粉末樹脂覆蓋過濾器系統設計及說明

徐 龍，張露萍

（1.中國電建集團江西省電力設計院有限公司，江西 南昌 330096；2.江西科技學院，江西 南昌 330098）

0 引 言

粉末樹脂覆蓋過濾系統適用亞臨界直接空冷機組的凝結水精處理，也適用于超臨界及以上參數直接空冷機組凝結水精處理的前處理。該系統兼有除鐵、部分除鹽功能以及具備優良的節水性能，具有極高的使用價值[1]。

1 工作原理

粉末樹脂覆蓋過濾器工作原理是預先將粉狀濾料（纖維粉或陰陽樹脂粉）覆蓋在特制的濾件（濾元）上，使濾料在濾件上形成了一層均勻的微孔濾膜；水由管外進入，經濾膜過濾后，通過管件上的孔進入管內，匯集后送出。因為在這種設備中起過濾作用的是覆蓋在濾元上的粉末樹脂濾膜，故稱為粉末樹脂覆蓋過濾。

當粉末樹脂濾膜截留了一定量的懸浮物質，阻力增加到一定值或過濾器出水的電導率值達到設定時，設備退出運行，用壓縮空氣或自壓縮空氣膨脹法將濾膜擊破（爆膜）并將其排走，然后用水沖洗凈濾元重新鋪膜，然后再投入運行形成一個周期。

2 粉末樹脂覆蓋過濾系統優點

2.1 流量大，功能多

和常規過濾器相比，粉末覆蓋樹脂過濾器的過濾面積大，單位質量的工作交換容量大，對鐵的去除率較高。在高效除鐵的同時，利用被涂在濾元表面的粉末樹脂層的高速離子交換，能有效去除有機物和膠體硅，還能有效去除熱力系統腐蝕產物，起到部分除鹽功能。

2.2 啟動快

和混床、分床相比，采用粉末樹脂覆蓋過濾工藝可以達到機組停機后快速啟動的目的。機組在安裝完后第一次啟動或停機后，系統內常帶有大量鐵及其腐蝕產物，影響水汽品質。若采用混床系統，則需一直旁路至鐵含量1 000 μg/L以下才能投運混床，啟動時間較長。采用粉末樹脂覆蓋過濾器可以直接投運，濾元及其表面鋪上的纖維粉可直接過濾掉凝結水中所攜帶的鐵及其腐蝕產物，大大縮短機組的啟動時間。

2.3 溫度適宜廣

空冷機組的凝結水溫通常超過60 ℃，尤其是夏天，可達85 ℃以上。當凝結水溫度超過60 ℃時，混床及分床系統將無法運行，凝結水只能100%旁路，否則混床/分床系統的樹脂在使用一段時間后會發生降解，影響水汽品質。粉末樹脂覆蓋過濾器可處理高溫（＜100 ℃）凝結水，在凝結水溫不超過85 ℃的情況下正常運行。

2.4 節水環保

粉末樹脂覆蓋過濾系統采用粉末樹脂，無需酸堿再生，占地面積小，減少了主廠房體積，減少了酸霧腐蝕和廢水排放，滿足了機組節水和環保要求。

3 粉末樹脂過濾器設計參數

粉末樹脂過濾器設計參數，如表1所示[2]。

表1 粉末樹脂過濾器設計參數

4 系統說明

粉末樹脂覆蓋過濾系統的運行，一般分為三個步驟：鋪膜、過濾和爆膜。

4.1 鋪膜

鋪膜是將濾料鋪在濾元上形成良好濾膜的過程。濾料在循環過程中發生分級，在濾元的孔隙處產生架橋作用，最后形成濾膜。鋪膜系統主要由鋪膜箱、鋪膜輔助箱、鋪膜泵、保持泵和鋪膜注射泵等組成。

鋪膜需注意以下問題：（1）漿液中濾料含量需控制好，過高不能很好分級，過低不易鋪好膜，且延長鋪料時間；（2）要防止空氣進入，以免影響水流工況；（3）鋪料流速與濾料的密度及粒徑有關，如濾料密度小、濾料上升速度快，說明流速過高，濾元上濾膜易形成上厚下薄形狀，水流易形成紊流導致產生孔洞；如濾料向下沉降，則是相反情況。以上均需避免[3]。

4.2 運行

粉末樹脂覆蓋過濾系統有靈活的運行機制，當機組首次啟動、大修后啟動或長期停機后啟動時，濾元表面可只鋪上纖維粉投入運行，過濾鐵及腐蝕產物等雜質。系統運行平穩后，可將樹脂粉鋪膜到濾元表面，全面發揮系統的過濾及除鹽功能。若凝結水溫度過高，則濾元表面只鋪陽樹脂粉或纖維粉運行。

投入運行過程，如發現濾膜脫落，應首先關閉出水門和旁路排水門，防止濾料進入熱力系統，然后關閉進水門，重新啟動鋪膜泵，重新鋪膜流程。

運行中需注意以下問題：（1）過濾流速控制在一定范圍，濾速太大，濾膜很快被壓實，壓降迅速上升，縮短運行周期；濾速太小，可能出現濾膜脫落現象；（2）運行出現非正常狀態如凝結水中斷時，應迅速關閉出水門，稍開旁路排水門，密切注意濾膜狀態，防止濾料進入熱力系統；（3）防止設備超壓；（4）正常運行需解列設備時，可稍開旁路排水門，然后再關出水門，保持設備一定進、出口差壓，避免造成脫膜[4]。

4.3 爆膜

如果過濾器的出口電導率或進出口壓差達到設定值或者運行周期超過20天時，需退出運行系統。先關本體出水門，后關本體進水門，過濾器停運，進行爆膜操作。

爆膜方式有兩種：一種為自壓縮空氣爆膜，即利用設備本身聚集的壓縮空氣，急速放出時將多孔管板上水墊層經濾元內部壓出，擊碎失效濾膜；另一種為壓縮空氣定壓爆膜即，將壓縮空氣引入粉末樹脂覆蓋過濾器上封頭，達一定壓力值時，快速全開放空氣門和排污門進行爆膜。爆膜不凈可重復操作，過后開反洗進水沖洗至濾元清潔為止[5]。

5 濾芯除鐵、除硅效果

經實驗證明，系統濾芯的除鐵效果十分顯著，且不同精度的濾芯除鐵效果大致接近，如表2所示。

當采用粉末樹脂覆蓋后，過濾器的除鐵能力將達到90%～95%，效果明顯。濾芯除硅有一定效果，但不明顯，試驗結果如表3所示。

表2 蜂房式濾芯除鐵效果

過濾器除硅能力主要依靠濾芯覆蓋的粉末樹脂，但當溫度高于70 ℃運行1小時后，樹脂將失去除硅能力。

6 線繞式濾芯的排布計算

以印尼某工程為例，如圖1所示，取直徑為50.8 mm（2英寸），涂層厚度6.3 mm，凈空間6～12 mm取12 mm，濾芯中間距離約75.4 mm。

以此計算，DN1500過濾器可設置濾芯約250根，單支濾芯通量取2.4 t/h，可處理水量約600 t/h。

7 凝結水精處理粉末系統樹脂粉和纖維粉用量計算

以上述工程為例，凝結水精處理粉末系統樹脂粉和纖維粉用量計算如下[6]：

（1）單支濾芯的表面積：1.7×3.141 59×0.05＝0.267 m2；

（2）單臺過濾器濾芯支數為250根；

圖1 線繞式濾芯的排布示意圖

（3）單臺過濾器的總表面積為0.267×250=66.75 m2；

（4）正常鋪膜時，樹脂層厚度應為6 mm，需加入干樹脂粉量為1 kg/m2；

（5）單臺過濾器一次鋪膜需投加66.75 kg干樹脂粉；

（6）每袋樹脂粉干重為5 kg。纖維粉每袋樹脂粉干重為5 kg；

（7）因此，單次鋪膜需樹脂粉和纖維粉的量為14袋；

（8）水質較好時，鋪膜量可以減少，但最少必須保證0.5 kg/m2；即每次鋪膜量不少于7袋。

[1] 國家能源局.DL5068-2014發電廠化學設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2014.

[2] 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.GB/T12145-2016 火力發電機組及蒸氣動力設備水汽質量[S].北京：中國標準出版社， 2016.

[3] 周柏青，陳志和.熱力發電廠水處理[S].第4版.北京：中國電力出版社，2009：317-344.

[4] 美 國 機 械 工 程 師 協 會 .ASME B31.1-2010 ASME 壓 力管道規范B31.1動力管道2010（中文版）[S].北京：中國石化出版社，2011.

[5] 馮逸仙，楊世純.反滲透水處理[S].第1版.北京：中國電力出版社，1997：35-37.

[6] 楊東方.凝結水處理[S].第1版.北京：水利電力出版社，1989.