凝結水精處理混床再生工藝淺析

楊曉飛,郝晉堂,王俊玲

(1.山西漳澤電力股份公司,山西河津 043300;2.山西電力科學研究院,山西太原 030001)

凝結水精處理混床再生工藝淺析

楊曉飛1,郝晉堂2,王俊玲1

(1.山西漳澤電力股份公司,山西河津 043300;2.山西電力科學研究院,山西太原 030001)

闡述了凝結水精處理系統的重要性,以某電廠精處理系統為例從運行角度著重分析了高速混床的再生工藝,并針對性地提出了提高失效樹脂泄出率、防止樹脂破損流失及提高分離度等方面的改進建議。

精處理;混床;再生工藝;錐體分離

0 引言

隨著高參數大容量機組的不斷投運,對鍋爐給水水質的要求越來越嚴格,國家對水汽質量的控制標準也隨之提高。凝結水精處理系統的投運對于降低鍋爐給水的含鹽量和腐蝕產物、改變鍋爐給水中鹽類的組成等具有重要的意義,因此凝結水處理設備是高參數大容量機組安全經濟運行的重要保證。凝結水處理系統中,失效樹脂的再生均采用體外再生方案,以確保深層混床樹脂的高再生度,特別是混床采用氨化運行方式時,再生度的要求更高。要實現高再生度,首要條件是陰陽樹脂的徹底分離。一般采用物理的方法。利用反洗水流控制一定的反洗強度使陰、陽樹脂充分膨脹,由于陰、陽樹脂的比重差而得到分離,然后降低水流速度,直到陰、陽樹脂徹底分層。由于分層的陰、陽樹脂交界處存在著陰、陽樹脂交叉的所謂的混脂層,導致不能將陰、陽樹脂100%分開、再生。

目前有代表性的分離技術有:中抽法、錐斗法和高塔法。但這幾種分離方法都不能很好地解決一個問題:隨著運行時間的延長及凝結水水質的變化,陰、陽樹脂的比例發生了變化,分離設備不能適應陰、陽樹脂的比例變化的要求,失效的陰、陽樹脂再生前分離不徹底,從而導致再生時交叉污染,使再生效果不佳而造成凝結水精處理混床出水水質差。對凝結水處理系統的高要求主要體現在其出水水質能否達到較高的純度,因而必須滿足離子交換樹脂高質量、再生劑高純度、再生工藝成熟先進等方面的要求,離子交換樹脂的選用在設計時已經確定,再生劑的純度則需要嚴格把關,因而在機組運行中要想提高精處理系統的出水水質,再生工藝即樹脂的再生度則顯得至關重要。

1 系統概述

山西某電廠亞臨界機組凝結水精處理系統采用英國Kennicott公司H-OH型圓柱形高速混床 (3×50%)、錐體分離體外再生工藝,離子交換樹脂采用美國羅姆哈斯公司生產的Am erbesep252 H型陽樹脂、Amerbesep900 OH型陰樹脂,以鹽酸、液堿做為再生劑。整個再生工藝共分6個步驟,包括失效樹脂送至陰再生罐,備用樹脂送至高混,失效樹脂擦洗、分離,陰陽樹脂再生,混合正洗列備。在樹脂分離時采用以光學監測儀為主、導度儀為輔來判定界面樹脂是否到達,光檢儀的靈敏度決定著陰陽樹脂能否完全分離。

1.1 再生工藝

失效樹脂采用水力方式輸送至陰再生罐后,進行空氣擦洗、反洗分層步序,在陰陽樹脂密度差的作用下,陰樹脂緩慢上升位于上層,陽樹脂緩慢下降位于下層。當陰陽樹脂界面清晰后,從陰罐底部進水將陽樹脂輸送至陽再生罐內,當到達陰陽樹脂界面時,光學監測儀動作將界面混合樹脂輸送至隔離罐內。接著陰陽樹脂罐內分別進氫氧化鈉、鹽酸進行再生。再生完后將陰樹脂輸送至陽再生罐內進行混合正洗,樹脂再生完畢備用待下次使用。

1.2 錐體分離技術

錐體分離法是英國 Kennicott公司的專利技術。該方法是從陰樹脂再生罐錐形底部引入一股向上的水流通過樹脂層,其流量與轉移的樹脂體積相等,以維持陰陽樹脂的界面穩定。在輸送樹脂的管路上裝有光檢儀探頭與導電度表,當光檢值迅速上升或導電度迅速下降時,陽罐樹脂進口門關閉,隔離罐進口門打開,將界面陰陽混合樹脂送到隔離罐,待下次失效樹脂進入陰罐后,再將隔離罐的樹脂也送到陰罐。在輸脂過程中,樹脂界面能沿著罐體平穩下降,并隨錐體面積縮小而不斷縮小,使界面混合樹脂的體積也不斷減小,以減少樹脂交叉污染。為檢測樹脂在輸送過程中水質導電度的變化,提高導電度檢測的靈敏度,還在陰罐底部的輸送水中加入CO2氣體。

2 再生工藝分析

錐體分離技術是當前高混樹脂體外再生工藝中較為常用的技術之一,具有樹脂分離徹底、界面樹脂少、陰陽樹脂體積或比例變化不影響分離效果等優點,樹脂交叉污染指標滿足:陰中陽＜0.1%,陽中陰＜0.4%。該再生系統在近10年的運行中出現了一些問題、暴露出一些缺點,現根據其再生步驟順序,從如何確保再生度、高混投運后的出水水質以及對熱力系統的影響進行全面分析。

2.1 第一步高混內樹脂輸送到陰再生罐/分離罐

a)確保高混內失效樹脂輸送干凈,不影響備用高混投運后的出水水質:減少輸送時的阻力,首先在輸送前將陰罐內存水全部排凈,另外循環輸送時可打開陰罐底排門降低水位,使陰罐水位盡量低于樹脂入口管;穩定輸送水流量,主要確保漩流沖洗水流量穩定,這主要取決于漩流噴嘴的角度是否合適;檢查輸送效果,根據陰罐樹脂入口管道窺視孔有無樹脂來確定需要循環的次數,將樹脂輸送干凈。

b)防止高混內樹脂流失:輸送前降低高混水位,由于高混處于滿水狀態,在反洗松動高混樹脂以及沖洗樹脂管道時,為防止從高混空氣門大量跑樹脂,可先通過開啟排水門、捕捉器反排門,來降低高混內水位;輸送過程中防止從陰再生罐空氣門、反排門跑樹脂,可就地打開陰罐底排門降低水位。

2.2 第二步陽再生罐/貯存罐內樹脂輸送至高混

a)陽罐內備用樹脂尤其是陰樹脂必須輸送干凈,否則在下次分離后影響陽樹脂的再生效果,在一定程度上造成交叉污染:延長輸送樹脂第一步驟的時間,在高混排水的情況下將絕大部分樹脂輸送至高混;縮短輸送樹脂第二步驟的時間,在高混停止排水的情況下輸送剩余樹脂并將高混滿水;陽罐內殘留樹脂的輸送,通過反洗、正洗以及進壓縮空氣交替的方法,將積攢在進酸裝置、窺視孔上的陰樹脂沖洗下來,然后輸送至陰罐。

b)必須保證高混內樹脂混和均勻,否則造成高混內樹脂層上部陰多陽少、下部陽多陰少,導致高混投運后出水水質變差,尤其是會造成高混在運行后期出水氯離子含量出現增大現象:混脂前的水位適中,根據每套樹脂的高度不同,將水位排至高混上部窺視孔,大約在樹脂層上10～20 cm處;混脂時羅茨風機的壓力穩定,就地觀察高混內陰陽樹脂是否充分攪動起來,并根據高混下窺視孔部位陰陽樹脂混合均勻程度來確定混合時間,進行步延,同時還要注意空氣門是否有樹脂跑出;混脂后降低水位,為防止發生二次分離,必要時再就地開啟捕捉器反排門,快速排水。

2.3 第三步樹脂再生前的清洗

a)在減少擦洗次數即降低樹脂磨損率的前提下,確保失效樹脂擦洗干凈:擦洗次數適當,根據正洗排水清澈程度、失效樹脂的運行時間以及是否參與機組的啟動等因素來確定擦洗循環次數;擦洗時壓縮空氣壓力穩定、陰罐水位適中,確保失效樹脂能充分攪動起來,起到應有的擦洗效果。

b)確保陰陽樹脂的分層效果,為下一步的樹脂分離打好基礎:在陰罐空氣門、反排門不跑樹脂的前提下,適當增大反洗流量將陰罐內樹脂反洗起來,最大限度地提高樹脂膨脹度,確保陰陽樹脂完全分層;當樹脂界面清晰后再進入到第四步,另外在陰陽樹脂完全分層且界面不波動的情況下需要穩定幾分鐘。

2.4 第四步陰陽樹脂分離

第四步可謂樹脂再生過程中最關鍵的一步,因此在本步驟應嚴格注意:混床的矛盾之處在于,既要利用陰陽樹脂的密度差確保分離徹底,又要避免密度差影響樹脂混和均勻程度,因此在執行樹脂分離程序時要保證陰中含陽、陽中含陰率為零則相對較難。

a)確保慢速分層效果,因為在此步易出現樹脂亂層現象:注意反洗流量突然降低對分層效果的影響,當程序從第三步跳向第四步前,可先將慢速分層時的低流量修改成反洗分層時的高流量,當程序進行到第四步后若界面波動可先繼續在高流量下反洗,待界面重新穩定后再將流量緩慢降低至慢速分層的低流量;反洗流量降低后樹脂層必然下降,但必須確保平穩、緩慢,反洗流量忌采用直接降低的方式,可以采用階梯式、小幅度緩慢下降,最終降至10～12 t/h左右。

b)在分離過程必須注意分離的流量穩定、陰陽樹脂界面緩慢下降不波動,界面到達后程序能及時跳向下一步,并將管道內殘留樹脂沖洗干凈:在分離前確保除鹽水泵不要啟動以防止再生水泵流量突然變化,造成分離流量不穩定、陰陽樹脂界面以及樹脂層整體上下波動,導致界面不清晰、樹脂混雜嚴重;若出現光檢儀不靈敏的情況,必須嚴格注意對樹脂界面的控制,靈活采用倒計時或者就地人工干預的方式,確保當樹脂界面到達后程序能及時跳向下一步;必要時可采用延時,將各樹脂管道中殘留的樹脂沖洗至各罐體,確保管道沖洗干凈、樹脂不混雜;為確保在輸送界面樹脂時不造成流失,可在分離前將隔離罐中的存水排干,使得輸送、沖洗界面樹脂時隔離罐有足夠的空間。

2.5 第五步陰陽樹脂再生

a)確保樹脂的離子交換能力達到預期的效果:再生液的濃度合適,通過調整酸堿計量泵行程、稀釋水流量,使再生液濃度保持在4.0%～4.5%之間;堿再生液的溫度適中,通過調整熱水箱旁路門開度,使稀釋水溫度保持在35～40℃之間;再生劑量足夠,根據進酸堿量以及排液濃度來確定進酸堿時間;置換徹底,根據置換出水pH值來確定置換時間。

b)陰樹脂二次分離的作用不可忽視,陰樹脂經過再生后已轉變為OH-型,而未徹底從陰樹脂中分離出去的陽樹脂則轉變為Na+型,同時其密度也增大,若未將轉型后的陽樹脂分離出去則會影響高混的出水水質,因此必須嚴格執行此步驟。

c)防止陰樹脂的流失:嚴格控制再生后的反洗流量,嚴密觀察反排出水,不允許有陰樹脂顆粒出現,若有陰樹脂顆粒,則應將流量降低。

3 改進建議

以上分析了該系統運行當中易出現的問題,并提出了相關注意事項,但一些屬于設計上的問題無法避免,因此從運行的角度提出建議,在今后的設計時加以考慮。

3.1 改變失效樹脂的輸送方式

由于受高混底部漩流噴嘴角度的制約,殘留在高混死角位置的失效樹脂無法攪動起來,導致其泄出率往往達不到要求,因此建議將失效樹脂的輸送方式由水力輸送改為水力與氣力相結合的輸送方式,采用水力方式將大部分樹脂送出,殘留樹脂采用壓縮空氣送出,此舉可以滿足高混內失效樹脂的泄出率大于99.9%的要求,因而不會影響備用高混投運后的出水水質。

3.2 減輕樹脂磨損,降低樹脂的流失率

考慮到空氣擦洗造成樹脂的磨損、流失,主要是陰樹脂的流失,導致陰陽樹脂比例不平衡,影響高混的出水水質,建議對失效樹脂的擦洗方法進行改進。在樹脂擦洗完成后進行放水、反洗,將擦洗下來的雜質反洗出去。具體做法是減少擦洗次數,首先進行8次空氣擦洗后,將罐體內部的臟水全部排掉,再重新滿水開始反洗30 m in,重復循環2次,共擦洗16次,這樣在保證失效樹脂擦洗干凈的前提下,遠遠小于設定的30次,一定程度上減輕了樹脂的磨損程度。同時該方法也可應用于陰陽樹脂再生后的擦洗[1]。

3.3 樹脂分離的界面監測

該分離系統采用兩種界面監測方式即光學儀與導電度,由于導電度法是依靠加入二氧化碳使輸送水的導電度降低,來判斷界面是否到達,首先,采用此法導電度變化較光檢滯后2～3 s,此時陰樹脂可能已經輸送過去,另外從罐體底部輸入二氧化碳容易引起下部樹脂層的上下波動,造成樹脂界面混雜,影響樹脂的分離,因此建議僅采用較為科學、靈敏度高的光檢法,但必須定期對探頭及視窗進行擦拭校驗。

3.4 宜采用高強度樹脂

該再生系統對破碎陽樹脂的去除沒有較好的辦法,因此宜采用高強度樹脂。同時為考慮成本,建議采用全交換容量、滲磨圓球率、有效粒徑、均一系數等主要技術指標完全符合DLT5068—2006規程要求的國產樹脂,如杭州爭光生產的JL001、JL201或江陰蘇青生產D003NJ、D203N J[2]。

4 結束語

以錐體分離方法為主要技術的精處理高混樹脂再生系統,工藝成熟先進、設備穩定可靠,但也存在破損樹脂不易去除、失效樹脂泄出率低等不足之處,希望今后在設計時對相關再生工藝稍加改進,使其更能滿足現場的實際需要。另外在實際運行當中應注重經驗的積累,摸索出一套行之有效的優化措施,以提高該系統的運行可靠性,保證樹脂的再生效果,滿足熱力系統的水質要求。

[1] 楊曉飛.凝結水精處理再生水耗高原因分析及改進建議[J].山西電力,2007(6):46-47.

[2] 黃建新.凝結水精處理體外再生分離技術綜述[J].電站輔機,2004(3):34-35.

An Initial Analysison the Regeneration Processof Condensate Polishing Mixed Bed

YANG Xiao-fei1,HAO Jin-tang2,WANG Jun-ling1
(1.Shanxi Zhangze Electric Power Co.Ltd,Hejin,Shanxi 043300,China;2.ShanxiElectric Power Research Institute,Taiyuan,Shanxi 030001,China)

The importance of condensate polishing treatment is described.The regeneration p rocess of high speed m ixed bed is emphatically analyzed from the perspective of operation by the examp le of condensate polishing treatment system o f a power plant,and some im provement suggestions are given targetedly,which could increase the drain ratio of the exhausted resin,p revent the loss because of breakage o f the resin and raise the separation degree.

condensate polishing treatment;m ixed bed;regeneration process;conical separation

TK 223.5

B

1671-0320(2010)02-0047-03

2009-11-20,

2010-03-02

楊曉飛 (1980-),男,山西永濟人,2005年畢業于太原理工大學熱能動力系,助理工程師,從事電廠化學工作;郝晉堂 (1960-),男,山西原平人,1982年畢業于東北電力學院動力系,高級工程師,從事電廠化學工作;王俊玲 (1977-),女,山西翼城人,1999年畢業于華北電力大學環境工程系,工程師,從事電廠化學工作。