冯长宁
国家能源集团内蒙呼贝电厂 内蒙古 呼伦贝尔 021025
摘要：当离子交换树脂与天然水交换一段时间后，交换容量降低，出水质量变差。为了保证出水质量，树脂必须再生。再生剂的用量和浓度——再生所用的酸和碱，直接关系到树脂的再生效果和处理成本。该火力发电厂按原设计再生，每年要消耗的再生酸碱，价值约六十万元。为了节能降耗、降低成本、保护环境，就必须对再生酸碱的用量进行调整试验，在保证出水水质满足发电要求的条件下，使酸碱用量降低到最低，即找出最佳再生酸碱用量（最佳酸碱耗）。
关键词:一级除盐系统；离子交换树脂；再生；酸碱耗；
一、一级除盐系统简介
1.一级除盐系统流程分析。一级除盐系统在工作时具体流程为①活性炭过滤器出水。②固定床强酸阳离子交换器。③除二氧化碳器。④中间水箱。⑤中间水泵。⑥固定床强碱阴离子交换器。
2.除盐设备技术参数。通过分析上述流程可知，其中用到的除盐设备主要包括中间水泵、中间水箱、除二氧化碳器、阴阳离子交换器等，它们的技术参数如下：①中间水泵，额定流量为120t/h，扬程为55m，数量为4台，电机的额定功率为50kw，额定电流为83A。②中间水箱，其直径为2550mm，容积在10m3左右，有效高度大约为1500mm。③除二氧化碳器，直径为1450mm，额定流量为100t/h，填料高度在2300mm左右。④阴阳离子交换器，两者的额定流量、直径、正常运行差压以及压脂层高度等都一样，分别为155t/h、2400mm、≤0.03MPa、240mm，只有树脂层高度存在差异，阳离子交换器为1500mm，而阴离子交换器为2400mm，所使用的数量都是3台。
3.系统中在线化学仪表。在酸碱再生液的管道上面分别安装了在线酸、在线碱浓度计，用于再生酸碱溶液浓度的检测。阳离子交换器的出口处安装了在线钠表，中间水箱出口处也配备了在线表，而阴离子交换器出口处配备了电导率表，能够对出水质量进行检验，从而实现系统的有效控制。
二、案例分析
1存在的问题。(1)再生频繁。C厂除盐设备2005年投入运行,由于强碱阴床出水水质较好,一级除盐系统的再生周期一直用阳床/阴床的周期制水量来控制。厂家原设计阳床/阴床的周期制水量为1 440m3,即每系列阳床/阴床每运行12h就需要再生;只有在夏季生水水质较好时,才同意将周期制水量调整为3 300m3。因此,除盐设备的再生较频繁,需消耗大量的酸碱。(2)重复再生。除盐系统采用的东江水含盐量随季节变化相差较大。从2006年冬季开始,由于生水含盐量增加,强碱阴床出水电导率较高,有时需将控制指标调整为20S/cm才能保证供水。在阳床/阴床的周期制水量控制为3300m3时,强碱阴床经冲洗后出水电导率降不下来,往往需要重复再生两三次才合格。(3)交换器在规定的时间内正洗,出水无法达到要求,需要成倍延长正洗时间。
2.原因分析。(1)对各床的出水水质进行全面分析,得知无论强碱阴床出水电导率高低,出水的SiO2一般在3μg/L左右,很少出现超过10μg/L的情况,说明重复再生不是强碱阴床再生不好引起的;弱碱阴床出水电导率一般为(10～20)μS/cm,说明其再生良好。再生完成后,强碱阴床运行出水起始电导率低时,这一低电导率可一直保持到周期制水量完成;相反,强碱阴床运行出水起始时电导率高,则自始至终只能在此高电导率下勉强维持运行。这两种情况运行至周期制水量完成时都未出现穿透点,即都未运行至失效,则推测是水中Na+含量影响其出水的电导率。现场测试表明:生水中SiO2基本不随季节变化,除气器除碳效果比较稳定,弱碱阴床出水水质良好。因此,进入强碱阴床的阴离子总量基本上不随生水含盐量变化,表明生水含盐量增加对强碱阴床运行影响不大,强碱阴床正洗困难的主要原因是水中Na+含量高。
(2)强碱阴床出水中Na+主要来源为阳床漏Na+。对阳床出水水质跟踪分析显示:生水含盐量大时,阳床出水的Na+含量一般都大于200μg/L,有时甚至超过1000μg/L;在夏季生水含盐量较小时,阳床出水的Na+含量可以降低到30μg/L左右。这说明阳床出水漏Na+量较大,特别是生水含盐量大时几乎都超过阳床失效的控制指标,所以需要重复再生。(3)对阳树脂采样化验,发现树脂颜色变黑,小型试验表明使用过的旧树脂漏钠量明显高于新树脂,性能也有所退化,且再生时正洗时间延长,说明树脂已经受到污染。化验结果表明顶部和中部的阳树脂含铁量分别为20 669.3μg/g和16 381μg/g,大大超过了阳树脂报废指标,说明阳树脂已经严重受到铁的污染。
3.措施及结果。分别用5%NaOH溶液(温度为40℃)和10%的HCl对树脂进行复苏处理,无明显效果,阳床泄漏出来的大量钠离子只能靠混床去除。因此,更换了3号系列的阳床阳离子交换树脂和再生剂,采用质量符合要求的食品用盐酸和离子膜烧碱。经过一段时间的运行,即使在生水含盐量较大时3号系列阳床出水钠离子也能小于5μg/L,强碱阴床出水电导率在2.5μS/cm左右,一级除盐系统无须重复再生,阳床/阴床的周期制水量可以提高。
三、解决策略
1.添加预处理设备，完善预处理工艺。与原本设计水源水质相比，制水水源的差距性比较大，而且在蓄水季节时来水比较浑浊，所以有必要添加澄清池等一些预处理设备，将水中的悬浮物、有机物以及胶体硅等清理干净。此外，还应该对预处理工艺进行完善和改进，使其变成生水、澄清池、空擦滤池、活性炭过滤器、清水箱形式的工艺流程，不仅对有机物、悬浮物等进行了有效的处理，也减轻了除盐设备的污染现象。
2.设备精细化。针对我公司除盐设备存在的问题，经综合考虑我公司除盐设备运行工况、节能降耗、环境保护要求等因素，经过认真调查研究，我们把握好再生关，保证再生效果。
3.再生用碱的更换。据相关调查可知，采用苛化法生产出来的液态碱其中含盐量比较少，而且价格与采用隔膜法生产出来的碱价格差别不是很大，所以该方法得到了有效应用，其中的含盐量大约在1.2%以下。自从用了该种方法生产出来的碱，管道再也没有出现过堵塞现象，阴床的再生度和设备安全性也得到了提升。
4.碱再生液加热。我们从生加蒸汽引来蒸汽对碱再生液进行加热至20℃左右。在此温度下的再生效果，置换能力最强。
5.再生液流量控制。选用的阴、阳再生泵均为小泵，流量平时控制在2010m3/H左右。
6.再生液浓度控制。调节酸浓度为3－5%，调节碱浓度为2－3%。
7.检修离子交换器内部装置。在检修内部装置时，可以从以下方面入手：①修补损坏程度中等的装置，如果损坏情况较为严重，要及时进行更换。②认真清理堵塞或损坏的水帽。③修复箱体、罐体中破损的衬胶层。④定期处理石英砂垫层。对于阳床中的石英砂要全部掏出，进行人工筛选，并按照大小级别重新组合。阴床石英砂不管是采用酸处理还是更换全新的，其费用大致相同，因此可以将阴床石英砂全部更换。⑤在原来的压缩空气进气阀后面安装一个减压阀，同时添加一块低量程的精密压力表，从而对定压压力进行全面调整，确保树脂再生时一直处于稳定状态，充分发挥出再生酸碱低消耗、出水品质高的优势。
总之，自狠抓除盐设备再生关，经过半年多的实践运行，有效的解决了除盐设备周期内利用率低、运行人员工作量大等问题。除盐系统再生技术的探索无论在经济方面和安全方面都取得良好成绩。
参考文献：
[1]王红，一级除盐系统再生剂用量的分析.2019.
[2]张鹏，浅谈一级除盐系统再生剂用量的探讨.2020.