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分析工業(yè)水除垢節(jié)能論文
引言
據(jù)有關(guān)資料表明,中國總能耗的72.8%用于工業(yè)生產(chǎn),工業(yè)生產(chǎn)總能耗的70%以上用于生產(chǎn)過程中的各類循環(huán)水系統(tǒng),占到全國總能耗的50%左右;也就是說,中國將近一半的能源用在工業(yè)生產(chǎn)中的“工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)”。由于現(xiàn)階段的技術(shù),無法有效解決循環(huán)水系統(tǒng)內(nèi)長期運行不斷積累的水垢、微生物粘泥垢的形成和堆積,阻礙了熱交換能力,特別是生物粘泥垢,導致的熱交換損失是碳酸鈣垢的5倍,造成工作效率的連續(xù)下降。生產(chǎn)企業(yè)只有通過增加循環(huán)流量來彌補此問題,而流量加大能耗也隨之上升,最終導致工業(yè)生產(chǎn)總能耗約上升25%。水垢影響傳熱效率及增加能耗的關(guān)系見表1。
1新型化學清洗除垢節(jié)能原理
目前國內(nèi)外最先進、最有效的在線化學清洗技術(shù)是KNJ-60運行凈。它與傳統(tǒng)化學清洗主要區(qū)別是,具有中性的化學特征,具有與被清洗的金屬之間無化學作用的特性,使其在應用中顯現(xiàn)出清洗性質(zhì)溫和,不影響系統(tǒng)的正常運行,不腐蝕系統(tǒng),不發(fā)生污垢堵管現(xiàn)象,不改變系統(tǒng)水本身的pH值,且清洗后的排污在同行中首先達到了環(huán)保排放的要求。
1.1技術(shù)原理“運行凈”系線型高分子縮聚物.
該縮聚物中含有大量活性較高的分子官能團,通過官能團自身具有遠大于水垢分子間吸引力的高能量,有效吸附水垢分子,從而達到除垢防垢目的。1.2除垢機理除垢機理分兩個階段,第一階段是“運行凈”分子官能團的能量遠遠大于水垢分子之間的分子間力(即范德華引力),當“運行凈”分子官能團與水垢分子接觸時,會克服水垢分子之間的引力,迫使水垢分子向官能團遷移,達到除垢的目的。與水垢之間的作用如圖1所示。該階段的除垢過程實質(zhì)上是1個物理過程,具體表現(xiàn)為系統(tǒng)水由原來的澄清狀態(tài)開始出現(xiàn)不同程度的渾濁。第二階段是吸附在“運行凈”分子上的水垢分子,兩者開始出現(xiàn)化學反應,如圖2所示,具體表現(xiàn)為渾濁的系統(tǒng)水開始逐漸澄清。“運行凈”的應用,可使運行的系統(tǒng),重新恢復原有的設(shè)計工藝參數(shù),從而達到了系統(tǒng)長期運行過程中無垢化清潔運行的理想狀態(tài),有效的提高系統(tǒng)及設(shè)備的熱交換能力,使系統(tǒng)運行能耗、用水量、運行成本、設(shè)備維修率等明顯降低。
2新型物理除垢節(jié)能原理
2.1電解法除垢節(jié)能原理
2.1.1技術(shù)原理[1]電解除垢是將電極插入循環(huán)水中,利用水及水中礦物質(zhì)的電化學特性,通過電解來調(diào)節(jié)水中礦物質(zhì)的平衡,而實現(xiàn)阻垢、防腐和防治微生物的目的。
2.1.2除垢節(jié)能機理通過電極直接向冷卻循環(huán)水加載直流電.提高循環(huán)水對形成水垢物質(zhì)的溶解能力,逐漸溶解冷卻循環(huán)水系統(tǒng)水中附著的水垢。電解開始后,水中的重金屬離子(包括水垢)會附著在電解除垢系統(tǒng)電解槽中的負電極板表面.再定期切換正電極與負電極的極性。切換后,負電極上附著的水垢脫落,與排水一同排出到循環(huán)水系統(tǒng)外部。
2.2變頻電磁法除垢節(jié)能原理
2.2.1技術(shù)原理
變頻電磁法是采用信號處理技術(shù),產(chǎn)生一種變頻信號,通過電纜將該變頻信號加在管道上,從而在管道內(nèi)部產(chǎn)生1個分子力動態(tài)干擾場,引起水分子產(chǎn)生共振。由于不同條件下水的溫度、硬度、黏度、pH值不同,其內(nèi)部的自然頻率就不同,所以其共振頻率也不可能相同。因此,只有采用變頻技術(shù),才能確保使任何水質(zhì)條件下的水分子產(chǎn)生共振。
2.2.2除垢節(jié)能機理
變頻共振是向水中施加1個與其自然頻率相同的頻率,引起水分子產(chǎn)生共振。共振的結(jié)果,使氫鍵斷開,使水分子團變成單個的極性水分子,因而提高了水的活化性和對水垢的溶解度,極微小的水分子可以滲透、包圍、疏松、溶解、去除熱交換系統(tǒng)內(nèi)的老垢,同時,浮在水中的鈣離子和碳酸根離子相互碰撞,形成特殊的文石碳酸鈣體,因其表面無電荷。故不再吸附在管道上,從而達到除垢、防垢的目的。
2.3多效納米能量球濾料除垢節(jié)能原理
2.3.1技術(shù)原理
多效納米能量球濾料系統(tǒng),是一種以改性納米電氣石材料為核心合成的功能性濾料,對水質(zhì)進行處理的新型裝置。功能性濾料為多效納米能量球,是由多種納米無機礦物材料和電能材料等組成,經(jīng)納米加工并制造成圓形陶粒。能量球具有大量分子級的微孔,不僅具有很強的吸附能力,而且有很好的分解能力。同時,可以降低循環(huán)冷卻水(冷凍水)的硬度和濁度、有非常好的抑制細菌和藻類生長的作用、具有調(diào)控水的pH值(保護銅管和鐵管)、除臭等功能。
2.3.2節(jié)能機理
a)除垢節(jié)能。
多效納米能量球,可將部分水分子電解成氫離子和氫氧離子,氫氧離子與其它水分子形成相對穩(wěn)定的羥基離子。水中的鈣、鎂離子除了以離子態(tài)存在,還會以如下形式存在:Ca(HCO3)2和Mg(HCO3)2。當它們遇到羥基及游離Ca離子時:經(jīng)如上反應,產(chǎn)生了CaCO3和Mg(OH)2沉淀,它們形成了松散的水渣,由過濾層濾掉,不會結(jié)成水垢硬層;
b)殺菌、抑藻。
由于多效納米能量球,具有永久電極,在其周圍有徽電場,在這種環(huán)境下,細菌、霉菌等微生物的繁殖會受到明顯的抑制甚至被殺滅。另外,少數(shù)細菌在空氣中由于依附在帶正電荷的灰塵或其它懸浮顆粒物上而呈正電型,遇上負離子時,正負極吸合的沖擊作用會把細菌的細胞膜擊穿,從而殺死細菌。
同時本材料特別添加了進口霉菌抑制劑,對細菌滋生和藻類滋生具有較好的抑制作用;
c)調(diào)控循環(huán)水系統(tǒng)的PH值。
空調(diào)水系統(tǒng)中既有Cu又有Fe,做到使二種金屬都得到保護,這就應該控制系統(tǒng)水的PH值在9~9.9之間,因為鐵的鈍化區(qū)在PH值9~13之間(生成Fe3O4保護膜,使Fe不受腐蝕),Fe喜堿性介質(zhì),而Cu怕強堿,當PH值達到10以上時,Cu才開始受腐蝕,故在Cu與Fe都共存的水系統(tǒng)中,最好要嚴格控制PH值在9~9.9之間。經(jīng)多效納米能量球濾料處理過的循環(huán)冷卻水(冷凍水)的飽和PH值在9.5左右,可使循環(huán)冷卻水(冷凍水)的酸堿度保持在適當?shù)膲A性環(huán)境,既可以保護銅又可以保護鐵,還有利于抑制細菌和藻類生長。
3應用技術(shù)
比較上述的除垢節(jié)能技術(shù),同傳統(tǒng)的化學除垢方式比較,最大的區(qū)別或優(yōu)勢有
a)均可在線除垢,不需要停機;
b)除垢過程中對循環(huán)系統(tǒng)管壁沒有任何腐蝕,不會發(fā)生因除垢而產(chǎn)生管漏現(xiàn)象,也不存在化學腐蝕和排放污染問題;
c)將水垢以分子的形式溶解在水中,因此不會存在堵塞管道的現(xiàn)象;
d)均可在溫度較高的工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)運行中使用,如多效納米能量球濾料系統(tǒng)設(shè)計溫度可達100℃,變頻電磁法設(shè)計溫度可達149℃,“運行凈”可在350℃以下的任何溫度都能正常發(fā)揮作用;
e)適用于任何材質(zhì)的工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)。在實際使用中,每項技術(shù)又各有所長。
“運行凈”因為要保待循環(huán)水系統(tǒng)中系線型高分子縮聚物的一定濃度,故只適用于封閉的工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)的除垢節(jié)能。物理除垢技術(shù)可適用于封閉或非封閉的任何系統(tǒng)。所不同的是多效納米能量球濾料系統(tǒng)為自激發(fā)能量場,無需外接能源,而電解法和變頻電磁法則需要帶電運行,特別是電解法需在高壓狀態(tài)下工作。工作狀態(tài)下,前者對周圍不會產(chǎn)生任何磁場,周圍的磁場變化對其也影響甚微。后者則不同,如對變頻電磁法而言,由于變頻信號通過電纜將該加在管道上,線圈產(chǎn)生的磁場對現(xiàn)場的磁電計量設(shè)備會產(chǎn)生影響,故對磁電計量設(shè)備距離有一定要求,一般應>2m。同時電動機產(chǎn)生的磁場也會對變頻磁場產(chǎn)生干擾,故對設(shè)備距離也有一定要求,如對大功率電動機(高壓注水泵的電機)距離應在3m以上。
電解法和變頻電磁法的區(qū)別是,后者由于頻率變化范圍寬,可適用于一定范圍內(nèi)的不同pH值、不同溫度、不同流速、的工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)。實踐表明,當pH值在7~9,堿度大于硬度時電磁處理防垢的效果才明顯。一般當水中堿度大于8mg當量時,應考慮采用變頻電磁法除垢。相關(guān)理論表明,電磁場強度與水的流速的乘積有一恒定的最佳值,所以當電磁場強度一定時,對工業(yè)循環(huán)水的流速就相應限制,如當電磁場強度0.6~0.8特拉斯時,要達到最佳除垢效果,流速應為2m/s左右。
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