浅谈永磁水处理器在太阳能热水系统中的应用

Posted 2023-01-12 磁场

篇首语：勿以恶小而为之，勿以善小而不为。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了浅谈永磁水处理器在太阳能热水系统中的应用相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

采用永磁水处理器对太阳能热水系统循环水除垢防垢，处理效果，经济效益分析，存在的问题。
关键字：永磁处理器，太阳能热水系统，循环水，绿色环保
地下水中最常见的成分有三种阴离子(重碳酸根、硫酸根、氯根)和三种阳离子(钙、镁、钠离子)，水中的钙、镁离子含量被称为水的硬度。硬水对太阳能热水系统影响较大。水处理的方法较多，永磁水处理技术作为水处理的一种方式，正逐渐的被应用于太阳能热水系统中。济南蓝翔技校安装的一个50吨的太阳热水热水系统系统，采用地下水作为循环介质。运行一段时间后集热效率下降，检修发现真空管及循环水管道内壁结垢，影响了对循环水的热传导。2008年整改时采用永磁处理设备对循环水系统实施防垢除垢。经过将近一年的运行，系统运行效果理想。
1.磁化水处理技术方案
1.1作用原理
永磁水处理器是一种利用物理方法处理水的装置，它的基本原理是：水通过高梯度强磁场，被磁力线切割后，水分子键同时发生角度和长度的变形，氢键角从105°减少到103°左右，这一微观结构的改变，使水分子产生电性和磁性的转化，水的物理化学性质由此发生一系列的变化：
(1)水的溶氧能力提高了4mg/L；～6mg/L；
(2)水中的双氧水从5×10-5%提高到1.7×10-4%；
(3)水的表面张力提高了1N/m～3N/m；
(4)水的湿润角减小了6%～8%；
(5)水的渗透压有所提20%～70%；
(6)水的聚合度(澄清速度)提高了20%～90%；
(7)采用高梯度强场磁场水高；
(8)水的电导率至少提高2%；
水的溶解度提高处理器，水经过它处理后，水的溶解度和活性大大提高，水中的Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2在蒸煮过程中，以钙、镁离子状态存在，即使形成少量的CaCO3、MgCO3沉淀，但其结晶由六方晶系变成单斜晶系，结构疏松，不易在壁上沉积，极易被带走。另外水的聚合度提高，被溶解的固相物质成为微细的颗粒，固相物质粒子化后，两粒子之间的距离较大，不易凝结在壁上，从而达到防垢、除污的效果。
1.2高梯度磁场的效果
磁化理论表明，粒子在磁场中所受的力Fm与磁场梯度(dH/dx)成正比，即：Fm∝(dH/dx)。很显然，在绝对均匀磁场中Fm将等于0。由于磁场为螺旋场，故绝对均匀磁场实际是不可能存在的，Fm≠0，只要磁场存在，Fm就存在，因此人们往往不注意Fm的作用。事实上，即使最普通的磁化水磁路设计也脱离不了Fm的作用，只是设计者没有注意到这个问题而已。高梯度磁场将对水中的溶质粒子产生更强劲的影响，由此改善了过去的磁化器对水流速度的严格要求。由于水系统是开放型系统，溶质粒子众多，高梯度磁场毋庸质疑地成为磁化过程中的重要角色。
1.3防除垢作用机理
对于水中的结垢物质“碳酸氢钙"Ca(HCO3)2，在水中有如下平衡式：

受热后，上述平衡将被打破，产生如下反应：
Ca(HCO3)2=CaCO3↓+H2O+CO2↑
(3)
在冷水状态进行磁处理，水以一定速度V经过高梯度强磁场时，将使平衡式
(1)中的HCO3—离子产生微观变化。这是因为HCO3—离子本身富集一个“多余"电子，该电子在高梯度强磁场的作用下将产生附加运动(理论上称“进动")而被激励，从低能阶电子轨道跃迁向高能阶电子轨道，从而引起HCO3—离子的电位能损失，使其电位下降，处于更加稳定的离子状态，使平衡式
(2)向左反应。
当有沉淀CaCO3(老垢)存在时，水中的离子平衡式除
(1)
(2)外，还有如下平衡：

由于磁化后
(2)式向左反应，将引起
(4)式向右反应，即CaCO3溶解，这是老垢在水被磁化后产生脱落的原因之一。
上述可知，由于磁化后HCO3—离子的稳定化而使结垢的倾向大大减弱，甚至于暂时硬度在一定范围内(≤300mg/L)都可以不产生结垢(在循环磁化状态下)。而当暂时硬度大于300mg/L(亦即HCO3—浓度过大)时，反应
(3)在热能作用下发生。此时HCO3—中的高能阶电子因回迁到低能阶轨道而释放出多余的能量，这些释放的能量将“轰击"已经在加热壁上结晶的CaCO3晶体，使其排列发生畸变，同时亦使自身的排列非规则化，从而导致水渣的形成和老垢的进一步脱落。
上述论述表明，水经过磁场，其中的负离子中“多余"电子将受磁场的作用而使离子发生变化，在一定范围内，磁场梯度越大，磁场越强，水流速度越高，负离子的变化量将愈大，从而造成愈明显的水系统磁处理防垢除垢的效果。
众多的数据结果表明，在磁场强度>5000Oe的水系统磁化处理循环运行过程中，水质的暂时硬度<300mg/L时，开水炉不再结垢，也不再有水渣产生(在磁处理前有老水垢存在，在磁处理1～2个月内使老水垢脱落后即不再结出新的水垢或水渣)。而当水质暂时硬度在300mg/L～800mg/L范围内时，处理前的老水垢依然脱落，新结的水渣量(包括软垢)亦随着水质硬度的提高而增加，但都是非常容易清除的散沙状。
1.4系统除锈防腐作用机理
一般水中含有的电解质是以正离子和负离子的形式存在的。水流经强磁场水处理器时，水中带电的正、负离子受到罗仑兹力的作用，并分别向相反的方向移动。正离子向磁场中阴极移动，负离子向磁场中阳极移动。磁场中阴阳两极间产生电位差，导致微小电子流发生。而水管壁上已生成的红锈与电子发生如下反应：
3Fe2O3.nH2O(红锈)→2Fe3O4(黑锈)+1/2O2+3nH2O
此种情况下生成的黑锈物质Fe3O4，能不再被氧化而处于稳定状态，被称为磁性氧化铁。磁性氧化铁生成膜后就可把铁管壁与水完全隔开，腐蚀即可停止，管道出水水质便得到了改善。

国外有专家测定，在磁化循环水系统中，铁管的腐蚀率每年<25um，铜管的腐蚀率<12um。
1.5杀菌灭藻作用机理
水经磁场处理后，水的渗透压、溶解度均有提高，这使藻菌的细胞壁难以承受水质的变化而死亡。同时，水经过磁场后产生的微小电子流使水系统呈微弱的负电性，而藻菌类均是带负电的细胞体，在这种负电性环境中是很难存活的。另外，水经过磁场处理产生的H2O2具有很强的杀菌作用，也起到了杀菌灭藻的作用。
1.6安装运行方式
永磁水处理器为管状结构，可以连接到集热循环水泵的出水口处，根据其设备特性，安装距离水泵越近，水的流速衰减越小，保护效果越明显。因此在设备安装位置上，应采用在集热循环水泵的出水口处为宜。经永磁水处理器处理过的水存在一定的时效性，因此在太阳能锅炉中，安装在集热循环水泵的出水口处是一个很理想的位置，能够保证永磁水处理器持续运行。
2.永磁水处理技术效果对比
为检测设备的运行效果，对一个小区中两个太阳能热水系统进行对比，一个安装永磁水处理器，一个不安装。运行三个月水箱内的对比效果如图：

经过磁化装置处理的水箱内表面水垢少，并且呈现自然脱落的现象，未安装永磁处理器的太阳能过路系统内表面水垢较多，且致密、坚硬。
旧锅炉在安装永磁水处理设备后原水垢逐渐龟裂、疏松软化、自行脱落。水垢通过水箱的排污口排出系统。
3.社会经济效益分析
(1)一次投入，长期受益。不需要任何外接能源，不需要人工操作。使用寿命长。
(2)旧锅炉安装永磁水处理器后，附着在真空管内壁上的水垢疏松软化，脱落。集热效率下降的现象得到明显的缓解。贮热水箱内温度升高，提高了经济性。
(3)循环水采用永磁水处理设备后，太阳能锅炉运行比较理想，只需要通过定期排污就可以满足全年的运行需要，避免了酸洗的人工材料费用。
(4)永磁水处理器完全采用物理方法进行除垢灭菌，不向水中增加任何药物，对水质无任何污染，绿色环保。
(5)几乎适用于任何水质，兼容性好。
4.存在问题
(1)永磁处理器的时效性差，只适用于反复循环的系统。
(2)铷铁硼磁体材料在80℃以上会出现明显的消磁，因此在高温系统中要隔热的装置。
5.结论
虽然采用永磁水处理方式进行太阳能锅炉的循环水处理工作还存在一些不足。但是通过实践证明，采用永磁处理器处理太阳能锅炉循环水是完全可行的，也符合我国现有的节能环保的产业政策。该处理方式是今后太阳能锅炉循环水处理技术的最佳方式之一。