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[离子交换] 无顶压逆流再生离子交换设备中间排水装置改造研究

发布时间：2009/6/15 阅读次数：1008 字体大小: 【小】【中】【大】

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无顶压逆流再生离子交换设备中间排水装置改造研究
北京石景山热电厂(北京 100041)　　刘政修

文　摘　分析定型产品逆流再生离子交换设备中间排水装置(简称中排装置)存在的问题，提出了逆流再生离子交换设备中排装置改造的具体方案。根据一级除盐设备入口水质及再生情况，计算了逆流再生离子交换设备中排装置改造前一级除盐设备的周期过水量，统计了逆流再生离子交换设备中排装置改造后一级除盐设备实际周期过水量，对逆流再生离子交换设备中排装置改造前后经济效益进行了比较。
关键词　逆流再生　离子交换设备　改造　研究

　　随着电力工业的飞速发展，火力发电机组的单机容量不断提高，机组补给水处理方式、水处理系统及设备也不断改进。《火力发电厂化学水处理设计技术规定》(水利电力部电力规划设计院SDGJ 2－85)中提出：高压、超高压、亚临界汽包和直流锅炉应选用一级除盐加混合离子交换系统。一般情况下，一级除盐设备阴、阳离子交换器标准设计和定型产品为无顶压逆流再生(参见图1)。
　　虽然逆流再生离子交换设备具有对进水含盐量和离子组成适应范围广、出水水质好、再生剂比耗低的优点，但从理论分析及实践经验证明，其中排装置亦存在不合理性，因此，有必要对逆流再生离子交换设备中排装置进行研究、改造。

1　逆流再生离子交换设备中排装置存在的问题分析
　　逆流再生离子交换设备再生时，再生液由下向上流动，需要克服中排装置支管(外套两层丝网，孔径分别为0.8～2 mm和0.21～0.25 mm)的阻力及中排母管与支管的水柱高度而排出体外。离子交换树脂在使用时，由于压力、降解、机械磨损及转型膨胀等原因，造成离子交换树脂破碎，细碎的离子交换树脂粉末堵塞中排装置支管而使其阻力上升。另外，由于中排装置母管布于支管上部存在高度差，逆流再生离子交换设备在再生过程中，中排装置易进入空气，形成不了虹吸作用。由于上述原因，逆流再生离子交换设备再生时，中排装置上部的压脂层经常被再生液浸湿，失去了压脂层固定下部床层的作用，由离子交换树脂水力学性能可知，在再生流速下离子交换树脂处于紊乱状态，影响了离子交换树脂的再生效果。
　　逆流再生离子交换设备中排装置支管固定杠与罐体吊耳为活动联接，离子交换设备在运行、再生、特别是大反洗过程中，因中排装置支管固定杠与罐体吊耳的磨擦，易使二者接触处衬胶磨损脱落，造成金属裸露部分的腐蚀及中排装置母管、支管变形，从而影响离子交换设备的再生效果，甚至影响离子交换设备的运行。

图1　无顶压逆流再生离子交换器结构示意图

总之，逆流再生离子交换设备中排装置存在一定的问题，影响离子交换设备的再生效果，降低了设备周期过水量及出水水质，增加了再生比耗及再生废液排放量，加重了环境污染。

2　逆流再生离子交换设备中排装置改造方案。
2.1　逆流再生离子交换设备中排装置支管固定杠由活动连接改为固定连接，将固定杠(槽钢或角铁)直接焊在罐体上，以防离子交换设备在再生、运行及大反洗时罐体吊耳与中排装置固定杠磨擦，造成衬胶防腐层损坏，而使设备腐蚀及中排装置变形，影响离子交换设备的再生效果。
2.2　逆流再生离子交换设备的中排装置由母管在上、支管在下，改为支管在上、母管在下，以防离子交换设备在再生过程中压脂层处于浸泡状态，使树脂乱层而影响离子交换设备的再生效果。
2.3　离子交换设备中排装置支管改为固定连接时防腐层被损坏部分需进行修复处理。改造后的离子交换设备中排装置见图2。

图2　改造后的离子交换设备中排装置

表 1　设备规范及再生情况

设备规范				再生情况
直径/m		填料高度/m	运行流速／m*h^－1	再生剂用量／kg		纯度/%	再生剂温度／℃
阳床	2.0	2.0	20	盐酸	800	30	25
阴床	2.0	2.0	20	液碱	500	40	25

　　注:此设备原为逆流再生软化器，后改为逆流再生除盐设备，所以阴、阳离子交换树脂装填量不匹配。

表2　阳离子交换设备入口水质全分析数据

全固形物 /mg*L^-1	二氧化硅 /mg*L^-1	氧化镁 /mg*L^-1	氧化钙 /mg*L^-1	氯离子 /mg*L^-1	硫酸根 /mg*L^-1	碳酸氢根 /mmol*L^-1	总硬度 /mmol*L^-1	电导率 /μS*cm^-1
584	10.4	68.5	57.5	76	115.2	4.6	5.5	840

3　逆流再生离子交换设备周期过水量理论计算
3.1　离子交换设备规范及再生情况
　　(见表1)
3.2　阳离子交换设备入口水质全分析数据
　　(见表2)
3.3　计算
3.3.1　常规情况下阳离子交换设备周期过水量计算
　　影响阳离子交换设备周期过水量的主要因素有再生剂用量、进水中硬度与阳离子总浓度比值、钙硬与总硬度比值、树脂层高等。根据阳离子交换设备规范、再生情况及入口水质可计算出其周期过水量为720 t。(计算过程略)
3.3.2　常规情况下阴离子交换设备周期过水量计算
　　影响阴离子交换设备周期过水量的主要因素有再生剂用量、纯度、再生剂温度、进水水质、水温、运行流速、树脂层高等。根据阴离子交换设备规范、再生情况、入口水质可计算出其周期过水量为473 t。(计算过程略)

4　实际周期过水量及出水水质统计

表3　　逆流再生离子交换设备
实际周期过水量及出水水质统计t

周期序号	1	2	3	4	5	6	平均
周期过水量	492	565	488	650	475	546	536

　　注：逆流再生离子交换设备出水水质电导率均在
0.4～1.0μS/cm范围内。
　　通过计算、统计，逆流再生离子交换设备实际运行周期过水量比常规情况下的计算周期过水量多63 t。
5　中排装置改造前后经济效益比较
5.1　常规情况下计算周期过水量酸、碱耗计算
41-g1.gif (12708 bytes)

5.2　实际统计周期过水量酸、碱耗计算
41-g2.gif (11567 bytes)

5.3　经济效益比较
　　若按5套一级除盐设备。一年再生次数为1 320计算，则每年节约：
30%工业盐酸＝(54.3－47.9)×1320×6.28
　　×800/(1000×1000×30%)＝141.5(t)
40%工业液碱＝(83.9－74.0)×1320×6.28
　　×300/(1000×1000×40%)＝61.5(t)
　　无顶压逆流再生离子交换设备中排装置改造后，每年可减少再生次数155次，可节约一级除盐再生水量为Q，则：
　　　　Q＝155×40＝6200(t)

式中　800——阳离子交换树脂工作交换容量，mol／m³；
　　　300——阴离子交换树脂工作交换容量，mol／m³；
　　 6.28——阴(阳)离子交换树脂装载体积，m³；
　　　　40——每次再生平均自用水量，t。
　　每年共节约费用为：
　　141.5×412+61.5×1560+6200×20＝278 238(元)
式中　412——30％工业盐酸单价，元／t；
　　　1560——40%工业碱单价，元／t；
　　　　20——一级除盐水单价，元／t。

6　结　论
　　通过逆流再生离子交换设备中排装置改造，取得了良好的经济效益和社会效益：
　　(1) 提高了逆流再生离子交换设备运行的安全可靠性，延长了设备检修周期，提高了设备利用率。
　　(2) 提高了逆流再生离子交换设备的再生效果，提高了设备周期过水量，改善了出水水质，节约了酸碱再生用量，减少了废液排放及环境污染；减轻了工人劳动强度，延长了离子交换设备的使用寿命。

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