热水采暖水处理系统的设计
当前抚顺地区热水采暖锅炉的给水，基本上都是用城市自来水。因为绝对纯净的水是没有的，其中必然含有一些杂质。如果对锅炉给水不进行处理，锅炉运行不久就结有很厚的水垢，水垢的导热系数仅为金属的1/20～1/50。锅炉结垢后将使排烟温度增高、锅炉供暖效率降低，耗煤量增加。
一、水中杂质对锅炉的影响
当前抚顺地区热水采暖锅炉的给水，基本上都是用城市自来水。因为绝对纯净的水是没有的，其中必然含有一些杂质。如果对锅炉给水不进行处理，锅炉运行不久就结有很厚的水垢，水垢的导热系数仅为金属的1/20～1/50。锅炉结垢后将使排烟温度增高、锅炉供暖效率降低，耗煤量增加。
锅炉结垢能造成熔孔和爆管。锅炉结垢后除耗煤量增加外，能使锅炉在运行过程中，由于受热面内壁结有坚硬密实的垢层，在炉水和管壁之间形成夹层高温区。使管壁温度上升到900℃以上，超过管材的熔点，造成熔孔或爆管。结垢后的水冷壁升高温度近似公式如下：
T1=tg+(1/α+δ2/λ2)Q热 ℃
T2=tg+(1/α+δ2/λ2+δ1/λ1)Q热 ℃
式中 T1 ——水冷壁管内温度 ℃
T2 ——管外面温度 ℃
tg ——采暖系统锅炉供水温度 ℃ tg=85℃
α——管内表面传热系数 W/m2.℃ α= 4652W/m2.℃
δ2——水垢厚度 m δ2=7mm=0.007m
λ2——水垢热传导率W/m2.℃ λ2=1.2W/m2.℃
λ1——水冷壁管壁厚度 m δ1=4mm=0.004m
Q热——热负荷 Q热=116300～195000 W/m2
取Q热=151190 W/m2
那么 T1=85+（）×151190=994.4℃
T2=85+（+）×151190=1007.4℃
在水垢和管壁之间，有透过垢缝的少量水存在，高温会使这些水急剧地汽化，严重时会爆管。采暖系统中热水锅炉结垢后，不仅使锅炉热效率降低，检修清理困难，严重时会使部分管子被水垢堵塞、引起锅炉爆管。因此，为使锅炉经济安全运行，保证供暖，热水采暖给水必须经过处理。
二、热水锅炉的水质标准
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悬浮物：悬浮物是指水中呈悬浮状态的物质，包括细菌、藻类、原生物、泥沙、粘土和其它不溶解的物质。一般城市供给的自来水中均不含有悬浮物。
总硬度：指水中能形成水垢的两种主要盐类——钙盐和镁盐的含量。现在国内常用硬度单位有以下三种：
（1）.毫克当量/升(微毫克当量/升)：既每升水中含有多少毫克当量钙、镁离子。
（2）.德国度（简称度）：每升水中含有的钙、镁离子相当于含有10mgCaO时的硬度，叫做1度。由于CaO的当量是28，所以
1度= =0.357mge/L
反之1mge/L=2.804度
（3）.百万分单位（ppm）：每一百万份重量的水中含有一份重量的CaCO3(或每升水中含有1mg CaCO3)时的硬度，叫做1ppm。由于CaCO3的当量是50.04，所以
1ppm= ≈0.02mge/L
1mge/L≈50ppm
1度=0.357×50=17.85ppm
钙、镁的碳酸盐或重碳酸盐〔MgCO3、CaCO3、Mg(HCO3)2、Ca(HCO3)2〕形成的硬度叫做碳酸盐硬度。这些盐类在水煮沸后会形成沉淀，而大部分被消除，故也叫做暂时硬度，用H暂表示。
钙、镁的其它盐类（CaSO4、MgSO4、CaCl2、MgCl2、CaSiO4等）形成的硬度叫做非碳酸盐应度，这些盐类受热后不易分解，所以叫做永久硬度，用H永表示。
形成硬度的物质，又可以分为钙硬（H钙）和镁硬（H镁）两种。因此，总硬度H0=H暂+H永= H钙+ H镁
pH值：表示水中氢离子浓度，也即表示水的酸碱性。氢离子是由于碳酸离解的结果。H2CO3H++HCO3-一般在实际应用中，水的pH值的范围可划分为：pH=7为中性 pH<7为酸性 pH>7为碱性。
含氧量：氧来源自大气中，也有土壤中有机物被微生物分解和地质化学过程产生的，它以1L水中溶有氧的毫克数来表示，使用单位为mg/L。
三、热水采暖锅炉给水处理方法简介
锅炉给水处理的方法有物理化学法、化学法、物理法等。
水的电渗析处理是一种典型的物理化学水处理法，它是用电化学原理除去水中溶解盐的，电渗析水处理法用于高度除盐和纯水的制备上，因设备投资高，水量损失较大，目前在锅炉房水处理方面应用得不多。尤其是在采暖炉水上用得极少。
化学软化法是指在软化水过程中发生化学反应生成新的物质，具体方式有炉内加药法和炉外软化法两种。炉内加药法既向炉内加某种化学药剂，改变沉渣的结构型式，防止或减少硬垢的生成。目前应用较广泛的方法是向炉内加入定量的磷酸三钠、纯碱和含有单宁的有机物质。向炉内加药虽有防垢、老垢脱落和防腐蚀等作用，但经过运行数年后发现，在系统的管网和散热器有堵塞结垢现象。另外炉内加药水处理，可以减轻水垢的形成，但不能完全防止锅炉结垢，仍须定期清理锅炉。
炉外软化法：目前应用最多的是离子交换法，该法用钠离子交换剂，当被处理的水流过装有交换剂的过滤器时，Ca2+和Mg2+离子被置换，并存留在交换剂中，使水得到软化。钠离子用NaR表示，其中R代表阳离子交换剂的复杂的阴离子团。用离自方程式表示为：
Ca2++2NaRCaR2+2Na+
Mg2++2NaRMgR2+2Na+
由上述化学反应可见，钠离子既可除暂时硬度，又可除永久硬度。处理后水的硬度可降到0.01~0.03mge/L，获得可靠的软化效果，在热水采暖锅炉中得到广泛的采用。
物理水处理：像高频水改器，永磁和电磁软水器，都属于水的物理处理方法。其优点是结构简单、体积小、容易检修、运行费用低等。在采暖热水锅炉上应用可以肯定的讲是有很好的防垢、除垢效果。但对不同结构的炉体和水流速以及水质等因素，只用磁水器，锅炉防垢不能得到彻底保证。
四、软水器和电子水处理器联合处理采暖锅炉给水
为了解决好采暖锅炉的水处理，采用软水器（阳离子交换法）和电子水处理器（水的物理处理法）两者结合的方式，来处理热水采暖锅炉的给水和循环水，通过运行获得了非常好的效果。
利用软水器（钠离子交换剂）的可靠性和电子水处理器对热水采暖锅炉的适宜性，两者相辅相成达到采暖锅炉水处理的最佳效果。
软水器满足不了较大系统的初期充水和大量跑水的情况，但电子水处理器可以弥补软水器的这个不足，并对锅炉起到防垢和避免发生系统的水力失调和热离失调的现象。系统初期充水和大量跑水时均使用电子水处理器。水中的盐类的溶解度是随温度的升高而降低，且水垢的主要成分是碳酸钙，当热水的温度不超过50℃时，水中的碳酸钙才有约40%从水中沉淀出来。就是说水温较低时，水中的盐类溶解度大，不易析出产生水垢。且电子水处理器还具有防垢、除垢的作用，这时的电子水处理器将发挥很好的除垢、防垢效果。
如果采暖初期的补充水和大量补水是未经过电子水处理器处理的生水就很难除垢和防垢的效果，如果使用软水器和电子水处理器联合方式处理采暖锅炉的给水，起到彻底的防垢作用。
一般的采暖系统初期充水和大量补水占总补水量的20%左右。联合方式处理热水采暖锅炉的供水，除可以节约再生剂的用量和运行费用外，最大的效益是可以彻底防止锅炉受热面结垢和消除系统因缺水发生的水力和热力失调的现象。
热水采暖系统有两种形式，一种是靠供给热水和回水的密度差，使水在锅炉中循环，称之为自然循环；另一种是由锅炉直接制备热水，用循环水泵做机械动力把热水送到采暖用户，并在锅炉中进行循环，这种系统称之为强制循环系统。过去分散小型热水采暖系统，面积小、网路作用半径短，失调现象少，就是有失调也容易消除。联片集中供暖后的大型热水采暖系统，在运行热负荷已经确定的情况下，如何选取供回水计算温差、确定系统循环总水量，选用经济的网路直径是消除系统水力失调和热力失调，保证供暖的关键。
一、系统总循环水量的计算
G循=kQ需/Δtc×3600=k0.86 Q需/Δtc kg/h
式中：
k——管网漏损系数，一般k=1.05
Q需——供暖区内建筑物热指标和小区最大供暖面积相乘的热负荷，W；Q需=qF
q——建筑物的热指标
F——联片集中供暖面积
c——水的质量比热，c=4.187kJ/kg.℃
Δt——供暖系统总供回水温差 ℃
二、供回水温差Δt的选取
热媒的温度定为95/70℃，(系指计算供水温度为95℃、回水温度为70℃)。计算供水温度95℃是根据热水供暖系统是带有开式膨胀水箱的系数。它处于大气压力（1绝对大气压）下，热水的汽化温度为99.1℃，再考虑一定的安全系数，故取95℃。在这个温度下，对计算回水温度进行经济分析，确定计算的回水温度为70℃。
鉴于联片集中供暖后，循环水单位耗量比分散锅炉房系统大得多。用户系统形式不一。小区内采暖建筑物有远有近，为保证供暖，Δt的选定应根据以下几点，第一适合低温连续供暖并辅之以质调节的运行方式。第二提高网路和用户系统的水力稳定性，减轻系统初调节的工作量，保证系统正常运行和消除用户系统的竖向失调。
当前，在热水供暖系统中，常用的集中调节方法有下列几种：质调节——改变网路供水温度；量调节——改变网路循环水量；分阶段改变流量的质调节；间歇调节——改变每天供暖时数。由于量调节很麻烦、很费力，一个较大系统的调节对安装和管理来说常常是无能为力的，而且会引起用户系统的失调。所以它不是一种理想的集中调节方法，近几年来用的调节方法常采用质调节——改变网路供水温度。最近先后设计的几个热水采暖系统均采用Δt=18℃计算循环水量和相应的水泵及管网。
三、采暖管网其经济管径的计算
当采暖系统热水量确定后，有两种计算管径的方法：第一是根据流速计算管径，到目前为止，我们设计管网系统时，不论管径大小，也不分运行小时数的多少，统统用1～2m/s的流速确定管径，并非科学的。第二是按给定的比压降（或称为单位管长的沿程压降Ry）计算管径。有的资料上说：“对于热水管网的干管和分支管，经济的单位管长沿程压降约为30～60Pa/m。其中较小的数值用于直径为400～500mm的管子，较大的数值用于直径为50～100mm的管子。”
选用高的流速和压降，计算出较小的管径，这样可降低管网造价和减少热损失。但压力损失按流速平方增加的，选用不当会使循环水泵电耗增大，并可导致系统某一环路的水力失调。而流速低、压降小计算较大的管径，使基建费用增加。另外，如果计算管径很不合理时，会使得热水在管内流动时形成上下不同温度的分层，导致管网产生很大的热应力，引起弯曲变形。
根据我国管网造价、热价、电费等综合数据代入有关公式，导出热水管网的经济管径和经济比压降，其计算公式如下：
经济管径d经=16.59G循0.48mm
经济比压降 h经=201.5/G循0.52mmH2O/m
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