優(yōu)質(zhì)中水的利用對除鹽系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的影響

（天津大沽化工股份有限公司，天津300000）

天津大沽化工股份有限公司熱電分廠除鹽系統(tǒng)為鍋爐及化工生產(chǎn)單位制取、供應(yīng)除鹽水（又稱無離子水）。系統(tǒng)采用運(yùn)行浮動(dòng)式陽、陰離子交換器+混床二級(jí)除鹽工藝。運(yùn)行浮動(dòng)式離子交換器由于運(yùn)行流速高，離子交換反應(yīng)速度快，對原水水質(zhì)極為敏感。之前我們使用含鹽量較高的灤河水作為水源，制水消耗較大。尤其是當(dāng)灤河水水質(zhì)劣化時(shí)，經(jīng)常致使離子交換器過快失效，再生頻繁，物料消耗大幅增加。嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致交換器頻繁再生投運(yùn)，時(shí)常出現(xiàn)故障，造成制水緊張，甚至出現(xiàn)供水中斷的狀況，對公司生產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響。2012年底我們初步改用優(yōu)質(zhì)中水做為主要水源，此狀況得到較大改善。

1 除鹽工藝原理及特征

陰、陽離子交換樹脂除鹽技術(shù)于20世紀(jì)60年代末引入我國，在電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用至今，其利用離子交換器內(nèi)陰陽樹脂的離子交換特性，將水中的陰、陽離子置換降低從而制得除鹽水，并且其交換反應(yīng)是可逆的，樹脂失效后可用相應(yīng)化學(xué)藥劑再生還原繼續(xù)使用。

1.1 陰、陽床

目前，我公司除鹽系統(tǒng)陰陽床均采用運(yùn)行浮動(dòng)式離子交換器，浮動(dòng)運(yùn)行，固定逆流再生，樹脂滿床運(yùn)行，其工藝簡圖如圖1所示。

圖1 運(yùn)行浮動(dòng)床工藝簡圖

運(yùn)行浮動(dòng)床運(yùn)行時(shí)，水從床體下部進(jìn)入上部流出，樹脂被托起呈壓實(shí)狀態(tài)，浮而不亂，滿足制水條件。再生時(shí)樹脂層穩(wěn)定，再生液從床體頂部進(jìn)入，經(jīng)樹脂層恢復(fù)樹脂離子交換能力后，從床底倒置U型排液管排出（U型排液管作用是保證再生時(shí)床內(nèi)滿水，防止空氣進(jìn)入，影響再生效果）。其主要特征如下：

1）運(yùn)行流速較高，出力較大。運(yùn)行浮動(dòng)床運(yùn)行流速可達(dá)40m/h，較固定運(yùn)行離子交換器20m/h的流速，其出力可增加一倍。由于其運(yùn)行流速較高、離子交換速度較快，所以對進(jìn)床水質(zhì)極為敏感。

2）再生度較高。因其為逆流固定再生，故再生時(shí)樹脂層工況穩(wěn)定，再生條件好。

3）適宜大流量連續(xù)運(yùn)行。因其采用浮動(dòng)運(yùn)行方式，最忌樹脂層亂層，因此運(yùn)行過程中應(yīng)保持足夠的水流速度，保證其樹脂層工況穩(wěn)定，不發(fā)生亂層，出水水質(zhì)也就越穩(wěn)定，制水量越多。

4）床內(nèi)樹脂必須裝滿。運(yùn)行時(shí)，在水壓力作用下，使得樹脂處于密實(shí)狀態(tài)，床體下部形成100～200mm的水墊層。但也不能裝的過滿，過滿不會(huì)形成水墊層，也沒有樹脂膨脹間隙，再生度不高。

5）離子交換器運(yùn)行時(shí)沿水流方向可將其樹脂層分為三層，分別為失效層，工作層，保護(hù)層，如圖2所示。其中工作層厚度對制水量、制水消耗影響較大，其區(qū)間越厚，周期制水量就越少，消耗也就越高。工作層厚度與進(jìn)水水質(zhì)、運(yùn)行流速成正比關(guān)系，進(jìn)水水質(zhì)越差（含鹽量越高）、運(yùn)行流速越快，其工作層區(qū)間厚度越大。所以，運(yùn)行浮動(dòng)床對水質(zhì)極為敏感，當(dāng)入口水質(zhì)稍有波動(dòng)就會(huì)對其制水量產(chǎn)生較大影響。

圖2 運(yùn)行時(shí)樹脂層狀態(tài)分布

1.2 混床

混床是指在一個(gè)交換器內(nèi)按2∶1的比例裝有陰、陽兩種樹脂。運(yùn)行時(shí)，陰陽樹脂處于充分均勻混合狀態(tài)，形成陰、陽離子團(tuán)，相當(dāng)于無數(shù)個(gè)陰、陽床串在一起；再生時(shí)采用分層再生，上、下部分別進(jìn)堿、進(jìn)酸，利用壓縮空氣均勻混合后投入運(yùn)行。其主要是用于進(jìn)一步純化陰陽床出水，起到深度除鹽的作用。其工藝簡圖如圖3所示。

圖3 混床工藝簡圖

混床的出水品質(zhì)、周期制水量、再生酸堿消耗與陰陽床（一級(jí)除鹽）出水品質(zhì)有直接關(guān)系。一級(jí)除鹽出水品質(zhì)優(yōu)良、穩(wěn)定，可以使混床周期制水量增加，降低再生頻率，保證除鹽水產(chǎn)品質(zhì)量。而原水水質(zhì)優(yōu)良、含鹽量低，為一級(jí)除鹽出水品質(zhì)起到保障。

2 優(yōu)質(zhì)中水與灤河水水質(zhì)對比

優(yōu)質(zhì)中水由與我公司合作的兩家中水廠供應(yīng)，其水源多為雨水及其他水庫中水，經(jīng)RO工藝處理后送至我公司利用，其水質(zhì)與之前所利用的灤河水水質(zhì)比較如表1所示。

表1 優(yōu)質(zhì)中水與灤河水水質(zhì)比較表

單從電導(dǎo)率來看，由于水質(zhì)全分析較麻煩，通常用電導(dǎo)率衡量水中含鹽量的多少。含鹽量是表示水中溶解鹽類的指標(biāo)，它是水中各種溶解鹽類的總合，優(yōu)質(zhì)中水含鹽量低于灤河水近80%，可極大減輕離子交換器運(yùn)行負(fù)擔(dān)，更適用于除鹽系統(tǒng)運(yùn)行浮動(dòng)床的生產(chǎn)要求。

硬度是表征水中易結(jié)水垢物質(zhì)的總稱，除鹽水硬度對鍋爐的影響很大，可造成鍋爐受熱面結(jié)垢，降低鍋爐換熱效率，從而縮短鍋爐的使用壽命，增大運(yùn)行成本。優(yōu)質(zhì)中水的硬度較灤河水降低80%。

水中硅酸化合物由于形態(tài)復(fù)雜，統(tǒng)一寫成SiO2，優(yōu)質(zhì)中水SiO2含量的降低對具有除硅功能的強(qiáng)堿性運(yùn)行浮動(dòng)陰床也較為有利。

3 優(yōu)質(zhì)中水利用后保持除鹽系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的措施

3.1 調(diào)整運(yùn)行工況

根據(jù)生產(chǎn)負(fù)荷合理匹配床子運(yùn)行，確保水源穩(wěn)定可靠，保持浮動(dòng)床高流速大流量運(yùn)行，即控制運(yùn)行流速大于20m/h（流量大于100t/h），保持樹脂工況穩(wěn)定及周期制水量穩(wěn)定增加。

3.2 改善再生工況

優(yōu)質(zhì)中水利用后原水水質(zhì)發(fā)生變化，原再生工況已不適用現(xiàn)階段再生要求，鑒于此及時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，包括對再生液濃度、再生液流速、再生劑用量的全面調(diào)整；由于中水硬度的降低，高價(jià)陽離子諸如Ca2+、Mg2+、Fe3+等離子含量均小于前期，陽樹脂的離子置換更加容易，因此相應(yīng)降低再生進(jìn)酸流速及再生進(jìn)酸濃度；針對床子周期制水量與各再生工況的對應(yīng)關(guān)系，合理判斷最佳工況點(diǎn)，保證再生消耗經(jīng)濟(jì)合理。

3.3 合理調(diào)節(jié)各路水源用量

通過崗位人員及時(shí)調(diào)整，采用優(yōu)質(zhì)中水作為主要水源，利用灤河水補(bǔ)水的運(yùn)行方式，根據(jù)各路水源水質(zhì)合理調(diào)節(jié)用水量，維持系統(tǒng)入口原水保持盡量低的含鹽量，保證除鹽系統(tǒng)較高的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平。

4 優(yōu)質(zhì)中水利用后產(chǎn)生的效益

除鹽系統(tǒng)從2012年底開始利用中水，隨著中水水源增加至兩家公司供應(yīng)，優(yōu)質(zhì)中水利用量逐漸增加，目前優(yōu)質(zhì)中水供應(yīng)瞬時(shí)流量可達(dá)600t/h，占全部原水利用量的95%以上。利用優(yōu)質(zhì)中水后，離子交換床周期制水量得以顯著增加，物料消耗明顯降低；離子交換床故障減少，檢修頻率降低。表2為優(yōu)質(zhì)中水利用前后除鹽系統(tǒng)制水消耗對比表。

從表2可以看出，離子交換器周期制水量均增加50%以上，酸堿消耗降低了近50%，水耗也得到了大幅度的降低。由于離子交換器運(yùn)行周期延長，床體運(yùn)行穩(wěn)定、故障降低，減少了檢修次數(shù)。按月均40萬t除鹽水產(chǎn)量計(jì)算，每月可減少實(shí)物酸用量150余t，折百堿用量40t，月節(jié)水8000t，且中水價(jià)格較灤河水價(jià)格大幅度降低，為公司取得了十分可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

表2 優(yōu)質(zhì)中水利用前后除鹽系統(tǒng)制水消耗對比表

5 結(jié)語

原水水質(zhì)的好壞，對除鹽系統(tǒng)運(yùn)行影響很大。通過對優(yōu)質(zhì)中水的合理利用，減少灤河水利用量，同時(shí)對優(yōu)質(zhì)乏水、正洗水的充分回收利用，包括回收不符合鍋爐給水品質(zhì)的乏水做原水利用，均可進(jìn)一步降低原水含鹽量，優(yōu)化原水水質(zhì)，提升離子交換器的運(yùn)行周期，降低再生物料消耗，保證除鹽系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行。