚难做到严格控制，因此在线监测型控制器应用不多。

4.2 在选用单阀单罐软水器时需注意再生过程中是否有硬水从出水口流出，一般锅炉用全自动软水器应增设电磁控制阀，防止再生时交换器流出硬水进入软水箱，造成给水硬度超标。

4.3 如果原水硬度较小，制水周期较长，对于单阀双罐软水器来说，备用的交换罐会因备用时间较长而导致出水硬度超标，所以在选用控制器时应选用具有延迟正洗功能的控制器，即进行再生的交换罐在盐罐补水后暂停，直到要切换之前才进行正洗，这样就能保证备用交换罐切换后一开始运行就能达到出水合格。

5 全自动软水器使用中需注意的问题

5.1 合理控制盐箱液位

5.1.1 液位控制器

液位控制器实际上是一个浮球阀，可根据需要上、下调整。盐箱中的饱和盐水量应至少能满足一次再生盐水用量。

5.1.2 盐水容量的计算

正常情况下，自动软水器每次再生时都会把盐罐内的盐水吸完，因此在有固体盐存在的情况下，自动软水器一次再生用盐量主要取决于盐罐补水后的盐水液位高度，而与盐罐中有多少盐量无关。自动软水器合适的一次再生所用盐水液位高度可通过式(1)估算:

式中:H——自动软水器盐罐补水后液位高度(m);

26.5% ——常温下饱和盐水浓度;

RY——盐罐内壁半径(m);

ρ——饱和盐水密度(常温时ρ=1.33×103kg/m3);

mcz——再生一次需用盐量(kg)，可以通过式(2)计算。

式中:mcz——再生一次所需盐量(kg);

VR——交换器内树脂的填装量(m3)，VR=π×R2×hR，其中R为交换器内壁半径(m)，hR为树脂的填装高度(m);

E——树脂的工作交换容量，一般强酸性阳树脂为800至1500 mol/m3;

k——再生剂比耗，对于强酸(碱)型离子交换树脂一般逆流再生时取1.2～1.8;顺流再生时取2～3.5;对于弱酸(碱)型离子交换树脂一般只需取1.0～1.5;

M——再生剂的摩尔质量，NaCl为 58.5 g/mol;

ε——再生剂的纯度，一般食盐中 NaCl含量为95%～98%。

5.1.3 盐箱液位过高或过低均会影响出水质量

根据以上计算，可得出盐液高度，在使用中一定要严格控制，过高、过低均会影响出水品质。盐水液位过高，会由于吸盐时间过长，造成慢洗(置换洗)时间不足，以致正洗后投运时，出水中仍带有再生废液，即氯离子含量和硬度偏高。盐水液位过低，则没有足够量的再生剂投入置换，致使离子再生不彻底，直接影响出水质量。

5.2 合理设置再生周期

正确设定并合理调整控制器的再生周期十分重要。如果周期设定过长，就有可能造成出水硬度超标;反之，树脂层尚未失效却提早再生，造成再生用盐和用水的浪费。

5.2.1 时间型软水器再生周期的估算

时间型自动软水器再生周期运行天数、小时数可分别按式(3)、(4)估算:

式中:D——再生后可运行的天数(d);

t——再生后可运行时间(h);

VR——交换柱内树脂的填装体积(m3);

E——树脂的工作交换容量(mol/m3)，一般新树脂可取1 000至1200 mol/m3，旧树脂职800至1 000 mol/m3;

k——为保证运行后期软水硬度不超标所需的保留系数，一般可取0.5至0.9(原水硬度较大或流速较高时，取较小值;反之取较大值);

YD——原水总硬度(mmol/L);

Qd——锅炉运行每小时软水消耗量(t/h);

T——锅炉日运行小时数(h/d)。

5.2.2 流量型软水器周期制水量的估算

流量型软水器的周期制水量可按式(5)进行估算

式中:Q——软水器在运行周期制取的软水总流量(m3)。

其余符号与时间型再生周期的估算公式相同。

5.3 定时化验软水指标的重要性

上述再生周期的计算仅为估算，设定后必须定期化验出水硬度，并及时按实际运行终点时出水量进行调整，使软水器出水既符合国家标准，又尽量经济运行。同时，由于在现场生产过程中，原水水质、制水质量、树脂交换容量、锅炉用水量等因素并不是一成不变的，所以在完成再生周期的设定后，仍需定时化验出水硬度，一旦软水指标不达标，必须及时检查设备运行情况，分析再生周期变化原因，及时调整再生周期。