離子交換除鹽水系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)

唐雪萍

(浙江海鹽力源環(huán)保科技股份有限公司，上海　200233)

?

離子交換除鹽水系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)

唐雪萍

(浙江海鹽力源環(huán)保科技股份有限公司，上海200233)

介紹了某發(fā)電廠采用離子交換系統(tǒng)制備除鹽水的原理及相應(yīng)的設(shè)備配置，簡(jiǎn)述了離子交換器的運(yùn)行參數(shù)、新樹(shù)脂的預(yù)處理、系統(tǒng)運(yùn)行周期及陽(yáng)陰樹(shù)脂的失效控制點(diǎn)，對(duì)不同樹(shù)脂再生劑的選擇進(jìn)行了對(duì)比分析。結(jié)果表明：采用3%HCl，3%NaOH作為再生劑，再生流速為5 m/h時(shí)，陽(yáng)陰樹(shù)脂再生效果好。陽(yáng)床+陰床+混床除鹽水系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、周期制水量大，能保障鍋爐補(bǔ)給水的水質(zhì)水量。

離子交換；再生；原理

1　進(jìn)水水質(zhì)

目前，離子交換制備除鹽水工藝在電廠鍋爐補(bǔ)給水處理中應(yīng)用較廣泛，采用蒸餾法海水淡化裝置時(shí)，其后處理宜采用一級(jí)除鹽加混床或混床系統(tǒng)[1]。浙江某電廠采用海水淡化低溫多效加蒸汽壓縮噴射器(MED-TVC)的產(chǎn)品水(蒸餾水)和第一效凝結(jié)水作為離子交換器進(jìn)水水源，MED-TVC裝置產(chǎn)品水水質(zhì)見(jiàn)表1。

表1　進(jìn)水水質(zhì)

由表1可知，離子交換器進(jìn)水水質(zhì)較好，TDS≤5 mg/L，工藝設(shè)計(jì)可按一級(jí)除鹽系統(tǒng)。

2　工藝流程

海水淡化蒸餾水和第一效凝結(jié)水→“陽(yáng)陰床+混床”→超純除鹽水

出水水質(zhì)見(jiàn)表2。

表2　出水水質(zhì)

本工程采用母管制連接，當(dāng)采用表1的水質(zhì)進(jìn)水時(shí)，陰床及混床出水均可進(jìn)入后續(xù)除鹽水箱，即：四套系統(tǒng)可運(yùn)行，3用1備。當(dāng)使用備用水源時(shí)，需切換陰床產(chǎn)水閥，使產(chǎn)水進(jìn)入混床，最終混床出水進(jìn)入除鹽水箱，即：兩套系統(tǒng)可運(yùn)行，1用1備。此設(shè)計(jì)能滿(mǎn)足不同進(jìn)水時(shí)系統(tǒng)出力要求，系統(tǒng)出力按每套160～240 m3/h設(shè)計(jì)。

3　系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1離子交換系統(tǒng)的工藝原理

除去溶解于水中的各種電解質(zhì)稱(chēng)為除鹽。離子交換除鹽，即：H型陽(yáng)樹(shù)脂將待處理水中各種陽(yáng)離子交換成H+，OH型陰樹(shù)脂交換成OH-。交換生成的H+和OH-中和生成水，從而達(dá)到除鹽的目的[2]。離子交換還可去除原水中各種溶解態(tài)的雜質(zhì)離子和水中含有的有機(jī)物、非活性硅等，以生產(chǎn)出滿(mǎn)足鍋爐補(bǔ)給水用水要求的除鹽水。

進(jìn)水中的陽(yáng)、陰離子與樹(shù)脂中的H+，OH-發(fā)生交換，反應(yīng)式如下：

其中M+為陽(yáng)離子，X-為陰離子

強(qiáng)酸性陽(yáng)樹(shù)脂對(duì)陽(yáng)離子的交換順序依次為：Fe3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>Na+>H+，由此可知，當(dāng)進(jìn)水通過(guò)離子交換器時(shí)，進(jìn)水中Na+被陽(yáng)樹(shù)脂交換的能力最弱。隨著進(jìn)水水量的不斷增加，離子交換樹(shù)脂工作層會(huì)逐漸下移，失效層將加厚。最后，H+被進(jìn)水中陽(yáng)離子置換。當(dāng)發(fā)生離子交換的區(qū)域移至樹(shù)脂的最下層時(shí)，最先泄漏的是被交換能力最弱的Na+。因此，檢測(cè)陽(yáng)離子交換器失效與否是以漏鈉為標(biāo)準(zhǔn)的[3]。

混合離子交換器是將陰陽(yáng)離子樹(shù)脂按一定混合比例裝填在離子交換器內(nèi)，可同時(shí)交換水中的陰陽(yáng)離子，交換反應(yīng)分別生成H+、OH-，中和成水，完成除鹽過(guò)程。本次設(shè)計(jì)中，為防止混合離子交換器因制水量過(guò)高而深度失效，規(guī)定周期制水量8000 t。

3.2離子交換系統(tǒng)的運(yùn)行

離子交換除鹽系統(tǒng)主要由4臺(tái)DN3200陽(yáng)陰離子交換器，2臺(tái)DN2500的混合離子交換器構(gòu)成。陽(yáng)、陰床樹(shù)脂裝填量均為300 mm的壓脂層及2400 mm的交換層，混合離子交換器陽(yáng)樹(shù)脂裝填量為450 mm，陰樹(shù)脂裝填量為1350 mm。離子交換器進(jìn)水配水裝置采用十字支母管式，中間集、排水裝置采用母支管，出水集水裝置采用水帽出水，出水口處安裝樹(shù)脂捕捉器，截留從交換器中泄漏的樹(shù)脂。

3.2.1新樹(shù)脂預(yù)處理

離子交換器罐體內(nèi)填充樹(shù)脂采用GB13659《001×7強(qiáng)酸性苯乙烯系陽(yáng)離子交換樹(shù)脂》及GB13660《201×7強(qiáng)堿性苯乙烯系陰離子交換樹(shù)脂》標(biāo)準(zhǔn)。

陽(yáng)陰樹(shù)脂出廠離子形態(tài)為Na型及Cl型，需要將其轉(zhuǎn)型為H型及OH型。本工程采用雙倍再生法轉(zhuǎn)型，即：使用正常再生劑量的2倍再生液體積對(duì)樹(shù)脂進(jìn)行再生[3]。第一次采用浸泡再生，所需時(shí)間約為24 h，第二次采用正常的逆流再生，持續(xù)時(shí)間為30 min。混床采用同時(shí)再生，即酸堿再生液同時(shí)進(jìn)入罐體內(nèi)，對(duì)樹(shù)脂進(jìn)行再生。

轉(zhuǎn)型后的樹(shù)脂在床體內(nèi)進(jìn)行正洗，直至床體出水與進(jìn)水pH值相等。預(yù)處理過(guò)程不僅可將樹(shù)脂轉(zhuǎn)型，恢復(fù)交換容量，還可洗出混在其中的碎樹(shù)脂[4]。

3.2.2離子交換器運(yùn)行

原水通過(guò)進(jìn)水泵進(jìn)入離子交換器，進(jìn)水與樹(shù)脂接觸，樹(shù)脂將水中的陽(yáng)、陰離子從水中置換到樹(shù)脂上，水中的離子被除去，得到合格的除鹽水。設(shè)備運(yùn)行一段時(shí)間后，需對(duì)中間排液管上的壓脂層進(jìn)行小反洗，去除運(yùn)行時(shí)積聚的懸浮雜質(zhì)及破碎樹(shù)脂，確保系統(tǒng)的正常出力。離子交換器的設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表3。

表3　離子交換器設(shè)計(jì)參數(shù)

3.3離子交換系統(tǒng)的再生

離子交換系統(tǒng)的再生對(duì)于除鹽系統(tǒng)的穩(wěn)定、長(zhǎng)久、有效的運(yùn)行起到了關(guān)鍵性的作用，只有再生徹底的樹(shù)脂，才能保障整個(gè)系統(tǒng)可靠運(yùn)行。否則，直接影響后續(xù)運(yùn)行時(shí)樹(shù)脂的工作交換容量、出水水質(zhì)、制水周期等環(huán)節(jié)，制約了本系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。

3.3.1再生劑的選擇

表4　再生劑的區(qū)別

本工程采用HCl作為陽(yáng)樹(shù)脂再生劑。

陰樹(shù)脂一般采用NaOH作為再生劑，OH-離子置換陰樹(shù)脂中陰離子，發(fā)生運(yùn)行時(shí)的逆反應(yīng)，使其恢復(fù)除鹽能力。

離子交換系統(tǒng)再生時(shí)設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表5。

表5　再生設(shè)計(jì)參數(shù)

離子交換系統(tǒng)的再生設(shè)備規(guī)格見(jiàn)表6。

表6　再生設(shè)備規(guī)格

3.3.2離子交換器的再生步序

由于離子交換器罐體設(shè)備布置在化水車(chē)間內(nèi)，而再生系統(tǒng)布置在室外的廢水池上，物理距離較遠(yuǎn)。一般設(shè)計(jì)中，多采用酸堿噴射器作為再生液載體進(jìn)行再生，但噴射器出口壓力一般為0.12～0.2 MPa，遠(yuǎn)距離輸送液體時(shí)，不適宜[7]。因此，酸堿計(jì)量系統(tǒng)宜采用液壓隔膜泵輸送，再生劑通過(guò)計(jì)量泵進(jìn)入混合三通，配置成合適濃度再生液對(duì)樹(shù)脂進(jìn)行再生。

本工程除鹽系統(tǒng)采用母管制，當(dāng)任何一臺(tái)床體樹(shù)脂失效，出水不合格時(shí)，停止運(yùn)行，啟用備用床體投入制水，而本床體則自動(dòng)切換到再生程序。再生前，床體進(jìn)行小反洗，即：只對(duì)中排裝置上的壓脂層進(jìn)行反洗，沖洗運(yùn)行時(shí)堆積在壓脂層中的顆粒物雜質(zhì)，直至反洗出水澄清，時(shí)間約15～20 min。小反洗結(jié)束后，進(jìn)再生液，控制再生液流速<5 m/h，以防流速高，引起樹(shù)脂亂層，再生時(shí)長(zhǎng)約40 min；再生液浸泡完后，關(guān)閉再生劑進(jìn)液閥，進(jìn)行置換，置換時(shí)間約為40 min；置換結(jié)束后進(jìn)行小正洗，將再生過(guò)程中殘留在壓脂層中的再生廢液沖洗干凈，時(shí)長(zhǎng)約為20 min，最后進(jìn)行正洗，直至出水合格，再生結(jié)束[6]。

4　結(jié)　論

本工程運(yùn)行的結(jié)果顯示，離子交換系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)3用1備或1用1備，根據(jù)進(jìn)水不同水質(zhì)，可靈活切換。系統(tǒng)產(chǎn)水水質(zhì)和水量均達(dá)標(biāo)，能安全、穩(wěn)定的滿(mǎn)足后續(xù)系統(tǒng)對(duì)除鹽水的需求。同時(shí)，具備設(shè)備、管道、支吊架布置美觀、緊湊、自動(dòng)化程度高，為今后類(lèi)似的工程案例提供了參考依據(jù)。

[1]DL/T 5068-2006,中華人民共和國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[S]．

[2]劉小平,傅曉萍,李本高. 除鹽水制備技術(shù)進(jìn)展[J].工業(yè)水處理,2008,28(4): 6-8.

[3]錢(qián)達(dá)中.發(fā)電廠水處理工程[M].北京:中國(guó)電力出版社,2002:119-199.

[4]樊紅慶. 離子交換除鹽水技術(shù)研究[J].科技傳播,2013(4): 169-170.

[5]趙興旺,王慶龍. 除鹽水裝置陽(yáng)床再生液的選用[J].化工進(jìn)展,2013,32(z1):278-280.

[6]樊紅慶. 反滲透合并混床二級(jí)除鹽水技術(shù)工藝探究[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè),2013(16):73-74.

[7]江鴻,于新娜,王靜龍. 除鹽水生產(chǎn)系統(tǒng)若干設(shè)計(jì)問(wèn)題的改進(jìn)建議程[J].自動(dòng)化與儀器儀表,2014(12):186-187.

Design of Desalination Water Ion Exchange System

TANGXue-ping

(Zhejiang Haiyan Power System Resources Environmental Technology Co.,Ltd., Shanghai 200233, China)

Equipment configuration and principle of preparation of desalination water based on ion exchange system were introduced. The operation status, pretreatment of new resin, running period and failure point of cation and anion exchange resin were described, and different recycling agent was analyzed. The result showed that 3%HCl, 3%NaOH were used as the recycling agent while the regeneration velocity was controlled at 5 m/h, the resin can be regerated well. The whole system containing cation, anion and mixed ion exchaner run stably. The period water output of the ion exchanger was large, can guarantee the quality and quantity of the water used for boiler feed water.

ion exchange; cycle; principle

唐雪萍(1986-)，碩士，工程師。

TK223.5

B

1001-9677(2016)03-0138-03