增大離子交換器周期產(chǎn)水量的技術(shù)改造

王春芹 李文濤

摘 要：針對(duì)能源動(dòng)力廠化水車(chē)間陰陽(yáng)離子交換器的設(shè)計(jì)缺陷進(jìn)行了系統(tǒng)分析，并進(jìn)行了相應(yīng)的中排技術(shù)改造，較大程度提升了交換器的周期產(chǎn)水量。

關(guān)鍵詞：交換器;周期產(chǎn)水量;中排;樹(shù)脂填充量

1 概述

萊鋼能源動(dòng)力廠化水車(chē)間擔(dān)負(fù)著3座130t/h中溫中壓鍋爐所需除鹽水的供應(yīng)工作。系統(tǒng)上采用著過(guò)濾+超濾+RO膜+ 一級(jí)復(fù)床除鹽的工藝，其中共有陰陽(yáng)床各3臺(tái)采用逆流再生方式。除鹽水最大的供應(yīng)能力為200t/h，陽(yáng)床實(shí)際周期產(chǎn)水為20000t以下，陰床為9000t左右。周期產(chǎn)水量較低，造成了離子交換器失效頻繁、職工勞動(dòng)強(qiáng)度增大的問(wèn)題。離子交換器在失效前和投運(yùn)時(shí)，水中離子含量較大，交換器的頻繁失效對(duì)水質(zhì)有較大的影響。并且增大除鹽水過(guò)失效水的風(fēng)險(xiǎn)。

2 周期制水量低的原因分析

化學(xué)水處理是化學(xué)車(chē)間的核心， 離子交換器周期產(chǎn)水量是衡量水處理設(shè)備運(yùn)行狀況一項(xiàng)重要指示， 它直接反應(yīng)化學(xué)除鹽設(shè)備的運(yùn)行水平， 也直接關(guān)系到發(fā)電成本。能源動(dòng)力廠型鋼化水車(chē)間經(jīng)過(guò)多年的努力周期產(chǎn)水量仍存在著一定的問(wèn)題。

離子交換水處理是通過(guò)離子交換樹(shù)脂，除去水中呈離子態(tài)雜質(zhì)的水處理方法。直接影響著離子交換水處理的水質(zhì)水平和經(jīng)濟(jì)性。能源動(dòng)力廠型鋼化水車(chē)間離子交換器為逆流再生陰陽(yáng)離子交換器，里面分別填充著001×7型強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂和201×7型強(qiáng)堿性陰離子交換器。強(qiáng)酸型樹(shù)脂帶有磺酸基（SO3H）交換基團(tuán)與水溶液中的所有陽(yáng)離子進(jìn)行交換，交換后產(chǎn)生強(qiáng)酸。交換反應(yīng)過(guò)程： 2RSO3H+MX=（RSO3）2M=2H2X

強(qiáng)堿型樹(shù)脂帶有季胺基[N（CH3）3OH]交換基團(tuán)和陰離子吸附力也很強(qiáng)，與水溶液中所有陰離子起反應(yīng)。交換反應(yīng)過(guò)程： ?2RN（CH3）OH++MX=RN（CH3）3X+（OH）3

離子交換器的周期產(chǎn)水量直接反映著離子交換器的工作效率。計(jì)算公式為：

周期產(chǎn)水量的影響因素主要是樹(shù)脂的體積、樹(shù)脂的工作交換容量、水密度、進(jìn)水離子總含量。其中樹(shù)脂工作交換容量與許多因素相關(guān)，如進(jìn)水水質(zhì)、運(yùn)行條件、終點(diǎn)控制標(biāo)準(zhǔn)、樹(shù)脂層高、再生劑種類(lèi)、再生方式、再生劑用量及再生條件等。而進(jìn)水水質(zhì)不變，運(yùn)行條件、終點(diǎn)控制標(biāo)準(zhǔn)、再生的方式及條件均嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行，在不更換樹(shù)脂的情況下，樹(shù)脂的工作交換容量變化很小。現(xiàn)場(chǎng)又做了大量工作， 進(jìn)行了多次再生進(jìn)酸、堿濃度， 進(jìn)酸、堿量的調(diào)整試驗(yàn)， 但效果不大。又取陰陽(yáng)樹(shù)脂進(jìn)行了樹(shù)脂性能測(cè)定試驗(yàn)， 沒(méi)有發(fā)現(xiàn)樹(shù)脂性能有異常， 最后把焦點(diǎn)集中在樹(shù)脂的體積上。通過(guò)打開(kāi)陰陽(yáng)床檢查，發(fā)現(xiàn)離子交換器，中排位置偏低，實(shí)際的樹(shù)脂體積達(dá)不到9.8立方米，嚴(yán)重影響這周期產(chǎn)水量。經(jīng)車(chē)間研究分析發(fā)現(xiàn)問(wèn)題解決方法定在床體的中排改造上，增大交換器內(nèi)樹(shù)脂的體積。

中排裝置對(duì)離子交換器的運(yùn)行效果有較大的影響，對(duì)其要求是除了能均勻排出再生廢液，防止樹(shù)脂亂層或流失外，還應(yīng)有足夠的強(qiáng)度。進(jìn)行中排改造的原因如下。

2.1 中間排水裝置的理想結(jié)構(gòu)應(yīng)為： 對(duì)再生液排水要有一定的阻力， 以保證不發(fā)生偏流; 開(kāi)孔應(yīng)盡可能多， 以達(dá)到均勻再生的目的。離子交換器直徑達(dá)2.8 m， 而罐內(nèi)樹(shù)脂實(shí)際交換層高度只有1.9 m， 結(jié)構(gòu)呈扁平圓柱狀， 樹(shù)脂的存量不夠.在運(yùn)行過(guò)程中樹(shù)脂中的交換基與生水中的陰陽(yáng)離子自上而下逐一交換直至失效。然而， 實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中為確保除鹽水的質(zhì)量， 交換器底部樹(shù)脂在運(yùn)行當(dāng)中必需留有一定的保護(hù)層， 樹(shù)脂的實(shí)際利用率很低。

2.2 中排水管不僅在再生過(guò)程中用于排除廢再生液和頂壓空氣或水的混合物， 而且在小反洗時(shí)用作反洗水的分配和小正洗時(shí)用作再生液的排放。再生和反洗時(shí)要承受致密樹(shù)脂層、壓實(shí)層的較大作用力， 特別是大反洗時(shí)， 因被壓實(shí)且流動(dòng)較小的交換樹(shù)脂聚然膨脹， 瞬間沖力更大， 極易造成中排管及托架的彎曲、變形和樹(shù)脂跑漏現(xiàn)象。

針對(duì)這些問(wèn)題有必要對(duì)交換器中間排水裝置進(jìn)行技術(shù)改造。

3 采取的中排改造措施

針對(duì)以上周期制水量低的原因分析， 我們進(jìn)行了以下的技術(shù)改造。

3.1 提高中排支管高度以增加樹(shù)脂的體積，并加高支撐槽鋼，進(jìn)行防腐處理后方可安裝在床體內(nèi)。將原來(lái)的中排連接支管的接口制造時(shí)朝上方，支管相應(yīng)連接后便會(huì)提升了高度，根據(jù)人孔的位置可以提升310mm的高度，這樣在填裝樹(shù)脂時(shí)與支管平齊，只保留有效生產(chǎn)交換功能的樹(shù)脂（省略了壓脂層），增加了工作的樹(shù)脂數(shù)量。

提高母管支管的水平位置。如圖所示：

改造前，支管分布母管兩側(cè)：

改造后支管分布于母管上方：

3.2 ?盡量減小中排裝置所受載荷力，選用中排裝置的材料時(shí)，選用彈性模量大、強(qiáng)度高的鋼材作中排裝置， 特別是在陽(yáng)離子交換器中， 因介質(zhì)呈酸性， 應(yīng)選用耐酸不銹鋼材。避免造成中排管及托架的彎曲、變形和樹(shù)脂跑漏現(xiàn)象。

4 改造后產(chǎn)生的效果

中排改造投運(yùn)后， 化學(xué)一級(jí)除鹽水系統(tǒng)在再生酸堿用量、再生工藝、水源不質(zhì)不變的前提下，周期制水量都有大幅度提高。如下表：

原每周期產(chǎn)水量（t/臺(tái)） 現(xiàn)每周期產(chǎn)水量（t/臺(tái)）

陽(yáng)床 20000以下 30000以上

陰床 9000左右 18000以上

4.1 提高了樹(shù)脂使用壽命，由原2年更換一次且平時(shí)經(jīng)常倒運(yùn)樹(shù)脂提高到現(xiàn)在至少使用五年。

4.2 保證了中排母管支管使用壽命，大大的降低了檢修費(fèi)用和更換母支管所需要的材料費(fèi)用。

4.3 ?改造后大大的提高了除鹽水陰陽(yáng)床的出水量，由原陽(yáng)床周期出水每臺(tái)2萬(wàn)噸增加至3萬(wàn)多噸，陰床周期出水量每臺(tái)由9000噸增加至18000噸以上。保證了對(duì)鍋爐車(chē)間用水的供給。

5 結(jié)語(yǔ)

車(chē)間對(duì)陰陽(yáng)離子交換器的技術(shù)改造在一定程度上消除了自身結(jié)構(gòu)的不足，大大提升了樹(shù)脂的填充空間，為其周期產(chǎn)水量的提升做出了很大貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]《工業(yè)水處理技術(shù)》第二版 周本省主編 化學(xué)工業(yè)出版社

作者簡(jiǎn)介：

王春芹，女，1980年生，2005年畢業(yè)于山東濰坊學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)。現(xiàn)為山東鋼鐵萊蕪分公司能源動(dòng)力廠化水車(chē)間的高級(jí)工程師，從事設(shè)備技術(shù)管理工作。