河南中烟工业有限责任公司黄金叶生产制造中心 河南省郑州市 450000
摘要：锅炉在运行过程中需要不断补给硬度极低的软化净水。由于水的硬度主要由钙离子和镁离子构成。为了去除掉水中的钙、镁离子，达到软化水的标准，就需要有一套专门的软化水处理设备。一般的软化水设备都是采用离子交换树脂（软水器），将水中的钙、镁给置换出来。
关键词：软化水设备；锅炉系统；应用
1 水处理的内涵
通常来说，通过使用一些物理或者化学的手段，把水里面的一些与生产、生活毫不相关甚至会起负面作用的物质去除，那么这个过程就被我们称为水处理。为了某些特定的用途和一些特殊的生产项目，我们在水处理过程中会对水进行沉降、过滤、混凝、阻垢等水质调节工作。水几乎与所有社会活动相关，生活、生产都离不开水，所以水处理所涉及到的应用范围非常广泛。
2 软化水在锅炉系统中的重要性
在工业锅炉中，一般来说，在水环节中用到的水绝大多数都是选择的自来水，而众所周知的是，自来水很硬，处理过程中稍有不当，就会造成锅炉中结垢、腐蚀、排污量增加甚至是爆管等等一系列问题，轻则降低锅炉热效率，增加人工成本，重则随时会触发危险事故发生。那么水处理的目的，则是为了通过物理的、化学的科学严谨的方式方法，来除去自来水里面的镁、钙离子，通过这样的方式来降低水的硬度，达到软化水的目的。锅炉系统的正常运行是离不开水处理这个环节的，软化水设备在锅炉系统中既能确保锅炉系统整体运作的安全性，又能够最大化实现其节能效果，功不可没。
3 软化水原理
我们都知道，软化水就是降低水的硬度，其实软化水系统是由三个部分组成的：离子交换部分、盐再生部分以及控制部分。整个软化系统中起到核心作用的是离子交换部分，而整个软化系统的工作原理其实也就是离子交换这样一项技术。什么意思呢?简单来说就是离子交换树脂，硬水中主要是钙离子和镁离子，所以我们一般是采用阳离子来和树脂进行交换。置换出水中的Ca2+、Mg2+，如果说钙离子和镁离子越来越多的话，那么树脂在软化系统中的作用能力也会逐渐变弱，因此，每隔一段时间，我们都会定期用盐来处理一下树脂，其目的就是为了恢复树脂置换阳离子的性能。一般情况下，控制部分的整套系统都是全自动的，盐再生这个步骤一般也是自动进行的。
作为一种聚合物，离子交换树脂里面携带了大量的用于交换离子的功能性基团，这种基团的置换能力非常强，一般来说，带有钠离子的这种离子交换树脂被投放到非常硬的水里面，马上就释放出很多的钠离子，从而让他的功能基团可以顺利地与钙、镁离子进行结合，降低钙镁离子的浓度，把硬水变成我们大家想要得到的软水。以上就是软水设备的一个简单的工作过程描述。
当镁钙离子结合走一大部分功能基团时，剩余未被结合的功能基团数量减少，此时树脂的结合能力下降就称为软化能力下降，这时候我们一般会用高浓度的氯化钠溶液来释放出钙镁离子，从而恢复树脂的结合能力，这个过程就是我们所说的再生。
4 软化水处理设备工作流程
任何以钠离子交换为基础的软化水设备都是按工作、反洗、吸盐（再生）、慢冲洗（置换）、快洗这五个流程工作的。不同的软化水设备的工作流程都是非常接近的，只是由于实际工艺的不同或控制的需要，可能会有一些附加的流程。全自动软化水设备中会增加盐水重注过。
4.1 工作：
正常运行状态下硬水进去，软水出来的过程。
4.2 反洗：
软水器工作一段时间后，会在树脂的上部截留很多原水中带来的污物，把这些污物除去后，离子交换树脂才能完全曝露出来，再生的效果才能得到保证。反洗过程就是水从树脂的底部洗入，再从顶部流出的过程。这样可以把顶部的污物冲走，这个过程一般需要5-15分钟左右。
4.3 吸盐（再生）：
即将盐水注入树脂罐体的过程，传统的设备是采用盐泵将盐水注入，全自动设备是采用专用的内置喷射器，只要进水有一定的压力，就可以将盐水吸入。实际工作过程中，盐水以较慢的速度渡过树脂的再生效果要比单纯用盐水浸泡树脂的效果好。所以现在的软化水设备都是采用盐水慢速流过树脂的方法再生。这个过程一般需要30分钟左右。实际时间还会受用盐量多少的影响。
4.4 慢冲洗（置换）：
在用盐水流过树脂过，用原水以同样的流带慢慢将树脂中的盐类全部冲洗干净的过程叫慢冲洗。由于这个冲洗过程中仍中大量的钙、镁离子被钠离子交换，根据实际经验，这个过程是再生的主要过程。所以很多人也将这个过程称作置换。这个过程一般与吸盐的时间相同，都是30分钟左右。
4.5 快洗：
为了将残留的盐彻底的冲洗干净，要采用与实际工作接近的流速，用原水多树脂进行冲洗，这个过程的最的出水应为达标的软水。一般情况下，快洗的过程为5-15分钟。
5 软化水设备
此套设备的核心原件是液压多路阀与控制器，主要系统分为三部分：有交换系统，有控制系统，还有盐液系统。整个操作过程都是通过使用微型计算机来对控制器进行作用，从而再通过控制器实现对多路阀的控制。大致的工艺流程为：软化→再生→清洗→正洗。采用了一台微型计算机对应一台交换柱、一台控制器、一台液压多路阀，生产过程可连续不间断进行。另外，整套系统还设有备用的手动操作系统，从而确保生产正常。
详细工艺流程如下：
1.运行状态——2.松床状态——3.停止状态——4.再生状态——5.清洗状态——6.正洗状态——1.运行状态
运行状态：运行状态是指生产水的过程。这个过程的具体操作与时间需根据现场实际用水的硬度来决定。
松床状态：在绝大多数浮动床工艺设备中，自来水的进水方向都是位于我们交换罐的最下方，在交换罐里面进行软化，软化结束后再由最上方流出，在整个制水过程结束后，我们就要开始再生，为了保证再生的效果，树脂层不能快速地流过罐内，为了节约成本，又不能将罐内全部充满树脂，所以我们常用一小股水流在树脂下面（利用树脂的密度小于水的密度）托着树脂缓慢下落，这一过程的持续时间大约维持在五分钟左右。
停止状态：当水位水箱内部的水量最高接触面超过安全水位线的时候，水箱会发出安全警报，微型计算机控制器就会发出指令，强行让多路阀控制器转换到停止状态，关闭各个阀口，结束整个生产过程。
再生状态：将盐水加入到以及参与置换的树脂中的状态就是再生状态。现代先进的设备大多数采用的是喷射注入法，在罐体内部都装有盐水喷射器。在整个再生过程中，盐水流动的速度越慢越好，这个过程的时间一般控制在30分钟左右，具体时间与盐水的浓度有关。
清洗状态：这个状态也被称为置换。将软水注入用盐水洗过的树脂中的过程就是清洗状态，在这个过程中，仍然有大量的钙镁离子会与钠离子发生交换，所以从实际来看，这个过程才是生产的主要过程，所以被很多人称为置换过程。时间在30分钟左右。
刚刚文中向大家介绍的就是整个软化水设备的详细工艺流程以及每一个步骤的工作原理。这一套设备在锅炉系统中是必不可少的，在这一套设备的运作下，锅炉补水的硬度得到了非常有效的控制，我们前文中讲过，锅炉用水如果不加以转化就直接采用自来水的话，轻则提高成本，重则可能触发较大事故，后果都是非常严重的。而一旦在锅炉补水环节做好了软化水处理，则可以大大降低爆管现象发生的概率。
参考文献：
[1] 姚继贤.工业锅炉水处理及水质分析[M].北京：劳动人事出版社.2012.
[2] 李春有.低压锅炉水处理技术[M].大连：大连理工大学出版社.2017.