纳米技术的运用与建议（量子阻垢技术在工程中的应用）
纳米技术的运用与建议（量子阻垢技术在工程中的应用）物理处理法主要是指运用声、光 、电 、磁等技术及其相应设备[5]，有目的地改变硬水中各种离子和分子的运动状况，从而达到阻垢的效果。与化学处理 法 相 比 ，物 理 处 理 法 的 阻 垢 效 果 一 般 较 差 ，但由于物理处理法往往集抗垢、除 垢 、缓 蚀 、杀菌等多项功 能 于 一 身 ，且 使 用 方 便 、成 本 低 、无 污 染 ，因此备受科研技术人员和使用者的关注，具有广阔的应用前 景 。 目 前 比 较 常 用 的 物 理 处 理 法 有 :膜 处 理 法 、磁 场 处 理 法 、电子水处理法、经典处理法、超声波防垢 法 等 。化学处理法是传统的水处理方法，包栝离子交换 法 、加 药 软 化 法 和 投 加 阻 垢 剂 法 。 目前，化学处理法应用较为广泛，其主要优势在于技术已较为成熟 ，且 使 用 方 法 简 单 易 行 ，但 其 最 大 的 缺 点 是 各 种化学添加剂的
空军工程设计研究局 黄金强、罗继杰； 天津大学 钱媛；空军后勤部 刘浩
摘 要： 介绍了工程中常用的水处理阻垢方法，以 及 量子阻垢法的基本原理和技术特点等。工程实践表明，量 子 阻 垢 法 在 水 处 理 方 面 具 有 良 好 的 阻 垢 效 果 ，同 时 兼 具 一 定 的 除 垢 功 能 ，在工业、生活循环水系统中具有较好的推广应用前景。
关键词： 量子阻垢法水处理工程应用阻垢方法锅炉设备换热设备
〇 引言
水垢指的是在 与 流 体 相 接 触 的 固 体 表 面 上 逐渐积聚起来的一层固态或软泥状物质，它通常以混合 物 的 形 态 存 在 ，成 分 为 碳 酸 钙 ( C aC 〇3 ) 、碳酸镁( M g C 0 3) 、硫 酸 钙 ( C a S 0 4) 等难溶盐类。有关调查表 明 ，在 实 际 生 活 和 工 程 领 域 中 ，9 0 % 以上的换热设备 都 存 在 不 同 程 度 的 结 垢 问 题 [1]。水 垢 可 引 起金属设备的局部腐蚀[2]，加 大 管 道 内 流 体 的 阻 力 ，降 低 设 备 的 换 热 效 率 ，増 加 系 统 的 运 行 成 本 。此外 ，7jC垢的产生也会造成锅炉等热力设备的受热不均 ，极大地增加了爆裂、爆炸的危险性。据 统 计 ，全世 界 每 年因水垢而造成的工业损失约占工业生产总 值 的 0. 3 % ™ ，而 在 中 国 ，据 专 家 估 计 ，这一比例要远远大于世界平均值。因 此 ，在 “节能”与“环保”成 为 世 界 两 大 主 题 的 今 天 ，开 发 绿 色 防 垢 、阻垢技术具有广阔的市场应用前景W 。
1 常用的阻垢方法
常 用 的 阻 垢方法分为化学处理法和物理处理法 。
化学处理法是传统的水处理方法，包栝离子交换 法 、加 药 软 化 法 和 投 加 阻 垢 剂 法 。 目前，化学处理法应用较为广泛，其主要优势在于技术已较为成熟 ，且 使 用 方 法 简 单 易 行 ，但 其 最 大 的 缺 点 是 各 种化学添加剂的应用会给环境造成二次污染。为 此 ，人们开始积极探索新的无危害阻垢方法，故各种物理水处理法应运而生。
物理处理法主要是指运用声、光 、电 、磁等技术及其相应设备[5]，有目的地改变硬水中各种离子和分子的运动状况，从而达到阻垢的效果。与化学处理 法 相 比 ，物 理 处 理 法 的 阻 垢 效 果 一 般 较 差 ，但由于物理处理法往往集抗垢、除 垢 、缓 蚀 、杀菌等多项功 能 于 一 身 ，且 使 用 方 便 、成 本 低 、无 污 染 ，因此备受科研技术人员和使用者的关注，具有广阔的应用前 景 。 目 前 比 较 常 用 的 物 理 处 理 法 有 :膜 处 理 法 、磁 场 处 理 法 、电子水处理法、经典处理法、超声波防垢 法 等 。
2 量子阻垢法简介
量 子 阻 垢 法是一种基于频率共振技术释放能量的物理处理法，在供暖加热设备和工业循环水的阻 垢 及 消 除 已 有 水 垢 、水 锈 等 方 面 具 有 较 好 的 效果 ，目前已在欧洲、南北 美 洲 的 一 些 国 家 中 得 到 了广 泛的应用。
2 . 1 量子阻垢法基本原理
一 般 情 况 下 ，在 管 路 系 统 中 800〜 2 600个水分 子 构 成 1 个 分 子 簇 ，正是这样的高密度分子簇限制 了水体携带溶质、营 养 物 质 和 其 他 物 质 的 能 力 ，导 致 管 道 中 出 现 钙 化 沉 淀 物 。量 子 阻 垢 法 是 通 过物 理 手 段 ，模 拟 并 产 生 水 固 有 的 良 性 信 息 频 率 ，这种频率是自然的、极 低 的 、髙谐振动的目 标 量 子 频率 ，X才该频率进行编码，并 将 其 永 久 性 地 嵌 入 阻 垢装 置 中 ，嵌人的目标量子频率中通过阻垢装置施加给 锅 炉 、换 热 器 等 压 力 容 器 的 循 环 水 ，与水中成盐物 质 的 频率产生共振，打 破 原 有 高 分 子 簇 ，降低分子 簇 的 密 度 ，提 高 水 的 溶 解 性 和 渗 透 性 ，同时将成盐物质高度细化，达 到 高 度 分 散 的 状 态 ，大大增加水流对这些高度细化粒子的携带能力，从而达到阻垢 、除垢的效果。量子阻 垢 法 的 基 本 原 理 见 图 1 。
2 . 2 技术指标
适 用 于 管 径 D N 15〜D N 300、额 定 压 力 1. 0 〜2. 5 M Pa、7jC保持液态流动状态下的任何温度的情况。设备满水停止运行时，水的p H 值应保持在10〜1 2 ;每 周 启 动 水 泵 ，使 锅 炉 设 备 和 管 道 中 的 水循 环 2 遍 即 可 。
2 . 3 安装规范及要求
安装位置应选取在设备进水端，量子阻垢装置应是水管分流之前的最后一个设备，安装示意图如图 2 所 示 。具体细节如下:选用量子阻垢装置管件标 称 尺 寸 要 求 等 于 设备进水管标称尺寸或比其大一 号 ;不 能 破 坏 量 子 阻 垢 装 置 的 外 观 结 构 及 形 态 ，禁止对设备切割、钻 孔 、敲 打 、焊 接 、刮 划 等 ;量 子 阻垢装置具有除垢功能，安装前最好要清洗锅炉并检查炉壁管道是否有金属腐蚀漏洞;量子阻垢装置有安 装 方 向 要 求 ，装置上的箭头方向必须与水流方向一 致 ，不 可 逆 向 安 装 ，安 装 时 要 把 箭 头 一 侧 放 在 可视 位 置 ;禁 止 在 设 备 5 m 范 围 内 电 焊 ;热 水 锅 炉 或换热设备需设置排污口。
2 . 4 量子阻垢法的特点
与传统的化学处理法和物理处理法相比，量子阻垢法表现出明显的优势。
1 ) 不 需 通 电 ，无 能 源 消 耗 。量 子 阻 垢 装 置 中发挥作用的目标量子频率在生产时已嵌入金属、陶瓷或玻璃等载体内，因此实际使用过程中不需要通电 ，没有能源消耗。
2 ) 阻 垢 、除 垢 效 果 好 。量 子 阻 垢 法 通 过 共 振的作用改变了水分子团的结构，提高了水的溶解性和 渗 透 性 ，也增强了水流对高度细化成盐的粒子的携 带 能 力 ，所 以 不 仅 能 够 有 效 防 止 新 垢 的 产 生 ，还能使旧垢脱落，使用效果好。
3 ) 环保 、无污 染 。与 传统的化 学 阻 垢 法 相 比 ，量 子 阻 垢 法 无 需 添 加 化 学 制 剂 ，不 会 造 成 二 次 污染 。
4 ) 安 装 简 便 ，运 行 免 维 护 。量 子 阻 垢 装 置 较为 简 单 ，使 用 时 无 需 加 装 复 杂 的 水 处 理 系 统 ，运行过程中能够做到无人守护和维护。相 比 较 而 言 ，量 子 阻 垢 装 置 价 格 较 高 ，但由于不需要使用成本，因此投资回收期短。
3 量子阻垢法在工程中的应用
3 . 1 某部队热水锅炉中的应用
1 ) 量子阻垢装置安装前锅炉使用情况
该 部 队 锅 炉 于 2 0 0 5 年 正 式 投 入 使 用 ，锅炉正常使 用 时 ，循 环 水 流 量 为 150 t / h ，原水处理设备为离 子 交 换 系 统 。2010— 2 0 1 1 年 供 暖 季 结 束 后 ，对锅 炉 进 行 检 查 发 现 :烟 火 管 和 锅 炉 腹 部 平 均 结 垢 3m m ，前 水 冷 壁 和 下 腹 管 结 垢 达 8 m m ，使用过程中个别管路甚至出现堵塞和爆管现象。
2 ) 量子阻垢装置安装后使用效果
安 装 量 子 阻 垢 装 置 前 先 对 锅 炉 水 垢 进 行 清洗 。为测试量子阻垢装置的使用效果，供暖期内关闭原水处理设备，只 运 行 量 子 阻 垢 装 置 ，并通过加大排污补水措施，替 换 供 暖 系 统 内 已 注 满 的 软 水 ，将 锅 炉 内 水 质 硬 度 调 节 至 接 近 原 水 状 态 （3 月 20日水质硬度达到了 9. 1 m m o l/ L ，原 水 硬 度 为 11m m o l/ L 供 暖 期 内 水 质 平 均 硬 度 为 6. 1 m m o l/L左 右 )。供 暖 季 结 束 后 发 现 ，锅 炉 内 壁 、烟 管 各 处 、下集箱等易结垢部位均未发生结垢现象，量子阻垢装 置 在 该 供 暖 系 统 运 行 时 取 得 显 著 的 阻 垢 效 果 。量 子 阻 垢 装 置 运行前后锅炉易结垢部位的结垢情况 对 比 ，如 图 3 4 所 示 。
3 . 2 某宾馆汽-水换热器中的应用
1 ) 量 子 阻 織 置 安 装 前 ，汽 - 水 换 情 况某 宾 馆 锅 炉 房 装 有 2 台 (一 用 一 备 )板 式 汽 -水换 热 器 ，每 台 换 热 器 有 2 5 组 换 热 片 ，用于制备宾馆内淋浴、洗 衣 房 、厨房等生活热水及冬季供暖热水，设备全年运行。该 换 热 器 的 补 给 水 为 宾 馆 自 备 井中 抽 取 的 地 下 水 (总 硬 度 约 9 m m o l/ L ，总 碱 度 约 5m m o l/ L ，氯 离 子 约 90 m g / L ) ，运行期间不对补水作 任 何 处 理 ，常 常 导 致 设 备 因 水 垢 堵 塞 而 无 法 运行 ，须 停 机 ，进 行 人 工 拆 洗 ，拆 装 的 劳 动 强 度 非 常大 。
空白拭验( 不 对 补 水 作 任 何 处 理 ) 25 d 后 ，设备无法正常运转，拆 解 后 发 现 ，2 5 组换热片中进水端 的 前 5 组 换 热 片 结 垢 面 积 约 占 总 传 热 面 的6 0 % 〜7 0 % 后 2 0 组 换 热 片 结 垢 面 积 占 传 热 面 积的 8 5 % 以上。如 图 5 所 示 ，水 垢 呈 淡 黄 褐 色 ，厚度约 为 1. 50〜 1. 67 m m 质 地 较 脆 ，呈 片 状 收 集 的7JC垢 质 量 达 2 9 .8 k g 经化验属于碳酸盐水垢。
2 ) 量子阻垢装置安装后使用效果
该 宾 馆 于 2 0 1 1 年 6 月 1 7 日在汽-水换热器进水口处安装了 1 台量子阻垢装置，运行前未对系统内原有水垢进行清除，以 25 d 为 一 个 运 行 周 期 ，观察量子阻垢装置安装后设备的运行情况。
第 一 个 运 行 周 期 后 ( 6 月 1 8 日一7 月 1 1 日），停 机 清 洗 ，发 现 设 备 内 水 垢 多 呈 渣 状 ，其中含有大量的氧化铁垢，说明有老垢脱落现象，共 收 集水垢、水渣 12. 5 k g 。
第 二 个 运 行 周 期 后 （7 月 1 8 日一 8 月 1 2 日），总体看板片水垢明显减少，仅 前 5 组换热片有松散的水垢附着物，蒸汽进出水口高温区有约100mm宽的片状水垢，水垢生成随换热片与进口的距离增加 而 递 减 ，第 5 组 换 热 片 后 ，板 面 附 有 一 层 很 薄 的粉 状 物 ，但 透 过 粉 状 物 还 能 看 到 换 热 片 的 金 属 色 ，第 2 0 组 换 热 片 后 已 无 水 垢 生 成 。共 收 集 水 垢 、水渣 8. 8 k g ，其中仍有氧化铁垢。
第三个运行周期后( 8 月 1 2 日一9 月 5 日），蒸汽 进 出 口 髙 温 区 仍 有 100 m m 宽的水垢(水渣干涸物 ) ，与 上 一 运 行 周 期 相 比 粉 状 物 明 显 减 少 ，第 18组 换 热 片 后 已 无 粉 状 物 ，共 收 集 水 垢 、水 渣 7. 9kg 。
3 个运行周期使用效果表明，该量子阻垢装置阻垢效果显著，并具备一定的除垢能力量子阻垢装置运行前后换热器结垢情况对比见图6 。
4 结 语
量子阻垢法是物理处理法，通过与目标物的共振 作 用 ，改 变 水 的 物 理 性 质 ，从 而 达 到 防 止 水 垢 生成 的 目 的 ，与 传 统 的 化 学 处 理 法 和 物 理 处 理 法 相比，具有运行成本低，阻垢效果好，环 保 、无 污 染 ，运行免维护等诸多优势。
工程实践表明，量子阻垢法其他具 有显著的阻垢效果，同时具备一定的除垢能力 ，是一种更为经济 、节能 、环保 、使用方便的阻垢法 ，具有较好的推广应用前景。
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注：
1.文章转载自《暖通空调》第 6 届全国建筑环境与设备技术交流大会文集，2015年 第 4 5 卷增 刊 2；2.照片来自网络，如涉及作品内容、版权等问题，请与贞自然联系，第一时间做删除处理。
附：量子管通环，工业应用案例照
