軟化器高負荷運行參數的研究

（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司煉鋼廠，山東 萊蕪 271104）

軟化器高負荷運行參數的研究

邢東方 顏景春 趙景泉 孫惠玲

（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司煉鋼廠，山東 萊蕪 271104）

通過對軟化器正洗等操作和進水流量、再生液濃度等參數的研究，發現預正洗的加入，可以使軟化器使用周期延長、周期軟水產量上升、進水量下降，鹽濃度在4.0%～8.0%時，軟化器周期軟水產量與再生液濃度成正比。

軟水；鹽耗；水耗；高負荷

軟水對于低壓余熱鍋爐用水而言，具有制作工藝設備相對簡單、較除鹽水成本低廉等優點。目前，很多老鋼廠的軟水站都面臨高負荷狀態。因此，高負荷工況下軟水站各項參數的研究是一個重要的課題，對軟水站高負荷穩定運行具有重大意義。

山東鋼鐵萊鋼煉鋼廠軟水站建成投產于2002年，隨著產能的提升，軟水站的工作負荷也在不斷升高，當前，軟水站軟化器的運行流速為23～25m/h，屬于高負荷運轉。

一、軟水站工藝設備概況

萊鋼煉鋼廠老區軟水站現擁有兩臺機械過濾器；4個一級軟化器（直徑2 700mm）；兩個二級軟化器（直徑2 000mm），均為逆流再生固定床。軟化器使用樹脂為001×7酸性陽離子交換樹脂，6個軟化器共裝有55.1t樹脂。目前軟水站的軟水產量為2 000～2 200t/d，約耗生水3 000t/d。一級軟化器的設計運行流速為25～30m/h，目前的實際運行流速為28.1～38.6m/h，屬于高負荷甚至超負荷運行。

軟水站工藝設備簡圖如圖1所示。

圖1 軟水站工藝設備圖

老區軟水站生水硬度為380～550mg/L。對于再生液，使用鹽溶解池作為再生液配制容器，鹽溶解池為半地下式，集溶鹽、過濾、再生液吸水井功能于一體，鹽池有效容積為60m3，采用自然溶解的方式溶鹽。

二、高負荷工況下軟化器運行參數的研究

1.高負荷下進水流量對軟化器的影響

煉鋼廠老區軟水產量為1 921m3/d，生水消耗量為2 438m3/d，約101.6m3/h。實際生產中，進水流量個別時間必須維持在130～140m3/h才能滿足需要。本次實驗生水水質為420～440mg/L，研究不同進水流量對同一個一級軟化器（裝有樹脂10.2t）軟水產量的影響，結果見圖2。

圖2 一級軟化器周期軟水產量與進水流量關系圖

由圖2看出，進水流量的越大，一級軟化器軟水產量越低。流量為90～130m3/h。周期軟水產量與進水流量成反比，定義進水流量增大對周期軟水產量有一個衰減比θ，則θ的值為1.637t軟水/（t進水·t樹脂），即對于每噸樹脂，每增加1t的進水流量，其周期產水量就會下降1.637t。進水流量越大，反應器內發生水路短流的情況也就越嚴重，進水流量大和短流的發生會造成反應器截面上的流速過大，從而使離子樹脂交換不夠充分，整體交換性能下降，造成離子樹脂失效過快，軟化器產量低，使用周期時間縮短，最終導致鹽耗、水耗的上升。

2.預正洗操作對軟化器操作的影響

為了充分保證高負荷軟化器系統的工作穩定性，加入了預正洗操作。預正洗是指軟化器在正式投用前，對其進行正洗操作使出水硬度符合投用標準。預正洗的加入會使軟化器周期水耗少量上升，但它對最終的出水和下一級軟化器的保護至關重要。根據生水水質的不同，預正洗的時間通常會進行2～4min，初始出水硬度通常在350～420mg/L，由于二級軟化器長期在線，對進水水質要求高，若不進行預正洗操作，會縮短二級軟化器的使用周期并使其出水水質不穩定。

本次研究對預正洗的單因素影響程度進行了對比試驗，效果對比如圖3所示。

圖3 預正洗操作加入前后二級軟化器周期軟水產量對比圖

其他條件相同的情況下，不采用預正洗時，二級軟化器的使用周期為287h，周期軟水產量20 069t，采用預正洗的軟化器使用周期為405h，同比延長41.1%，周期軟水產量27 869t。同比上升38.9%。

3.再生液濃度的對軟化器使用周期的影響

本次實驗在軟水站4.0%～8.0%的經驗再生濃度范圍內設置1.5t、1.25t和1.0t三種投鹽量（分別對應再生濃度為5.0%、6.3%和7.5%）進行研究，在相同的鹽池液位及同樣生水硬度條件下，對于同一個一級軟化器，不同的投鹽量會帶來不同的軟化器出水量（圖4）。

圖4 軟化器再生投鹽量與軟水產量關系圖

從圖4中可以看出，對于同一軟化器，同樣的鹽溶解池液位，投鹽量越大，軟化器軟水產量越高，使用周期越長，相同時間內，反應器正反洗等操作引起的水耗也就越低。對于噸鹽軟水產量來看，三次試驗分別為602t、876t和1 032t。由分析得出，6.3%是一個較為經濟的再生液濃度值。

三、效果和結論

1.效果

經過本次工藝參數及操作優化，在相同生水水質條件下，一級軟化器周期軟水產量由661m3/周期變為760m3/周期，提高了15.0%；二級軟化器生產周期由原來的287h變為405h，同比延長41.1%；在生水水質423mg/L的條件下，月鹽耗由原來的111.6t，下降至94.8t，同比降下15.7%；軟水站每月水耗由75 591t，下降至69 466t，同比下降8.1%。

2.結論

（1）進水流量在90～130m3/h之間，軟化器的周期軟水產量與進水流量成反比例關系，其下降程度為1.637t軟水/（t進水·t樹脂）。

（2）對于同一個軟化器，其余條件相同，再生液濃度在4.0%～8.0%時，軟化器周期軟水產量與再生液濃度成正比，6.3%是較為經濟的再生濃度。

（3）預正洗操作的加入，可以將軟化器使用周期延長41.1%，周期軟水產量上升38.9%。

[1] 張馳.提高鈉離子交換器工作交換容量淺析[J].工業安全與環保，2006（32）：12-14.

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