我们在日常的技术工作中,常常为出现的异常问题解决不了而头疼,也为手头上没有好的研究项目而烦恼。这一对看似矛盾的问题,如处理得当,则两个问题都可以得到圆满的解决。因为所出现的不少技术上的异常,通常在正常情况下是不会发生的,甚至在教科书上也是找不到的。发现并解决这些异常问题,很可能就是一个好的科研成果。
以近十年来我们进行的几个科研项目为例,浅议如下:
一、OH型强碱阴离子交换树脂去除有机物的异常功能
我们在某一固定水源下做OH型强碱阴离子交换树脂去除该水中有机物的实验时,按去除水中无机阴离子的工作交换容量计算,当通水量约达300倍树脂体积时即失效;当通水量约达900倍树脂体积时,该树脂的进水与出水无机阴离子浓度完全一致,表明树脂已无离子交换的能力。但是,此时的树脂去除有机物的效率基本不变,直到通水量约达1300倍树脂体积时才出现缓慢下降。
这一现象用离子交换理论是解释不通的。经反复试验论证,证实强碱阴离子交换树脂主要是依靠树脂骨架与有机物之间的范德华吸附力去除水中有机物的。
基于OH型强碱阴离子交换树脂去除有机物的这一特异功能,我们提出并实施采用废弃OH型强碱阴离子交换树脂有机物清除器取代活性炭、CI型强碱阴离子交换树脂有机物清除器去除水中有机物,既可节约大量投资,又避免了CI型强碱阴离子交换树脂有机物清除器漏过大量有害的氯离子的问题。
二、酸、碱基本不能复苏有机物污染的强碱阴离子交换树脂的异常特征
用氢氧化钠、盐酸等酸碱处理有机物污染的强碱阴离子交换树脂时,其洗脱树脂中有机物的效率仅仅是碱性氯化钠的3-9%,效果甚微。
试验研究和理论分析说明,强碱阴离子交换树脂主要是依靠树脂骨架与有机物之间的范德华吸附力去除水中有机物。因此,氢氧化钠、盐酸等酸碱处理有机物污染的强碱阴离子交换树脂时,它们的离子交换反应对其作用不大。而碱性氯化钠处理有机物污染的强碱阴离子交换树脂时,OH-和CI-使树脂颗粒反复转型为OH型和CI型,从而使树脂颗粒反复无穷次膨胀、收缩,将吸附于树脂骨架上的有机物“挤压”并“剥离”下来。
基于碱性氯化钠处理有机物污染的强碱阴离子交换树脂时,是将吸附于树脂骨架上的有机物“挤压”并“剥离”下来的研究结论,从理论和实践上论证了对有机物污染的强碱阴离子交换树脂定期进行碱性氯化钠处理的必要性。
三、强碱阴离子交换树脂组成的阴床漏钠的异常现象
强碱阴离子交换树脂组成的阴床在离子交换除盐过程中,与无机阳离子既不能发生离子交换,也不会发生吸附。因此,再生好了的阴床投入运行后,进、出水中的无机阳离子应基本始终保持一致,不应该出现出水比进水的含钠量高的现象。
但事实并非如此,据我们对全国10余个大型火力发电厂除盐系统阴床进、出水含钠量的统计,在彻底排除阴床中混入强酸阳离子交换树脂的可能之后,其出水比进水含钠量高几倍乃至十几倍。
试验研究表明,是水中高价无机阴离子如:SO4-2、SiO3-2、CO3-2等离子的存在,与强碱阴离子交换树脂发生离子交换反应生成RHSO4、RHSiO3、RHCO3等离子型树脂,在再生时一般又为不足量再生,因此,导致有相当一部分RNaSO4、RNaSiO3、RNaCO3等离子型树脂的存在,在运行时与酸性水反应放出Na+。同时,水中有机物的存在,也是导致阴床出水漏钠的原因之一。
因此,一般来说,强碱阴离子交换树脂组成的阴床漏钠的现象是客观存在的,可采用对树脂复苏等办法降低阴床漏钠量,但要根治是极为困难的。
四、凝结水处理混床投运导致炉水pH下降的异常工况
凝结水处理混床的投运可去除凝结水中的SiO2、Na+及铁等盐类、杂质,得到高质量的凝结水以回用。但投运后导致炉水pH下降,则会引起锅炉等热力设备的酸性腐蚀。
对现场凝结水处理混床与树脂分析、试验研究,发现该混床中的阴、阳树脂混合不匀,失效阴树脂中的ROH含量比刚再生好的阴树脂中的ROH含量还高。
进一步研究表明,凝结水处理混床中的阴、阳树脂混合不匀和再生碱液质量差,是凝结水处理混床投运导致炉水pH下降的主要原因。
采用前置H型阳床并使用高质量的42%隔膜法工业液碱或离子交换膜法生产的高纯度液碱,可解决凝结水处理混床投运导致炉水pH下降的问题。
五、火电机组启动期间对水汽品质的异常要求
火电机组启动期间的水汽品质必须符合国家和有关行业标准要求,凝结水处理混床投运的条件是:凝结水含铁量应小于1000μg/L,机组带负荷应大于60%。
为达到凝结水含铁量应小于1000μg/L这一目标,只好花长时间洗硅和整炉换水,这样,不仅推迟了机组投运发电的时间,而且还要浪费大量的燃油、燃煤、除盐水、药品和人力。
我们从技术和经济上进行了分析研究,认为不执行凝结水处理混床投运的条件是可行的。机组首次冲转就可以将凝结水处理混床投运,最坏的结果是所有树脂报废,浪费一些钱。但事实是,据一台300MW火电机组启动调试时的统计,采用凝结水处理混床早期投运的措施后,不仅缩短了锅炉洗硅的时间、减缓了热力系统的腐蚀和结垢、树脂的基本性能仍符合使用要求,而且仅节约燃料的费用就达136~222万元。可取得很好的经济效益和社会效益。