第三章++电厂锅炉补给水处理处理技术

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第三章电厂锅炉补给水处理技术第一节火力发电厂用水概论第二节补给水的预处理第三节预处理系统及运行第四节补给水的化学除盐第五节离子交换装置及运行管理 第一节火力发电厂用水概论火力发电厂是利用燃料燃烧产生的热能转变成电能的，这种能量的转换是通过水来实现的。因此，水在火力发电厂中起着极重要的作用，水处理是火力发电厂生产过程的不可缺少的组成部分。天然水概述火力发电厂的水汽循环系统水处理的重要作用 天然水概述天然水中的杂质水中所含的杂质按其在水中存在的状态可以分为三类：悬浮物质、溶解物质和胶体物质。悬浮物质是由大于分子尺寸的颗粒组成的，它们靠浮力和粘滞力悬浮于水中。溶解物质则由分子或离子组成，它们被水的分子结构所支承。胶体物体则介于悬浮物质与溶解物质之间，这三种杂质的尺度为： 天然水中几种主要化合物：碳酸化合物、硅酸化合物、铁的化合物。水质指标水质是指水和其中所含杂质共同表现出来的物理、化学和生物学的综合特征。各项水质指标则表示水中杂质的种类、成分和数量，是判断水质的具体衡量标准。水质分为物理的、化学的和生物的三类。（一）物理性水质指标1、感官物理性状指标，如温度、色度、嗅和味、浑浊度、透明度等。2、其它的物理性水质指标，如总固体、悬浮固体、溶解固体、可沉固体、电导率（电阻率）等。 （二）化学性水质指标1、一般化学性水质指标，如：pH、碱度、硬度、各种阳离子、各种阴离子、总含盐量，一般有机物质等。2、有毒的化学性水质指标，如：各种重金属、氰化物、多环芳烃、各种农药等。3、氧平衡指标，如溶解氧（DO）、化学需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）、总需氧量（TOD）等。（三）生物学水质指标一般包括细菌总数、总大肠杆菌群数、各种病原细菌病毒等。 电厂用水的水质指标表征水中悬浮物及胶体的指标--浊度表征水中溶解盐类的指标--溶解固体、电导率表征水中结垢物质的指标--硬度表征水中碱性物质的指标--碱度表示水中有机物的指标--化学耗氧量（COD）、生物需氧量（BOD） 火力发电厂的水汽循环系统火力发电厂的水汽循环系统可分为凝汽和凝汽兼供热两种形式。凝汽式是指只发电不供热的凝汽式发电厂的水汽循环系统，这种系统正常运行的锅炉补给水量很小，一般为锅炉额定蒸发量的2~4%。凝汽兼供热式是指除发电外，兼向附近工业区、生活区供热的水汽循环系统，锅炉补给水量要大得多，如热力发电厂水汽循环系统。凝汽式发电厂水汽循环系统主要流程见图3-1。 图3-1凝汽式发电厂水汽循环系统主要流程 根据水在水汽循环系统中所经历的过程，我们赋予这些水以不同的名称。(1)原水原水是未经处理的天然水，如地下水、江河水、水库湖泊水等等。(2)锅炉补给水原水经水处理车间净化后，用于补充发电厂水汽损失的水，叫锅炉补给水。(3)汽轮机凝结水蒸汽在汽轮机中做功后在凝汽器中冷凝的水。(4)疏水各种用汽设备、蒸汽管道中凝结的蒸汽凝结水，一般汇集到输水箱，也有的并入凝结水系统。 (5)返回凝结水它是生产或生活用户返回的蒸汽凝结水，简称返回水。(6)给水给水是指进入锅炉的水，对于热电厂，它包括汽轮机凝结水、锅炉补给水、疏水和返回水。(7)锅炉水锅炉水又叫炉水，是指锅炉本体的蒸发系统中流动的水。(8)冷却水是指用作冷却介质的水，在电厂中主要指在凝汽器中用于冷却汽轮机排汽的水。 实际运行中，任何水汽循环系统都要有一部分汽水损失，大致有如下几个方面：(1)系统内水汽循环损失：如汽包锅炉的排污，各种排汽损失——锅炉安全门、过热器放汽门、汽轮机轴封、抽汽器、除氧器等的排汽，各种水箱的溢流和管道的跑冒滴漏等等。(2)对外供汽损失对非生产、生活供汽大部分不能返回。(3)厂内其它用汽损失如采暖、生活用汽等等。 水处理的重要作用在火力发电厂的热力系统中，水的品质是影响热力设备安全、经济运行的重要因素。天然水中含有许多杂质。若把这些水不经净化处理就引入热力设备，将会由于汽水品质不良引起各种危害，主要是热力设备的结垢、腐蚀和积盐。结垢结垢极易发生在热负荷较高的部位，如锅炉的炉管、各种热交换器。水垢的导热性比金属差几百倍，结垢的金属管壁就会产生过热，强度下降，引起管道的损坏。冷却水处理不当，会使凝汽器铜管结垢，降低换热效率，从而降低汽轮机出力。 腐蚀水质不良会引起热力设备的腐蚀，主要是电化学腐蚀，容易发生在给水管道、省煤器、水冷壁、过热器、汽轮机和凝汽器等经常与水接触的金属部位。腐蚀将大大减少设备的使用年限。积盐含有大量杂质的蒸汽通过过热器和汽轮机时，杂质会沉积下来，这叫做过热器、汽轮机的积盐。过热器的积盐有可能引起爆管，汽轮机的积盐将大大降低汽轮机的出力。因此，为了保证安全、经济运行，各电厂对锅炉用水的水质都规定了严格的要求。 火力发电厂水处理工作的主要内容大致如下：(1)净化生水净化生水的目的是制备所需质量的锅炉补给水，这个处理过程也叫做炉外水处理。包括预处理，软化或除盐。(2)高参数机组或直流锅炉的凝结水净化。(3)对给水的除氧、加药。(4)汽包锅炉的锅内水处理。(5)冷却水的处理。(6)热电厂对返回水的除油、除铁。(7)热力系统的水汽质量监督。(8)锅炉及其他热力设备的清洗。 第二节补给水的预处理天然水中常含有大量的悬浮物和胶态杂质。电厂水处理的第一步就是要除去这些杂质，即预处理。预处理是以除去水中悬浮物、胶体物质和部分有机物为目的的。它包括悬浮物的自然沉降、混凝处理、沉淀软化和过滤等内容。水的混凝处理水的沉淀软化水的过滤处理水的吸附处理 水的混凝处理胶态杂质和一部分粒径小的悬浮物，由于沉降速度小，以至于相当长时间仍滞留于水中，而且这部分杂质也不能用过滤的方法除去。因此实际应用中，通常是加入一种称之为混凝剂的化学药剂，使水中微小的悬浮物以及胶体结合成大的混凝体，并在重力作用下沉淀出来。混凝处理原理混凝剂通过压缩胶体的双电层，使其厚度减薄；并与胶体发生电中和，削弱了胶体因带电而存在的静电斥力；还有吸附架桥作用、网捕作用卷扫水中的悬浮物共同沉淀。 现在以Al2(SO4)3为例，简要说明混凝过程。Al2(SO4)3投入水中，首先发生的是它的电离和水解。当pH<3时，离解出的铝离子以的形式存在。如果pH升高，就逐步水解，形成一系列含有羟基的简单配离子,最终生成Al(OH)3。水解过程中生成的H+被原水中的碱度中和，这种中和作用又促进了的水解，使水中的含有羟基的配离子增加，有利于它们之间发生高分子缩聚反应，称为羟基桥联，形成多核配离子。由于水解和桥联作用，最终生成难溶的聚合度极大的[Al(OH)3]。 常用混凝剂及助凝剂混凝剂常用混凝剂有铝盐和铁盐两大类，它们是一些分子中有高价阳离子的无机盐类。铝盐有硫酸铝、明矾、偏铝酸钠和聚合铝等。铁盐有硫酸亚铁、三氯化铁、硫酸铁和聚合硫酸铁等。近年来人工合成了一些有机高分子混凝剂，一般都是线型的高分子聚合物。有机高分子絮凝剂是一种电解质，根据电离后聚合离子所带电荷的性质，可分为阴离子型，阳离子型和非离子型三类。 助凝剂有时为了提高混凝效果，在加混凝剂的同时，还加少量的助凝剂。助凝剂在混凝过程中所起的作用为：调节pH值、氧化作用以及增大混凝物的粒度、密度以及其牢固性。聚丙烯酰胺是丙烯酰胺聚合而成，有固体的（粒状和粉状）和胶体的。聚丙烯酰胺又称3号絮凝剂，简称PAM，它是一种线型高分子聚合物。在使用有机高分子混凝剂时，搅拌速度不宜过快，否则会打碎混凝体。 影响混凝处理效果的因素混凝处理效果是以水中胶态杂质和悬浮物的去除率评价的。混凝过程十分复杂，影响因素很多，现以硫酸铝作混凝剂为例，就这些因素进行简要说明：(1)pH的影响投药后的pH对铝盐处理效果影响很大，还影响水中有机物以及胶体的凝聚速度。(2)混凝剂投加量的影响最优投药量与水中胶体含量有关，必须通过实验确定并在运行中调整。(3)原水碱度如果原水的碱度不足以中和混凝剂水解所产生的氢离子，结果使加混凝剂后水的pH值偏低。 （4）水力条件对混凝效果的影响水力条件指的是水和混凝剂的混合以及絮状体形成和长大所需的水力条件。混凝处理的一般水力条件是:混凝剂加入水中后，开始需要强烈的搅动紊流，在紊流中心旋涡不断形成和消失，由此促使混凝剂均匀扩散以利于混凝剂快速水解、聚合和胶体脱稳。一旦絮凝体形成，就应减弱搅动强度以免打碎絮凝体。（5）水温的影响用铝盐作混凝剂时，水温的影响很大；用铁盐作混凝剂时，水温对处理效果影响不大。（6）接触介质的影响 水的沉淀软化水的沉淀软化，是将天然水中钙、镁离子转化成难溶化合物，然后分离以降低水的硬度。沉淀软化有热力软化法和石灰处理法，但前者不能除去非碳酸盐硬度，电厂一般不采用。石灰处理原理在天然水中加入Ca(OH)2，由于pH值的增加，破坏了水的碳酸平衡并使之右移：H2O+CO2→H++HCO3-→2H++CO3-2H++2OH-→2H2O Ca(OH)2可以和水中各种形式的碳酸化合物反应生成沉淀除去：Ca(OH)2+CO2→CaCO3↓+H2O2Ca(OH)2+Mg(HCO3)2→2CaCO3↓+Mg(OH)2↓+2H2OCa(OH)2+Ca(HCO3)2→2CaCO3↓+2H2O石灰软化法主要除去了水的碱度和碳酸盐硬度，但不能除去非碳酸盐硬度和碱性水的过剩碱度：Ca(OH)2+MgSO4→CaSO4+Mg(OH)2↓2NaHCO3+Ca(OH)2→CaCO3↓+Na2CO3+2H2O反应前后非碳酸盐硬度和过剩碱度不变。 石灰处理的沉淀过程经石灰处理的水，从理论上讲，碳酸盐硬度应达到CaCO3的溶解度。但是由于CaCO3结晶生成之后，并不能完全以大颗粒沉降下来，有相当一部分是以胶体和悬浮物形式滞留水中，使CaCO3残留量过大。因此，在处理工艺上常采用两种措施以保证沉淀完全和有效的分离。一是利用先期沉淀物（称泥渣）作为接触介质，使CaCO3在泥渣表面上吸附并以泥渣为结晶核心，加快沉淀速度并使沉淀完全。二是在沉淀的同时进行混凝处理。 沉淀处理设备沉淀处理设备可分为沉淀池和澄清池两类。(1)沉淀池沉淀池是用来分离水中悬浮物的池子，有间歇式和连续式之分。按水流方向分为平流式、竖流式、辐流式和斜板(管)式等。平流式沉淀池见图3-2,斜板(管)式沉淀池见图3-3。按水流和泥渣沉降方向不同，斜板(管)式沉淀池可分为异向流、同向流和横向流三种运行方式，见图3-4。 图3-2平流式沉淀池 图3-3斜板(管)式沉淀池 图3-4斜管(板)中水与泥渣的流向 (2)澄清池混凝和沉淀这两个过程在同一个设备中完成，那么这种设备称澄清池。澄清池带有悬浮泥渣层，以泥渣为接触介质，分离水中悬浮物和沉淀之后生成的沉淀物，结构复杂。澄清池可分为泥渣悬浮式和泥渣循环式两种类型。①цнии型澄清池该澄清池是原苏联设计的典型泥渣悬浮式澄清池，结构见图3-5。②水力循环澄清池水力循环澄清池是泥渣循环式澄清池的一种，结构见图3-6。 图3-5цнии型澄清池 图3-6水力循环澄清池 水的过滤处理水的过滤处理是用过滤材料将水中分散的悬浮颗粒分离出来的处理过程。在锅炉补给水处理中，常采用粒状滤料过滤法；凝结水净化处理中，采用覆盖过滤和电磁过滤法。粒状滤料的过滤原理一般工业上采用的是快滤池，主要是接触混凝过滤。滤速可达10m/h以上，通常是在混凝处理以后进行。 过滤机理可归纳为三种主要作用：（1）机械筛滤作用当原水自上而下流过粒状滤料层时，粒径较大的悬浮颗粒首先被截留在表层滤料的空隙中，从而使此层滤料间的空隙越来越小，截污能力随之变得越来越高，结果逐渐形成一层主要由被截留的固体颗粒构成的滤膜，并由它起主要的过滤作用。悬浮物粒径越大，表层滤料和滤速越小，就越容易形成表层筛滤膜，滤膜的截污能力也越高。 （2）重力沉淀作用原水通过滤层时，众多的滤料表面提供了巨大的不受水力冲刷而可供悬浮物沉降的有效面积，形成了无数的小“沉淀池”，悬浮物极易在此沉降下来。滤料越小，沉降面积越大，滤速越小，则水流越平稳，这都有利于悬浮物的沉降。（3）接触粘附作用原水通过滤层时，有很多机会与砂粒接触，通过彼此间的范德华力、静电力及某些特别的吸附力等作用相互吸引而粘附，恰如在滤层中进行了深度的混凝过程。 滤料滤料的技术要求是：(1)适当的粒度组成；(2)良好的化学稳定性；(3)一定的机械强度。过滤工艺：各种滤池的基本工作过程是相同的，即过滤和反冲洗交错进行。水头损失水头损失是指水流通过滤层的压力降，是滤池运行状况的重要指标。影响水头损失的因素，除滤料被污染的程度外，还有滤料的粒径，滤速和温度。滤料的粒径愈小，水头损失愈大；滤速与水头损失成正比；温度升高，水头损失减小，是因为水的粘度降低。 影响过滤的因素在滤料和滤层厚度确定之后，影响过滤的因素主要是滤速、反洗和水流的均匀性。(1)滤速滤速(3-1)其中Q——滤池的出力m3/h，F——滤池的过滤截面积m2。因此，滤速是假定滤料不占有空间时水通过的速度，即空塔速度。(2)反洗反洗是指当滤池运行到一定水头损失时，用水自下而上通过滤层，以除掉滤料截留的泥渣，恢复滤料过滤能力的工艺过程。 (3)水流的均匀性不论过滤和反洗，都要求沿过滤截面各部分的水流分布均匀，以保证设备的充分利用。过滤设备及运行火力发电厂所采用的过滤设备是快滤池，可分为压力式和重力式。快滤池种类很多，但结构基本相同，包括进水装置、配水装置及必要的管道阀门。(1)普通过滤器普通过滤器时最简单的压力式过滤器，结构如图3-7所示。原水用泵打入，经上部的漏斗和水垫层均匀地向下流过滤层，出水经配水装置注入清水池。普通过滤器水是自上而下单向流动的，因而也叫单流式过滤器。 (2)重力式无阀滤池火力发电厂常用的重力式无阀滤池如图3-8所示。重力式无阀滤池的结构简单、成本低，运行操作简便。缺点是虹吸管必须很高以适应滤层失效时的水头损失，并且滤池不宜过大以防止水通过滤层时分布不均匀。（3）空气擦洗滤池该滤池是在无阀滤池的基础上演变而来，工作原理与无阀滤池的基本相同，能进行空气擦洗。（4）纤维过滤器该过滤器是以丙纶丝纤维为过滤介质的压力式过滤器，简称纤维过滤器。目前应用较多的是浮动纤维过滤器。 图3-7普通过滤器 图3-8重力式无阀滤池 水的吸附处理水的吸附处理的主要目的是去除水中有机物，降低水的COD值。目前使用的吸附剂主要是活性炭，活性炭除了吸附有机物外还可以去除游离氯。通常将粒状活性炭放入过滤设备内，构成活性炭滤床，水通过时完成吸附过程，过滤设备可以设计为压力式，也可以设计为重力式。活性炭的再生方法很多，一般可分为高温再生法、化学药剂再生法及生物再生法。在水处理领域内，为了除去水中的有机物，除了采用活性炭以外，有时也采用大孔吸附树脂。这类高分子大孔吸附树脂是人工合成的，分子结构是一些酚—醛聚合物及聚苯乙烯、聚丙烯酸脂、聚丙烯酰胺类的聚合物。 图3-9双层滤料过滤器（a）内部结构；(b)管路系统1-进水挡板；2-滤料层Ⅰ；3-滤料层Ⅱ；4-出水装置 第三节预处理系统及运行预处理方案选择预处理系统应根据原水的水质特点、处理水量、处理后的水质要求，并结合本地区条件确定。系统及主要设备水的预处理包括混凝、沉淀澄清、过滤等处理工艺，主要设备有混合器、反应池和沉淀池或澄清池、滤池、水池、水泵以及辅助设备，如混凝剂加药单元、助凝剂加药单元等。 第四节补给水的化学除盐水在进行混凝—石灰软化和过滤处理后，已除去悬浮物和胶态杂质，硬度和碱度也有一定程度的降低，但作为锅炉补给水，还远远达不到要求，必须进行深度处理。目前火力发电厂普遍采用的离子交换处理可以制得纯度很高的水。离子交换树脂概述离子交换过程离子交换软化系统离子交换除盐系统 离子交换树脂的结构离子交换树脂是一类带有活性基团的网状结构高分子化合物。在它的分子结构中，可以人为的分为两个部分：一部分称为离子交换树脂的骨架；另一部分时代有可交换离子的活性基团。活性基团也由两部分组成：一是固定部分，二是活动部分。离子交换树脂的分类（1）按活性基团的性质可分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。（2）按离子交换树脂的孔型分为凝胶型树脂、大孔型树脂。（3）按单体种类分类按合成树脂的单体种类不同，离子交换树脂还可以分为苯乙烯系，丙烯酸系等。离子交换树脂概述 离子交换树脂的命名方法离子交换树脂产品的型号根据国家标准GB1631-79《离子交换树脂产品分类、命名及型号》而制定的。（1）名称有机合成离子交换树脂的全名称，由分类名称、骨架名称、基本名称三部分按顺序依次排列组成。分类名称。按有机合成离子交换树脂本体的微孔形态分类，分为凝胶型、大孔型等。骨架名称。按有机合成离子交换树脂骨架材料命名，分为苯乙烯系、丙烯酸系、酚醛系、环氧系等。 基本名称基本名称为“离子交换树脂”。凡属酸性反应的在基本名称前冠以‘阳”字。凡属碱性反应的在基本名称前冠以“阴”宇。按有机合成离子交换树脂的活性基团性质，分为强酸性、弱酸性、强碱性、弱碱性、螯合性等，分别在基本名称前冠以“强酸”．“弱酸”、“强碱”、“弱喊”、“螯合”等字样。全名称举例微孔形态为凝胶型；骨架材料为“苯乙烯-二乙烯苯”共聚体；活性基团为“强酸”性磺酸基团(SO3H)的阳离子交换树脂，全名称为“凝胶型苯乙烯系强酸阳离子交换树脂”。 （2）型号例如：强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂，型号是001*7；强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂，型号是201*7；大孔型弱酸性苯稀酸系阳离子交换树脂，型号是D111、D113；大孔型弱碱性苯乙烯系阴离子交换树脂，型号是D301、D302.第四位数字代表交联度（%）联结符号第三位数字代表顺序代号第二位数字代表骨架代号第一位数字代表活性基团代号 离子交换树脂的合成离子交换树脂的合成过程一般分为两个阶段：高分子聚合物骨架的制备和在高分子聚合物骨架上引入活性基团的反应。即首先将单体（进行高分子聚合的主要原料）制备成球状颗粒的高分子聚合物，然后在这种高分子聚合物上进行有机高分子反应，使之带上所需要的活性基团。也有一些离子交换树脂是由已具备活性基团的单体经过聚合，或在聚合过程中同时引入活性基团，直接一步制得的。如丙烯酸系树脂。 离子交换树脂的主要性能物理性质(1)外观离子交换树脂一般均呈球形，是一种透明或半透明的物质，依其组成不同颜色各异。(2)粒度树脂颗粒的大小对水处理工艺过程有较大影响。颗粒大，交换速度慢；颗粒小，水通过树脂层的压力损失大。用于水处理的树脂颗粒粒径一般为0.3~1.2mm。 (3)密度树脂的密度有以下几种表示方法：①干真密度：干燥状态下树脂本身的密度。干真密度=干树脂质量/树脂的真体积克/每毫②湿真密度：树脂在水中经过充分膨胀后的密度。湿真密度=湿树脂质量/湿树脂的真体积克/毫升③湿视密度：树脂在水中充分膨胀后的堆积密度。湿视密度=湿树脂质量/湿树脂的堆体积克/毫升 (4)孔径、孔度、孔容和比表面积孔径表示微孔的大小；孔度是指单位体积离子交换树脂内部孔的容积；孔容是指单位质量离子交换树脂内部孔的容积；比表面积是指单位质量的离子交换树脂具有的表面积。一般比表面积越大，越有利于交换。（5）含水率树脂的含水率是指单位质量的湿树脂（除去表面的水分）所含水量的百分数。一般在50%左右。对于含有一定活性基团的离子交换树脂来说，含水率可以反映树脂的交联度和孔隙率的大小。含水率大，就表示孔隙率大，交联度低。 （6）溶胀性和转型体积改变率溶胀：干离子交换树脂侵入水中时，其体积会膨胀，这种现象叫溶胀。可逆树脂侵入水中体积增大，干燥缩小离子交换树脂有两种溶胀现象不可逆新树脂浸入水中溶胀后干燥体积不会恢复到原来当树脂由一种离子型转为另一种离子型时，其体积就会发生改变，体积改变的百分数称树脂转型体积改变率。 (7)离子交换树脂的选择性离子交换树脂吸着各种离子的能力不一，这种性能称为离子交换树脂的选择性。离子交换树脂的选择性主要取决于被交换离子的结构。可以归纳为两个规律：离子所带电荷量愈大，愈易被吸取；当离子所带电荷量相同时，离于水合半径较小的易被吸取。选择性顺序在离子交换水处理的实际应用中，我们常常需要知道在许多离子的混合液中哪一种离子易被吸取，哪一种离子较难被吸取的次序，即所谓选择性顺序。此种性能与它们呈离子交换平衡时的相对量有关。 对于阳离子交换来说，此种顺序的规律性比较明显。在稀溶液中．强酸性阳树脂对常见阳离子的选择性顺序如下：Fe3+＞Al3+＞Ca2+＞Mg2+＞K+≈NH4+＞Na+＞H+至于阴离子交换的选择性顺序，情况要比阳离子交换复杂。通过研究得知，在淡水的离子交换除盐处理系统中．即进水是稀酸溶液时，强碱性OH型阴树脂对阴离子的选择性顺序为：SO42-（HSO4-）＞Cl-＞HCO3-＞HSiO3-当OH离子交换树脂失效后，用碱进行再生时，即对于进水是浓碱溶液、阴离子的选择性顺序为:Cl-＞SO42-＞CO23-＞SiO23- 据此，可以推知，强碱性OH型阴树脂对于水中常见阴离子的吸着顺序，遵循以下三条规律：(1)在强弱酸混合的溶液中，易吸取强酸的阴离子(2)浓溶液与稀溶液相比，前者利于低价离子被吸取，后者利于高价离子被吸取(3)在浓度和价数等条件相同的情况下，选择性系数大的易被吸取。 (8)交换容量离子交换树脂的交换容量表示其可交换离子量的多少。有两种表示法：质量表示法(单位质量树脂吸着能力)和体积表示法(单位体积吸着能力)。在表示交换容量时，为了统一起见，一般阳离子交换树脂以Na型为准(也有以H型为准的)，阴离子交换树脂以Cl型为准。①全交换容量(Q)此指标表示离子交换树脂中所有活性基团的总量。②工作交换容量(QG)在交换柱中，模拟水处理实际运行条件下测得的交换容量。③平衡交换容量(QP)将离子交换树脂完全再生后，它和一定组成的水溶液作用到平衡状态时的交换容量。 (9)稳定性物理稳定性机械强度耐热性化学稳定性对酸、碱的稳定性抗氧化性 离子交换反应(1)离子交换反应的可逆性离子交换反应的可逆性，使离子交换树脂可以反复使用的重要性质。例如当以含有硬度的水通过H型离子交换树脂时，反应式为：2RH+Ca2+→R2Ca+2H+(2)酸、碱性和中性盐分解能力H型阳离子交换树脂和OH型阴离子交换树脂的性能与电解质酸、碱相同，在水中有电离出H+和OH–的能力。(3)中和与水解离子交换树脂的中和与水解性能和通常的电解质一样。 如H型离子交换树脂和碱溶液会进行中和反应:RSO3H+NaOH→RSO3Na+H2O水解反应如：RCOONa+H2O→RCOOH+NaOH具有弱酸性或弱碱性基团的离子交换树脂的盐型容易水解。 离子交换过程离子交换动力学过程离子交换过程，是在水中离子与离子交换树脂的可交换基团间进行的。离子交换过程是比较复杂的，它不单是离子间的交换位置，还有离子在水中和树脂颗粒内部的扩散过程。离子交换速度实质上是表示水溶液中离子浓度改变的速度，是一种动力学过程。离子交换动力学过程一般分为七个步骤,包括被交换的离子由树脂颗粒网孔内向水溶液中的扩散、交换离子在边界水膜中的扩散（膜扩散）以及交换离子在树脂颗粒内网孔中的扩散（颗粒扩散或内扩散）。 离子交换速度的控制步骤由于离子交换必须相继地通过上述七个步骤才能完成，所以其中若有某一步骤的速度特别慢，则进行离子交换反应的大部分时间是消耗在这一步骤上，这个步骤称为速度控制步骤。实践证明，当速度控制步骤由溶液浓度决定的，若溶液浓度较低，则趋于膜扩散控制；若溶液浓度较高，则趋于颗粒扩散控制。 工艺条件对离子交换速度的影响这里讨论离子交换器运行工况对离子交换速度的影响。1）水中离子浓度水中离子浓度是影响扩散速度的重要因素，离子浓度越大，扩散速度越快。2）树脂的交联度树脂交联度对离子交换速度的影响是，交联度越大，交换速度越慢。3）树脂颗粒大小当树脂颗粒减小时，不论是颗粒扩散还是膜扩散都会加快。但颗粒也不宜太小，否则会增大水流过树脂层的阻力。 4）流速与搅拌速度树脂颗粒表面的水膜厚度，与水的搅动或流动状态有关，水搅动越激烈，水膜就越薄。因此，交换过程中提高水的流速或加强搅拌，可以加快膜扩散速度，但不影响颗粒扩散。但是，水的速度也不是越高越好，流速太大时，水流阻力也会迅速增加。增加再生流速并不能加快速度，却减少了再生液与树脂的接触时间。因此，再生过程多在较低的流速下进行。5）水温提高温度能提高离子的热运动速度和降低水的粘度，同时加快膜扩散速度和颗粒扩散速度，因此提高水温对提高离子交换速度是有利的。 下面以阳离子交换为例，讨论动态离子交换过程。运行制水和交换剂的再生是离子交换水处理的两个主要阶段，运行制水是交换剂交换容量的发挥过程，再生是交换容量的恢复过程。运行制水时树脂层中的离子交换只含有NaCl的水通过装有RH树脂交换器时的交换。其过程介绍如下： 1.水通过交换器的初期，水中Na+首先与表层树脂中的H+进行交换，水中一部分Na+转入树脂中，树脂中一部分H+转入水中。在流经一定距离后，水中原有的Na+全部交换成H+。之后，继续向下流的水及其流过的树脂的组成都不发生变化，交换器出水全为H+，而Na+含量等于零。2.随着水不断地流过，因上部进水端的树脂很快全部转为RNa，故失去了继续交换的能力，交换进入下一层。 这时在树脂层中形成三个层区：上部层区为失效层，树脂全为Na型；中部层区为工作层，交换反应在这一层区中进行；下部层区为未工作层，树脂仍全为H型。水通过这一层区时，水质不发生任何变化。3.随着流过水量的增加，树脂层中H型树脂不断减小，Na型树脂不断增加。当出水中Na+浓度达到规定的值时，即运行终点（这就是常说的失效），停止通水。 同时含有多种离子的水，由上而下通过装有RH树脂交换器的离子交换过程通水初期，水中各种阳离子都与树脂中H+进行交换，依据它们被树脂吸着的能力的大小，最上层以最易被吸着的Ca2+为主，自上而下依次排列的顺序大致为Ca2+、Mg2+、Na+。在H离子交换阶段，出水呈酸性；在Na离子交换阶段，水中的碱度不变。 工作层工作层是指进行离子交换的树脂层区。影响工作层厚度的因素很多，这些因素大致可分为两个方面：一是影响水流沿交换器过水断面均匀分布的因素，若能使水流均匀，则可降低工作层厚度；另一方面是影响离子交换速度的因素，若能使此速度加快，则离子交换越易达到平衡，工作层厚度便越薄。树脂层颗粒小或提高水温，都因加快了离子交换速度而使工作层变薄；进水离子比值，例如，氢离子交换器进水中HCO3-比值越大，可使工作层变得薄些；相反当进水中强酸阴离子比值大时，会使工作层厚度增加。对于给定的树脂，工作层厚度主要取决于水通过树脂层时的流速和水中离子浓度，若流速增大或水中离子浓度增加，则工作层厚度也将增加。 离子交换平衡离子交换也是一种化学反应，存在交换平衡。RA+B----RB+A+离子交换选择系数为：KAB=[RB][A+]/[RA][B+]该值>1，有利于交换反应的进行。平衡常数以H型阳离子交换树脂与水中Na+进行交换为例，加以讨论：RH+Na+→RNa+H+ 如果此反应不伴随有反应物质的吸附或解吸等过程，则可得如下平衡常数式（3-2）式中：[RNa],[RH],[Na+],[H+]为各相应物质的物质量浓度；fRNa,fRH,fNa+,fH+为各相应物质的活度系数。由于K值要受吸附和解吸过程的影响，而且还因离子交换树脂相中的离子活度系数现在还无法测定。 选择性系数（3-3）这里，用来代表，它称为选择性系数。此系数只表示离子交换平衡时，各种离子间一种量的关系，没有更多的物理化学意义。选择性系数可以进行换算：1.等价离子KAB=KACKBC2.不等价离子KAB=KAC（KBC）2A——2价B、C——1价 离子交换软化系统如果经预处理后的清水，仅仅需要除去Ca2+、Mg2+（即软化），可以采用钠离子交换法。如果不仅要求除去Ca2+、Mg2+，还要求除去碱度，则采用氢—钠离子交换法。Na离子交换软化钠离子交换过程如下式表示：2RNa+Ca2+（Mg）→R2Ca（Mg）+2Na+钠离子交换剂层中离子分布示意见图3-10。水通过一个钠离子交换器叫一级钠离子交换，出水残留硬度可满足低压锅炉要求，如果要求进一步降低残留硬度，可采用二级钠离子交换，即将两个钠离子交换器串联。 图3-10钠离子交换剂层中离子分布示意图 氢—钠离子交换法为了弥补钠离子交换不能除碱的缺点，可以在出水中加酸，如加H2SO4。NaHCO3+H2SO4→Na2SO4+2CO2↑+2H2O生成的CO2由除碳器除去，但这种方法却增加了水的含盐量。因此火电厂中更多地采用氢—钠离子交换的方法。采用阳树脂的H离子交换和Na离子交换联合处理，它们除具有交换水中硬度的能力外，还可以利用H离子交换出水中的酸中和Na离子交换出水中的碱度，这就是阳离子交换树脂的H—Na离子交换软化降碱工艺。氢离子交换剂层中离子分布示意见图3-11。 图3-11氢离子交换剂层中离子分布示意 强酸阳树脂的H—Na离子交换氢—钠离子交换系统有串联和并联两种方式。(1)并联H-Na离子交换系统如图3-12，该系统进水分别入H型交换器的强酸性出水中和Na型交换器出水的碱度。然后利用H交换器出水中的H2SO4,HCl来中和Na交换器出水中的HCO3-，以降低水的碱度。反应生成的CO2和经H离子交换反应产生的CO2由除碳器脱除，从而达到软化降碱的目的。 图3-12并联H-Na离子交换系统 (3)串联H-Na离子交换系统如图3-13，该系统用H型交换器的出水，中和另一部分原水的碱度，然后进入除碳器除去CO2，最后用泵打入Na型交换器。除碳器置于Na型交换器之前，是为防止CO2进入Na型交换器，重新生成NaHCO3。与并联系统相同的是，串联系统也必须调整进入H型交换器的水量，维持中和后出水一定的残留碱度。使用弱碱性树脂的H-Na离子交换系统采用串联的方式。 图3-13串联H-Na离子交换系统 弱酸树脂和强酸树脂的H—Na离子交换此工艺只按串联方式组成系统，如图3-14所示。在此系统中，弱酸树脂H型运行，强酸树脂Na型运行。原水先后全部经过H、Na两个交换器，水经弱酸H交换器除去了其中的碳酸盐硬度，交换产生的CO2在除碳器中脱除。交换器中树脂失效后，H交换器用酸液再生，Na交换器用NaCl溶液再生。 图3-14弱酸树脂和强酸树脂的H—Na软化降碱系统1-弱酸H交换器；2-除碳器，3-水箱；4-水泵；5-强碱Na交换器 离子交换除盐系统水的离子交换软化和除碱，一般只适用于高压以下的锅炉，随着高温高压锅炉的迅速发展，单纯的软化、除碱已不能满足锅炉和机组对水质的要求和安全运行，而必须把水中的溶解盐全部除尽。这样，就发展了离子交换除盐工艺。离子交换除盐原理水的离子交换除盐(又叫化学除盐)，在火电厂中普遍采用的是：将预处理后的清水，通过H型阳离子交换器，使阳离子转换成H+，然后通过除碳器除去二氧化碳，再通过OH型阴离子交换器使阴离子转换成OH－，并立即与H+结合成水。这样，就得到含盐量极低的纯水。主系统 组成除盐系统的原则采用阳、阴离子交换器组成主系统时，通常参照下面的原则：(1)第一个交换器应是H型交换器。(2)要求除硅时在系统中应设强碱OH交换器。(3)水质要求高时应设混床。(4)除碳器应设在H交换器之后，强碱OH交换器之前，以保证除硅效果。(5)当原水中强酸阴离子含量较高时在系统增设弱碱OH交换器，利用弱碱树脂交换容量大、容易再生的特点，提高系统的经济性。弱碱OH交换器应放在强碱OH交换器之前。(6)当原水碳酸盐硬度比较高时，除盐系统中增设弱酸H交换器，弱酸H交换器应置于强酸H交换器之前。(7)强、弱型树脂联合应用时，视情况可采用双层床、双室双层床、双室双层浮动床或复床串联。(8)除硅必须采用强碱性阴树脂。 常用的离子交换除盐系统一级复床除盐将预处理后的清水，一次顺序通过H型和OH型交换器的系统叫一级复床除盐系统，如图3-14。一级复床除盐系统的运行监督，是分别监督H型和OH型交换器的出水。混合床除盐混合床是在一个交换器内，把已再生好的H型和OH型离子交换树脂按一定比例混合均匀，所以混床就相当于一个多级复床。混床的优势在于水的阳、阴离子交换是交错进行，出水水质好而且水质稳定；由于交换未期，出水电导率上升很快，终点容易判断；运行周期也较长。缺点是树脂的损耗大；再生操作比较复杂。 图3-15一级复床除盐系统 再生系统离子交换除盐装置的再生剂是酸和碱，再生系统包括再生剂的贮存、溶解、计量、配置和输送。再生剂有食盐、盐酸、硫酸、烧碱等。酸、碱在厂内的输送方式有多种，如压力法、真空法、泵、喷射器和人工等。而发电厂中对酸、碱的用量一般比较大，故不常采用这种方法，常用的是压力法、真空法、泵、喷射器等。 盐酸配制和输送系统盐酸配制、输送系统见图3-16。该系统是将贮酸池或汽车来酸用酸泵打入高位贮槽，然后依靠重力自动流入计量箱，再生时用喷射器按所需浓度打入系统。碱液配制和输送系统该系统和图3-16类似。 图3-16盐酸配制、输送系统 运行中的离子交换反应及水质变化除去水中阳离子的交换反应强酸性阳树脂的—SO3H基团对水中所有阳离子均有较强的交换能力。实际上，含有多种离子的水通过强酸性H型阳树脂层时，尽管通水初期水中阳离子都参于交换，但之后由于水中Ca2+、Mg2+等高价离子已在水流的上游处被交换，并等量转为Na+，所以沿水流方向最前沿的离子交换仍是H型树脂与水中Na+的交换。经H离子交换后，水中各种阳离子都被交换成H+，其中的碳酸盐转变成弱酸H2CO3（即CO2+H2O）,中性盐转变成相应的强酸。一级复床除盐系统中的H离子交换，还可以包括弱酸树脂的H离子交换，构成强酸树脂和弱酸树脂联合应用的形式。 脱除CO2水经H离子交换后，阴离子转变成相应的酸。其中的HCO3-转变成了游离CO2，连同进水中原有的游离CO2，可很容易地由除碳器除掉，以减轻OH交换器的负担，这就是在离子交换除盐系统中设置除碳器的目的。除去水中阴离子的交换反应在一级复床除盐系统中，强碱OH交换器是用来除去水中OH-以外所有阴离子的。强碱OH交换器总是设置在H交换器和除碳器之后，此时水中阴离子以酸的形式存在，因此强碱OH离子交换实质上是OH型树脂。 运行监督流量和进出口压力差进水水质出水水质 交换器的再生强酸H交换器的再生为了防止用H2SO4再生时在树脂层中析出CaSO4沉淀可以采用以下再生方式：（1）用低浓度的H2SO4溶液进行再生再生溶液浓度通常为0.5%~2.0%，这种方法比较简单，但要用大量稀的H2SO4，再生时间长、自用水量大，再生效果也差。（2）分步再生先用低浓度的H2SO4溶液以高流速通过交换液，然后用较高浓度的H2SO4溶液以较低的流速通过交换器。分步再生可分为二步法、三步法、四步法。此外，也可采用将H2SO4浓度不断增大的办法，以达到先稀后浓的目的。 强碱OH交换器的再生失效的强碱阴树脂一般都采用NaOH再生。为了有效除硅，强碱OH交换器除了再生剂必须用强碱（NaOH、KOH）外，还必须满足以下条件：再生剂用量应充足、提高再生液温度、增加接触时间。当再生剂用量达到某一定值后，硅的洗脱效果才明显，因此增加再生剂用量，不仅能提高除硅效果，而且能提高树脂的交换容量；提高再生温度，可以改善对硅的置换效果，并缩短再生时间；提高再生接触时间是保证硅酸型树脂得到良好再生的一个重要条件。再生剂不纯度也对强碱性阴树脂的再生效果影响很大。 技术经济指标1.出水水质2.水耗离子交换器失效后，须经过反洗、再生、置换、正洗等，这些操作都要消耗一定的水量。通常，将每次上述操作所耗水的体积与树脂体积之比，称为水耗。水耗的多少主要是由正洗水量决定的。3.工作交换容量和再生剂比耗的影响因素影响因素有水质条件、运行条件、再生条件以及树脂层高度。其中水质条件包括进水离子总浓度、强酸阴离子浓度分率、进水硬度分率以及钙硬和总硬度的比值；运行条件包括流速、水温以及终点时Na+浓度；再生条件包括再生剂用量、再生流速、再生液浓度等。 工作交换容量和再生剂比耗是两个重要的技术经济指标。在进水水质和运行条件不变的情况下，工作交换容量越大，周期制水量也越多。比耗越高，再生剂的利用率就越低，经济性越差。 第五节离子交换装置及运行管理离子交换装置按运行方式不同可分为固定床和连续床。固定床离子交换器是火力发电厂水处理中应用最广泛的一种装置。固定床离子交换装置固定床离子交换是把离子交换树脂固定在一个装置(称固定床)中，水流经树脂完成交换过程。完成离子交换过程的设备，叫做离子交换器。固定床离子交换，按其再生方式不同，可分为顺流再生、逆流再生固定床和分流再生式。顺流再生离子交换器顺流再生是指运行时水流方向和再生液流动方向一致，通常都是自上而下的。 离子交换单元装置阴、阳离子交换柱混合离子交换柱固定式固定式移动式流动式移动式顺流再生固定床逆流再生固定双层床二塔式移动床三塔式移动床流动床体内再生混合床阴树脂再生混合床体外再生混合床移动式混合床浮动床双室双层流动床 交换器是一个密封的圆柱体，设有进水装置，进再生液装置、排水装置，装有一定高度的离子交换树脂。进再生液装置示意见图3-17。图3-17进再生液装置示意图 图3-18顺流再生离子交换器的内部结构1-进水装置；2-再生液分配装置；3-树脂层；4-排水装置 图3-19顺流再生离子交换器的管路系统 顺流再生离子交换器的运行顺流再生离子交换器的运行通常分为五步，从交换器失效后算起：反洗、进再生液、置换、正洗和制水。这五个步骤，组成交换器的一个运行循环，称运行周期。反洗反洗的目的是：松动树脂层；清除树脂上层中的悬浮物、碎粒。进再生液再生是离子交换器运行操作中很重要的一环。影响再生效果的因素很多，如：再生剂的种类、纯度、用量、浓度、流速、温度等。 3.置换使再生液全部通过树脂层，须用水按再生液流过树脂的流程及流速通过交换器，这一过程称为置换。它实际上是再生过程的继续。4.正洗应用运行时的进水自上而下清洗树脂层，流速约10~15m/h。5.制水：正洗合格后即可投入制水。顺流再生离子交换器通常适用范围：①对经济性要求不高的小容量除盐装置；②原水水质较好的情况，以及Na+比值较低的水质；③采用弱酸树脂或弱碱树脂时。 逆流再生离子交换器将运行时水向下流动、再生时再生液向上流动的对流水处理工艺称逆流再生工艺，采用逆流再生工艺的装置称逆流再生离子交换器。逆流再生原理逆流再生时，再生剂自下而上，首先接触的是失效程度最小，又易于再生的Na型树脂，因此底层树脂再生程度较高。另外，下层树脂的再生产物Na+在上升过程中，对上层树脂中的Ca、Mg有一定的交换能力，使再生剂的利用率提高。 这样，尽管上层树脂再生程度差一些，但接触的是含盐量较大的进水，仍可较好地交换。而下层树脂再生彻底，将保证出水水质。因此，逆流再生是一种较理想的再生方式，已在电厂广泛采用。当流速稍大时，就会发生和反洗那样使树脂层扰动的现象，有利于再生的层态会被打乱，这通常称乱层。因此在采用逆流再生工艺时，必须从设备结构和运行操作采取措施，以防止溶液向上流动时发生树脂乱层。 图3-20逆流再生离子交换器结构1-进水装置；2-中间排液装置；3-排水装置；4-压脂层；5-树脂层； 图3-21气顶压逆流再生离子交换器管道系统 逆流再生离子交换器的运行它和顺流再生固定床的主要区别在于：在交换剂的表面设有中间排液装置。下面以采用压缩空气顶压的方法为例说明其再生操作，如图3-22所示。1.小反洗[（a）]为了保持有利于再生的失效层不乱,只对中间排液管上面的压脂层进行反洗，以冲洗掉运行时积聚在压脂层中的污物。进水反洗树脂压实层，清除压实层和中间排液装置上的污物，至出水澄清。2.放水[（b）]3.顶压[（c）]4.进再生液[（d）] 5.逆流清洗[（e）]逆流清洗结束后，应先关闭进水门停止进水，然后再停止顶压，防止乱层。字逆流清洗过程中，应使气压稳定。6.小正洗[（f）]小正洗时，水从上部进入，从中间排液管排出。7.正洗[（h）]最后按一般运行方式用进水自上而下进行正洗。 图3-22逆流再生装置操作过程示意（a）小反洗；(b)放水；(c)顶压；(d)进再生液；(e)逆流清洗；(f)小正洗；(g)正洗 无顶压逆流再生如果将逆流再生离子交换器的中间排液装置上的孔开得足够大，使这些孔的水流阻力较小，并且在中间排液装置以上仍装有一定厚度的压脂层，那么在无顶压情况下逆流再生操作时就不会出现水面超过压脂层的现象，因而树脂层就不会发生扰动，这就是无顶压逆流再生。无顶压逆流再生装置的操作步骤与顶压再生操作步骤基本相同，只是不进行顶压。与顺流再生相比，逆流再生工艺具有对水质适应性强、出水水质好、再生剂比耗低以及自用水率低等优点。 分流再生离子交换器分流再生离子交换器的结构和逆流再生离子交换器基本相似，只是将中间排液装置设置在树脂层表面下约400~600mm处，不设压脂层。交换器失效后，先进行上部反洗，水由中间排液装置进入，由交换器顶部排出，使中排管以上的树脂得以反洗。然后进行再生，再生液分两股，小部分自上部、大部分自下部同时进入交换器，废液均从中间排液装置排出。置换的流程与进再生液相同。运行时水自上而下流过整个树脂层。在这种交换器中，下部树脂层为对流再生，上部树脂层顺流再生。因此这种再生方式又称顺流再生法，简称CCCR法。 工艺特点无需另外用水或空气顶压两端树脂都能够得到较好的再生，最下端树脂的再生度最高，保证了运行出水的水质用H2SO4进行再生时，这种再生方式可以有效地防止CaSO4沉淀在树脂层中析出。 浮床式离子交换器浮床式离子交换器的运行是在整个树脂层被托起的状态下（称成床）进行的，离子交换反应是在水向上流动的过程中完成。浮床式离子交换器是对流再生技术的一种形式。浮动床本体结构浮床式离子交换器本体是钢制圆筒和上下封头，内部装有上、下分配装置，床层和水垫层。为防止床或落床时树脂层乱层，浮动床内树脂基本上是装满水的，水垫层很薄。水垫层的作用：1.作为树脂层体积变化时的缓冲高度；2.使水流和再生液分配均匀。 图3-23浮床式离子交换器本体结构示意1-顶部出水装置1；2-惰性树脂层；3-树脂层；4-水垫层；5-下部进水装置；6-倒U型排液管 图3-24浮床式离子交换器管路系统 浮动床的运行浮动床的运行过程为：制水→落床→进再生液→置换→下流清洗→成床、上流清洗，再转入制水。（1）落床。当运行至出水水质达到失效标准时，停止制水，靠树脂本身重力从下部起逐层下落。（2）进再生液。一般采用水射器输送。先启动再生专用水泵（也称自用水泵），调整再生流速；再开启再生计量箱出口门，调整再生液浓度，进行再生。（3）置换。待再生液进完后，关闭计量箱出口门，继续按再生流速和流向进行置换，置换水量约为树脂体积的1.5~2倍。（4）下流清洗。置换结束后，开清洗水门，调整流速至10~15m/h进行下流清洗，一般需15~30min。 （5）成床、上流清洗用进水以20~30m/h的较高流速将树脂层托起，并进行上流清洗，直至出水水质达到标准时，即可转入制水。树脂的体外清洗由于浮动床内树脂是基本装满的，没有反洗空间，故无法进行体内反洗。体外清洗是浮动床的明显缺点。清洗方法有水力清洗法和气—水清洗法。浮动床清洗方式的变革为了解决浮动床不能体外清洗这一问题，有人提出了另外的床型，如提升床和清洗床。 图3-25浮动床工作示意图 双层床和双室床双层床在复床除盐系统中的弱型树脂总是与相应的强型树脂联合使用，为了简化设备可以将它们分层装填在同一个交换器中，组成双层床的形式。双层床离子交换器属逆流再生工艺，具备逆流再生工艺的特点。双层床的运行和再生操作与逆流再生离子交换器相同。双室双层床双室双层床是将交换器分隔成上、下两室，弱、强树脂各处一室，强型树脂在下室，弱型树脂在上室，这样就避免了因树脂混层带来的问题。另设体外清洗装置。双室双层床的运行和再生操作与双层床相同。 双室双层浮动床在双室双层床中，如果将弱型树脂放下室，强型树脂放上室，运行时采用水流自上而下的浮动床方式，则该设备称为双室双层浮动床。在这种设备中，由于上、下室中是基本装满树脂的，所以不能在体内进行清洗，需另设专用的树脂清洗装置。双室双层浮动床的运行和再生操作与普通浮动床相同。 除碳器除CO2原理除碳器的作用是除去CO2。原水中碳酸盐碱度，经过H离子交换，即转化为H2CO3并存在平衡H++HCO3-→H2CO3+CO2+H2OpH下降，平衡右移，有利于H2CO3的分解。由于H型交换器出水pH较低，使CO2从水中游离，如果我们能降低水面上CO2的分压，即可使CO2从水中逸出，这就是除碳器的工作原理。降低CO2气体分压的办法：一是在除碳器中鼓入空气，即大气式除碳；另一种办法是从除碳器的上部抽真空，即真空式除碳。 大气式除碳器除碳器工作时，水从上部进入，经布水装置淋下，通过填料层后，从下部排入水箱。用来除CO2的空气是由风机从除碳器底部送入，通过填层后由顶部排出。真空式除碳器真空式除碳器是利用真空泵或喷射器从除碳器上部抽真空，使水达到沸点而除去溶于水中的气体，所以也称除气器。真空式除碳器所用的填料与大气式的相同。采用喷淋成雾或在填料表面形成薄水膜的办法来增大水、气接触面积；增加填料层高度；提高真空度、尽快抽除水中解吸出来的气体；在可能的情况下提高水温，有利于提高除碳效果。鼓风式除碳器 图3-26鼓风式除碳器 混合床除盐所谓混合床就是将阴、阳树脂按一定比例均匀混合装在同一交换器中，水通过混合床时就能完成许多级阴、阳离子交换过程。对水质要求很高时，混合床中所用树脂必须都是强型的，弱酸弱碱树脂的混合床出水水质很差，一般不采用。混合床按再生方式分体内再生和体外再生两种。除盐原理混合床离子交换除盐，就是把阴、阳离子交换树脂树脂放在同一个交换器中，在运行前，先把它们分别再生成OH型和H型，然后混合均匀。 图3-27混床结构示意 混合床中的树脂混合床使用的树脂应该是机械强度高、颗粒大小均匀。确定混合床中阴、阳树脂比例的原则是使两种树脂同时失效，以获得树脂交换容量的最大利用率。单独采用混合床除盐，则阴、阳树脂的体积比应为（2~3）∶1；若用于一级复床之后，因其进水pH在7~8之间，所以阳树脂的比例应单独混床时高些，目前国内采用的强碱阴树脂与强酸阳树脂的体积比通常为2∶1。运行操作混床的运行分反洗分层、再生、混合、正洗和交换五个步骤，其中反洗分层是运行操作的关键。 反洗分层用水力筛分法对阴阳树脂进行分层。这种方法就是借反洗的水力将树脂悬浮起来，使树脂层达到一定的膨胀率，利用阴、阳树脂的湿真密度差，达到分层的目的。对于阳树脂，不同离子型的密度排列顺序为：H+