熱水鍋爐防腐阻垢技術(shù)

一、水垢對(duì)太陽能熱水器的危害

水垢嚴(yán)重阻礙熱量的傳遞，降低了設(shè)備的傳熱效率，增加了能耗。不單是電熱水器與鍋爐結(jié)垢，夏天使用太陽能熱水器溫度較高，也經(jīng)常結(jié)垢，致使真空管炸管、內(nèi)膽腐蝕、管路堵塞等故障發(fā)生，本文將分析水垢對(duì)太陽能熱水器的危害及解決方法。水垢對(duì)太陽能熱水器的具體危害表現(xiàn)為：

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首先，真空管是太陽能熱水器的 核心集熱部件，在實(shí)際應(yīng)用中真空管內(nèi)壁上容易形成可見的水垢膜，透光率只有新真空管的 85%左右，隨著時(shí)間的推移，在真空管內(nèi)壁會(huì)形成1~2mm 厚的垢殼，其透光率只有新真空管的50%以下，這時(shí)的集熱效率較之新真空管也下降到50%以下。

其次，為回避水垢問題以及因真空管破裂而漏水造成整個(gè)系統(tǒng)的癱瘓，有的高檔太陽能熱水器以及大型聯(lián)排太陽能工程多采用熱管集熱器，并認(rèn)為無需再進(jìn)行水處理，但熱管所產(chǎn)生的熱量多集中于紫銅探頭，因探頭溫度高、面積小，更容易在探頭上形成水垢包，因熱管的熱量經(jīng)過熱媒、熱傳感器多次交換，對(duì)水垢更敏感，水垢對(duì)熱交換的效率影響更大。

再次，水垢的導(dǎo)熱系數(shù)極低，不到金屬的百分之一，它附著在太陽能的集熱管內(nèi)壁導(dǎo)致吸熱管吸收的熱量不能及時(shí)傳遞給水，造成溫度過高，極易炸管，水壺?zé)┝司褪沁@個(gè)道理。同樣你的太陽能水溫一年比一年低,最后造成集熱管報(bào)廢，細(xì)心的用戶會(huì)發(fā)現(xiàn)，家里的太陽能水溫沒有去年的高，就是水垢結(jié)多了。水垢用傳統(tǒng)的方式很難清理，真空管口徑細(xì)，就更難清理徹底。

第四，水垢腐蝕內(nèi)膽，造成漏水，破壞保溫效果，減少太陽能熱水器的使用壽命?，F(xiàn)在的太陽能熱水器水箱一般都是采用 304 不銹鋼制作。在生產(chǎn)焊接時(shí)，雖然有氬氣的保護(hù)，但受到高溫影響，使焊縫附近的金屬特性發(fā)生改變，即由奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。含有氯離子的水在不斷加熱過程中，加速了焊縫周邊金屬的銹蝕穿孔。

最后，水垢影響水溫儀及電加熱系統(tǒng)的正常使用，導(dǎo)致水溫、水位顯示不準(zhǔn)確，電加熱設(shè)備干燒損壞乃至漏電。

二、太陽能熱水器中阻垢、防垢的方法

在太陽能熱水器行業(yè)中，有不少廠家已經(jīng)意識(shí)到了水垢對(duì)熱水器產(chǎn)品性能的影響，水處理行業(yè)內(nèi)的企業(yè)也正逐漸在開發(fā)太陽能熱水器中應(yīng)用的阻垢產(chǎn)品，太陽能熱水器行業(yè)市場上的各種阻垢、防垢的產(chǎn)品與方法比比皆是，貶褒不一，市場比較混亂。筆者結(jié)合市場，總結(jié)了以下幾種方法供讀者參考：

1.控制溫度

經(jīng)過分析水垢形成的條件及機(jī)理，可把太陽能熱水器的水溫控制在結(jié)垢溫度以下，避免水垢的形成。一般而言， 真空管型太陽能熱水器的溫度容易達(dá)到結(jié)垢溫度，如果在集熱管的前面加上遮陽的裝置，在溫度超過結(jié)垢溫度以后，遮陽系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)，把集熱面遮擋住，能夠阻止水垢的生成，也能防止熱水器過熱。平板型熱水器由于在高溫時(shí)容易達(dá)到集熱與散熱的平衡，結(jié)垢的情況就明顯好于真空管型熱水器。 雙循環(huán)型與強(qiáng)制循環(huán)型太陽能熱水器（集熱器管里不接觸水）可以把水箱溫度控制在 70℃ 以上時(shí)，強(qiáng)制循環(huán)泵停止工作，熱量不再進(jìn)入水箱，水箱溫度不再升高，從而較好防止水垢的生成。

2.離子交換法

軟水機(jī)是家用水處理行業(yè)內(nèi)應(yīng)用較為廣泛的一種水處理裝置，它的工作原理就是陽離子與水中的鈣鎂離子交換，祛除水中的鈣鎂離子。采用這種方式的軟化水設(shè)備一般也叫做“離子交換器”（由于采用的多為鈉離子交換樹脂，所以也多稱為“鈉離子交換器”）。離子交換樹脂是軟水機(jī)的 核心部件，它是一種聚合物，帶有相應(yīng)的功能基團(tuán)。一般情況下，常規(guī)的鈉離子交換樹脂帶有大量的鈉離子。當(dāng)水中的鈣鎂離子含量高時(shí)，離子交換樹脂可以釋放出鈉離子，功能基團(tuán)與鈣鎂離子結(jié)合，這樣水中的鈣鎂離子含量降低，硬度也隨之下降。當(dāng)樹脂上的大量功能基團(tuán)與鈣鎂離子結(jié)合后，樹脂的軟化能力下降，可以用氯化鈉溶液流過樹脂，此時(shí)溶液中的鈉離子含量高，功能基團(tuán)會(huì)釋放出鈣鎂離子而與鈉離子結(jié)合，這樣樹脂就恢復(fù)了交換能力，這個(gè)過程叫作“再生”。

由于實(shí)際工作的需要， 軟化水設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)工作流程主要包括：工作（有時(shí)叫做產(chǎn)水，下同）、反洗、吸鹽（再生）、慢沖洗（置換）、快沖洗五個(gè)過程。此種方法主要優(yōu)點(diǎn)是：效果穩(wěn)定準(zhǔn)確，工藝成熟，可以將硬度降低至 0。其缺點(diǎn)為：1.工作過程會(huì)產(chǎn)生過量的再生廢液；2. 耗鹽量大，需經(jīng)常加鹽還原；3.排出大量含鹽廢水易引起管道腐蝕，熱水使用存在安全隱患；4. 設(shè)備放置在室內(nèi)，占用空間大；5.相對(duì)于太陽能熱水器來說價(jià)格偏高。

3.電磁法

在水中加上一定的磁場來改變水分子的特性，從而改變碳酸鈣（碳酸鎂）沉積的速度及沉積時(shí)的物理特性來阻止水垢形成的方法叫做電磁法。 電磁法阻垢主要有兩種外加磁場的方式：永磁型和電磁型。永磁型防垢器外形呈管狀，內(nèi)部是釹鐵硼高磁性材料，外部是碳鋼屏蔽體，水從釹鐵硼與外殼的夾層流過即被磁化處理，水分子鍵同時(shí)發(fā)生角度和長度的變形，氫鍵角從105°減小到103°左右，使水的物理結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，即原水分子大締合鏈狀大分子的氫鍵斷裂成單個(gè)水分子，水中單個(gè)水分子急劇增加，水中溶解鹽的正負(fù)離子就迅速被大量單個(gè)水分子包圍，運(yùn)動(dòng)速度降低，有效碰撞次數(shù)減少，靜電引力下降、從而使水中的鈣、鎂離子無法與碳酸根結(jié)合成碳酸鈣和碳酸鎂，從而達(dá)到防垢、阻垢、除垢的效果。同時(shí)由于水體吸收大量被激勵(lì)的電子，使水的偶極矩增強(qiáng)，與鹽的正負(fù)離子的親和能力增強(qiáng)，從而使管壁上原有的水垢逐漸松軟以至脫落，大締合水分子成單個(gè)水分子后，極微小的水分子可以滲透、疏松、溶解垢體，也能達(dá)到除垢的效果。使用條件是：水流過防垢器的流速≥2m/s；適用水溫：0℃~80℃ ；中心磁場的磁場強(qiáng)度≥160MT覫。

電磁型防垢器有管道式防垢器和纏繞式防垢器兩種型式，管道式防垢器安裝時(shí)，管道從管道式防垢器上的孔徑穿過；纏繞式防垢器安裝時(shí)，把設(shè)備上的電源線按照一定的方向纏繞在給水管道上，在通電時(shí)兩種型式的防垢器線圈都會(huì)在給水管道上產(chǎn)生磁場，水流過電磁場切割磁力線，水被磁化，它的磁性 來源于通電的線圈，防垢原理與使用條件同永磁性防垢器。

此種防垢器的特點(diǎn)是：設(shè)備投資小，安裝方便，運(yùn)行費(fèi)用低；但是效果不夠穩(wěn)定，沒有統(tǒng)一的衡量標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)橥ㄟ^磁場后的水分子將在24小時(shí)左右時(shí)間恢復(fù)到通磁前的狀態(tài)，所以處理后對(duì)水的使用時(shí)間、距離都有一定局限。

4.加藥劑法

向水中加入專用的阻垢劑，可以使鈣鎂離子、碳酸根離子與藥劑的分子形成絡(luò)合物，增加其在高溫水中的溶解度，從而使水垢不能析出、沉積。目前工業(yè)上可以使用的阻垢劑很多，在水處理中常用的阻垢劑有復(fù)磷酸鹽、有機(jī)膦酸、膦羧酸、有機(jī)膦酸脂、聚羧酸等。目前在生活用水行業(yè)通用的阻垢劑是硅磷晶，它是一種緩慢溶解的球狀化學(xué)藥劑，主要是由多種磷酸鹽、硅酸鹽經(jīng)特殊加工工藝制成。自來水從進(jìn)口進(jìn)入阻垢器，水從裝有硅磷晶的藥罐里流過，硅磷晶就溶解在水里進(jìn)入太陽能熱水器，消耗量是1-3ppm即1噸水中溶解硅磷晶量1~3克，適應(yīng)水的鈣硬度范圍在 30-400ppm之間，這對(duì)于我國絕大部分地區(qū)都是適用的。硅磷晶技術(shù)使用方便，無動(dòng)力消耗，不增加用水系統(tǒng)的阻力，平時(shí)無需專人維護(hù)，這種方法的特點(diǎn)是：一次性投入較少，適應(yīng)性廣，阻垢、除垢能力強(qiáng)，性能穩(wěn)定，尤其適合于儲(chǔ)水式加熱器，只需要根據(jù)系統(tǒng)的用水量大小，按時(shí)添加硅磷晶 。

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5.光催化氧化法

光催化氧化反應(yīng)是目前研究較多的一項(xiàng)高級(jí)氧化技術(shù)。所謂光催化反應(yīng)，就是在光的作用下進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)。光化學(xué)反應(yīng)需要分子吸收特定波長的電磁輻射，受激產(chǎn)生分子激發(fā)態(tài)，然后發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成新的物質(zhì)，或者變成引發(fā)熱反應(yīng)的中間化學(xué)產(chǎn)物。

此種水處理方式在瓶裝飲用水行業(yè)已開始使用，在太陽能熱水器里的使用還在研究階段。 在太陽能中的利用方案有二：其一是太陽能熱水器的水箱至少要做成透光的水箱，或者做成一小部分透光，只要水箱里的水能有光線輻射進(jìn)去就可以，在水箱里面放置光催化片，光催化片的面積需要與水箱容積相匹配，一般300升水需要配置0.6~1平方米；其二是在太陽能熱水器的進(jìn)水管道前增加一個(gè)透光或半透光的水箱，里面放置光催化片，即前置水箱，前置水箱可以放置在室外或室內(nèi)，水在前置水箱里就被處理，進(jìn)入太陽能熱水器水箱后就不會(huì)結(jié)垢。一般光催化片對(duì)水的處理時(shí)間需要3~4小時(shí)，處理過的水能夠長時(shí)間不結(jié)垢。此種阻垢方法的應(yīng)用技術(shù)可行，不過推廣的瓶頸主要在加工工藝和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上，即如何把光催化片放置在水箱里，如何把光線引進(jìn)水箱。

家用飲水機(jī)一般是采用反滲透膜 的技術(shù)，均可以攔截水中的鈣鎂離子，從根本上降低水的硬度。這種方法效果明顯而穩(wěn)定，水流量小，出水沒有壓力，對(duì)進(jìn)水壓力有較高要求，需要經(jīng)常更換濾芯，設(shè)備投資、運(yùn)行成本都較高，適合家用飲用水，不適合做太陽能熱水器用水處理設(shè)備，所以在這里就不在詳述。

三、總結(jié)

通過以上對(duì)水垢危害及解決辦法的介紹，相信讀者對(duì)市場上阻垢除垢的產(chǎn)品能夠有所了解并能夠加以鑒別。由于太陽能熱水器市場產(chǎn)品良莠不齊，許多小廠家做市場宣傳時(shí)，為了突出自己的產(chǎn)品，出現(xiàn)了很多虛夸太陽能熱水器功能賣點(diǎn)。比如有些太陽能熱水器廠家在太陽能熱水器水箱里面加上一根鎂棒，就敢講鎂棒能阻垢、除垢，保證熱水器永不生垢，筆者也咨詢過不少鎂棒防腐方面的專業(yè)人士，鎂棒在水中消耗變成鎂離子，使水的 pH 值略有增加，更容易生成水垢。在市場上還有一些廠家用前置的凈水器來除垢，據(jù)了解凈水器一般是起過濾雜質(zhì)用的，里面有過濾網(wǎng)和活性炭濾芯，通過凈水器的水能夠過濾雜質(zhì)，但是不能過濾鈣鎂離子，仍然不能起到防垢、除垢的目的。

在太陽能熱水器日益普及的今天，太陽能領(lǐng)域里正由許多技術(shù)人才在研究高溫祛垢的課題，也有許多與太陽能相關(guān)聯(lián)的企業(yè)在為太陽能行業(yè)做著積極的貢獻(xiàn)，相信太陽能熱水器結(jié)垢的問題在將來會(huì)得到完美解決。更多內(nèi)容請(qǐng)關(guān)注太陽能產(chǎn)業(yè)資訊雜志官網(wǎng)獲取。

來源：快資訊