中壓凝結(jié)水精處理混床樹脂配比優(yōu)化的研究與應(yīng)用

馬強(qiáng)

摘 要：發(fā)電廠凝結(jié)水精處理系統(tǒng)是保證機(jī)組汽水系統(tǒng)水汽品質(zhì)的重要手段，延長理混床運(yùn)行周期，可以有效降低運(yùn)行成本和廢水排放。本文介紹了通過優(yōu)化樹脂配比來延長混床運(yùn)行周期的方案，以及在平海電廠2*1000MW中的運(yùn)用效果。

關(guān)鍵詞：精處理；樹脂比例；運(yùn)行周期；節(jié)能降耗；廢水減排

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.05.229

0 引言

凝結(jié)水精處理裝置對保證鍋爐給水水質(zhì)意義重大，當(dāng)精混床失效時需要及時對進(jìn)行再生，而再生過程中需要消耗大量除鹽水、酸堿、電能，產(chǎn)生大量廢水，頻繁的再生也會導(dǎo)致樹脂性能下降、破碎以及損失。因此，延長混床運(yùn)行周期，減少再生次數(shù)將會產(chǎn)生積極的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

1 系統(tǒng)簡介

平海電廠凝結(jié)水精處理系統(tǒng)包括：前置過濾器、高速混床、樹脂捕捉器、再循環(huán)系統(tǒng)和1套旁路系統(tǒng)。正常運(yùn)行時過濾器兩臺并列運(yùn)行，不設(shè)備用。混床三臺并列運(yùn)行，一臺備用，可滿足每臺機(jī)組100%的凝結(jié)水處理量。體外再生系統(tǒng)設(shè)備包括：陰樹脂再生兼分離塔、陽樹脂再生兼貯存塔和樹脂隔離罐。

2 運(yùn)行現(xiàn)狀分析

2.1 精處理系統(tǒng)運(yùn)行指標(biāo)

平海電廠精處理樹脂采用美國DOW凝膠型均粒樹脂，混床內(nèi)陽/陰樹脂比例為2：3。采用氫型混床運(yùn)行，混床平均運(yùn)行周期（5-7d）和出水質(zhì)量均滿足設(shè)計(jì)要求：懸浮物≤1ug/L、Na+≤1ug/L、全鐵≤3ug/L、Cl-≤1ug/L、SiO2≤5ug/L、pH=6.7～7.5。

2.2 運(yùn)行工況分析

由于平海電廠參與電網(wǎng)調(diào)峰運(yùn)行，負(fù)荷波動較大，啟停機(jī)次數(shù)較多，采用加氧處理工況風(fēng)險較大，因此采用的是AVT（O）微氧化性全揮發(fā)處理，使用氨水調(diào)節(jié)給水pH在9.2-9.6。凝結(jié)水指標(biāo)要求Na+≤5ug/L，F(xiàn)e3+≤5ug/L，Cl-≤5ug/L，SiO2≤20ug/L，換算后Na+≤2.2*10-7mol/L，F(xiàn)e3+≤8.9*10-8mol/L，Cl-≤1.4*10-7mol/L，SiO2≤3*10-7mol/L。氨水加入后在機(jī)組汽水中存在著平衡NH3·H2ONH4++OH—，當(dāng)pH=9.4時，[NH4+]=[OH-]=1*10-4.6mol/L，對比凝結(jié)水中陰陽離子數(shù)量，NH4+和OH—遠(yuǎn)大于其他離子數(shù)量。

NH4+隨凝結(jié)水進(jìn)入精處理混床，進(jìn)行離子交換反應(yīng)RH+NH4+RNH4+H+，H+與凝結(jié)水中存在的OH—結(jié)合生成H2O。上述反應(yīng)為混床中發(fā)生的主要反應(yīng)，當(dāng)混床出水出現(xiàn)NH4+時，出水電導(dǎo)率上升，pH值也升高，判斷混床失效，此時，陽樹脂主要為RNH4型，少量RNa型；陰樹脂仍然主要為ROH型，少量RHSiO3型，微量RCl型，陰樹脂失效程度較低。陰樹脂未失效但仍然和陽樹脂一同進(jìn)行再生，造成浪費(fèi)。

3 改進(jìn)方案分析

3.1 方案篩選

對于AVT工況下延長混床周期制水量的方案有前置陽床+混床、銨型混床運(yùn)行、調(diào)整樹脂配比提高混床樹脂的實(shí)際工作交換容量。

基于現(xiàn)有場地和投資限制，前置陽床+混床可行性不高。銨型混床運(yùn)行雖然可以大幅提高運(yùn)行周期，但除鹽能力極低，如出現(xiàn)凝結(jié)水水質(zhì)惡化，銨型混床將在極短的時間被擊穿，直接導(dǎo)致給水和蒸汽品質(zhì)惡化。所以，前兩種方案均不予考慮。

3.2 高速混床內(nèi)樹脂形態(tài)動態(tài)過程

分析混床內(nèi)樹脂型態(tài)變化，理想化的將樹脂層自上而下分為3段[1]：

（1）樹脂層上段。此段陽樹脂已經(jīng)從RH型轉(zhuǎn)為RNH4型，大部分陰樹脂仍保持ROH型。該段中的水pH約為9.2-9.6，與混床進(jìn)水相同。只要混床樹脂到達(dá)設(shè)計(jì)的再生度，不會發(fā)生Na+和Cl-的排代，此段樹脂層出水中的Na+和Cl-濃度和混床進(jìn)水相當(dāng)。

（2）樹脂層中段。此段樹脂層中的陽樹脂處于從氫型向銨型轉(zhuǎn)變的過程中，被吸收了NH4+的進(jìn)水，其pH值為7.0左右，其在流經(jīng)陽、陰樹脂時，水中的Na+和Cl-等離子被除去；但當(dāng)后續(xù)高pH和高含氨量的水流經(jīng)這部分樹脂，其吸收的Na+和Cl-等離子又會被水中的NH4+和OH-排代出來，進(jìn)入下面的樹脂層。

（3）樹脂層下段。下段的進(jìn)水pH值約為7.0左右，樹脂層中主要是RH型陽樹脂和ROH型陰樹脂，該段樹脂發(fā)揮除鹽作用。當(dāng)樹脂層上段不斷擴(kuò)大，中段向下推進(jìn)逐漸下移到下段樹脂層底部時，混床出水中開始有氨漏過，同時也有Na+和Cl-被排代出來，電導(dǎo)率升高，pH升高，氫型混床到達(dá)失效終點(diǎn)。

由上述過程可以得出：（1）AVT工況下氫型混床，在凝汽器沒有泄露的情況下，運(yùn)行周期取決于陽樹脂總工作交換容量，交換容量越大，運(yùn)行周期越長；當(dāng)發(fā)生凝汽器泄露時，由于高pH和大量NH4+的存在，混床運(yùn)行周期將明顯縮短。（2）AVT工況下采用氫型混床，由于接觸高pH進(jìn)水，要求陰陽樹脂有較高的再生度[2]，否則，不僅不能除鹽，還會發(fā)生Na+和Cl–的排代現(xiàn)象。

3.3 不同樹脂比例對樹脂交換當(dāng)量的影響

通過表1凝膠型和大孔型樹脂在不同比例時的最終工作交換容量，可以看出當(dāng)體積比為2：3時，陽陰樹脂交換當(dāng)量約為1：1，這也是為何在中性加氧工況下大多數(shù)設(shè)計(jì)采用樹脂配比2：3的原因。當(dāng)采用1：1的樹脂比例時，不論哪種型號的樹脂，陽樹脂交換當(dāng)量均提高，陰樹脂交換當(dāng)量則略有下降。

3.4 方案確定

針對AVT（O）運(yùn)行工況下，陽樹脂交換容量決定運(yùn)行周期，將樹脂比例由2：3調(diào)整為1：1，在略微提高陽樹脂數(shù)量的情況下，可以較大幅度的提高陽樹脂的實(shí)際工作交換容量，從而大幅度提高陽樹脂的總工作交換容量，延長混床運(yùn)行周期，同時保證陰樹脂有一定的交換容量，以滿足凝結(jié)水水質(zhì)惡化時的處理要求。

4 方案實(shí)施以及實(shí)施效果

4.1 優(yōu)化方案

混床內(nèi)陽/陰樹脂比例為2：3，單臺混床內(nèi)陽/陰樹脂體積分別為3.036m3和4.785m3。需要將陰樹脂減少0.875m3，陽樹脂增加0.875m3，從而保證樹脂總量不變，混床內(nèi)水力特性不變，輸送及再生程序基本不變。查看圖紙結(jié)合現(xiàn)場觀察測量，再生系統(tǒng)陰陽塔的結(jié)構(gòu)均可滿足變更樹脂比例后的樹脂再生需求。

經(jīng)過樹脂比例調(diào)整并再生好的樹脂要進(jìn)行跟蹤觀察，并記錄運(yùn)行數(shù)據(jù)。對混床出水進(jìn)行人工化驗(yàn)Na+、SiO2和Cl-等。記錄該套樹脂的轉(zhuǎn)移、再生、周期制水量以及運(yùn)行參數(shù)。

4.2 實(shí)施效果

試驗(yàn)床經(jīng)過三個制水周期的運(yùn)行，運(yùn)行周期制水量，分別為：210858噸、205929噸、208225噸。

試驗(yàn)期間每天對混床入口母管、試驗(yàn)床出口以及同時運(yùn)行的未調(diào)整混床出口水質(zhì)進(jìn)行人工化驗(yàn)監(jiān)測，試驗(yàn)床整個運(yùn)行周期內(nèi)出水水質(zhì)合格，Na+=0.3-0.8ug/L，Cl-=0.1-0.7ug/L，SiO2=1.0-3.2ug/L，pH=6.7-7.1，SC=0.08-0.10us/cm 。Na+，Cl-，SiO2等離子含量與同時運(yùn)行的其他混床相當(dāng)，樹脂再生度符合要求。

4.3 節(jié)能降耗評價

現(xiàn)1號機(jī)組精處理5套樹脂均已進(jìn)行比例優(yōu)化，混床系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，出水質(zhì)量優(yōu)良，運(yùn)行周期大幅提高，優(yōu)化前后精處理混床對比見表2：

按機(jī)組年利用小時4000計(jì)算，兩臺機(jī)組年發(fā)電量為80億度，兩臺機(jī)精處理混床均進(jìn)行比例優(yōu)化后，可減少再生次數(shù)52.3次；節(jié)約再生費(fèi)用40.7萬元；減少廢水排放2.77萬噸；減少廢水處理費(fèi)用1.47萬元。

5 結(jié)論

針對凝結(jié)水中陰、陽離子種類及其含量的特點(diǎn)，通過優(yōu)化凝結(jié)水精處理混床內(nèi)陰陽樹脂配比，充分挖掘發(fā)揮離子交換樹脂的交換能力。在保證精處理系統(tǒng)出水品質(zhì)的基礎(chǔ)上，可以有效延長混床運(yùn)行周期，減少了再生廢水的排放，產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]韓隸傳，李志剛.凝結(jié)水精處理混床機(jī)理和應(yīng)用研究[J].中國電力，2007（12）.

[2]蔣如豐，馬玉英 .凝結(jié)水精處理工藝中高速混床運(yùn)行特性及計(jì)算方法[J].中國電力，1993（11）.

[3]陳永健.混床中陽陰樹脂比例的選擇[J].華東電力，譯自美國《燃燒》雜志.