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高速混床投运后炉水PH值降低的原因及初步解决方法

发布时间：2009/6/20 阅读次数：1406 字体大小: 【小】【中】【大】

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高速混床投运后炉水PH值降低的原因及初步解决方法

　出处：河北衡丰发电有限责任公司　作者：李大强　

摘要：本文简要讨论了衡丰发电有限责任公司凝结水精处理高速混床投运后炉水PH值炉降低的主要原因是树脂再生过程中阴、阳树脂分离工艺存在缺点造成了阴阳树脂再生度低，并提出了改进方法，提高了树脂的再生度，从而减少了锅内加入NaOH的量，提高了给水及炉水水质，减少了锅炉排污水量，同时，可以降低锅炉腐蚀；取得一定的经济效益。
关键词：分离度再生度
1　概要
衡丰发电有限公司凝结水精处理采用三塔中间抽出法体外再生工艺，失效树脂从高速混床输入阳再生/分离塔后，将上次再生抽出的混树脂也输入阳再生/分离塔，再经过空气擦洗、正洗若干次后，再进行阳再生/分离塔充水、反洗分层、树脂沉降等步骤，然后将阴树脂输入阴再生塔，将混树脂输入混树脂罐，接着经过/阳塔反洗、沉降，再进行再生、置换、阴/阳再生塔正洗合格后，将阳树脂输入阴再生塔，经过阴再生塔空气擦洗、正洗若干次后，最后空气混合、充水、正洗合格后备用。
采用这种工艺再生的高速混床出水水质如下：pH值为5.8-6.5；电导率为0.07-0.15uS/cm ；SiO2≤15ug/l，出水水质达到给水水质要求，但是凝结水100%处理时出现了锅水pH值下降，试图通过增加加NH3量的方法提高锅水PH，但没有解决，不得不加NaOH溶液处理，加NaOH后，锅水PH值恢复，但电导率明显升高。后采集各水样送河北省电力试验研究所试验测定，测定的Cl- 、NH4+结果见表。

经过分析发现，经过凝结水处理的给水、锅水比未经过凝结水处理的给水、炉水的Cl-大很多，且高速混床出水pH值5.8-6.5，显酸性，这样，高速混床出水中含有少量HCl、NH3Cl等酸性物质,HCl与给水中NH4OH形成NH4Cl，给水PH值水质达到国标水质要求，但是NH4Cl在汽包内分解，产生NH3、HCl，由于NH3、HCl在汽相和液相的分配系数不同，NH3被蒸汽带走，HCl留在液相，HCl在锅内浓缩，造成锅水pH值下降。
当凝结水100%处理时，以每小时700t/h计,Cl-以14.9ug/L计(见附表)，每天漏入锅内HCl:700*24*103*14.9*10-6/36.46=6.865mol,每天如此大量的HCl漏入锅内，必然造成锅水pH值下降。
经分析，造成混床漏Cl-可能有二种原因：
（1）树脂在混床内分布不均匀，上部阴树脂多，下部阳树脂多。高速混床上层阳树脂少同，其H型阳树脂很快被NH3+ 消耗而失效，于是，上层阴树脂处于碱性条件下工作，由于阴树脂的交换反应：Cl-+ROH=RCl+OH-
是可逆反应，在碱性条件OH-浓度较大，平衡向左移动，使水中Cl-浓度增加。所以，在加了NH3的凝结水通过高速混床的阴树脂时，不但不能交换凝结水中的Cl-，相反，凝结水中的OH-会将树脂相中的Cl型树脂中的Cl-交换出来，OH型树脂大增，高速混下层阴脂较少，虽然此时处于中性条件下运行，容易除去凝结水中的Cl-，但需要截获交换Cl-的量很大，所以下层阴树脂中的Cl型树脂增加很快，以至于下层阴树脂很快失去进一步除去凝结水中的Cl-的能力。这样，当下层阳树脂还有足够的容量把水中的阳离子交换为H+,而阴树脂中的失去进一步除去凝结水中的Cl-，高速混床就会泄漏少量Cl-，虽然浓度很低，但凝结水量很大，进入锅炉后浓缩，使炉水PH值下降。
（2）树脂再生度低。如果树脂再生度低，特别是阴树脂再生度低，那么在运行过程中阴树脂不但不能交换凝结水中的Cl-，相反，树脂相中的Cl-会释放出来，造成高速混床出水漏Cl-。而阳树脂一般具有较高的再生度，能有效的去除凝结水中的NH4+、Na+等阳离子，释放出来H+；当运行到氨穿透时，出水中含有NH4+。这样，就可能使高速混床出水中含有HCl、NH4Cl等酸性物质，进入锅内分解、浓缩，使锅水pH值下降。
中间抽出法再生工艺存在严重不足，阴、阳树脂不易分离，交差污染严重，造成了阴阳树脂再生度低是树脂再生度低的最主要的原因。
阴、阳树脂交差污染严重与混床结构有关，阳再生/分离塔直径1600㎜，阴/混从阳再生塔侧面抽出；阴树脂抽取管和混树脂抽取管的距离约200mm，允许抽取混树脂的量很少；反洗分层以后树脂分界面既使很清晰，也会在分界面上下一定距离内存在阴、阳树脂相互交叉的混树脂区，并且树脂在下落的过程中，靠近器壁的树脂与器壁磨擦，下落较中央树脂慢，而观察到的树脂分界面是靠近器壁树脂的分界面；另外，抽完混脂后在阳塔上部水中总会漂浮部分阴树脂。
由于以上原因，很难把混树脂抽干净，即使阳树脂上仅残留1㎜高度阴树脂的量就是1*3.14*（1600/2）2*10-6=2㎏。这部分阴树脂中如果不清除就会混入阳树脂中，阳再生塔进酸时转变为Cl型，随阳树脂进入阴再生塔，从而污染阴树脂。
抽取阴树脂时，流速过高，下部阳树脂处于抖动状态，阳树脂就会进入阴再生塔，进入阴再生塔的阳树脂在阴树脂再生时转变为Na型, 阳树脂进入阴再生塔后从而污染阳树脂。
树脂再生度低的另外一个原因是酸、碱的纯度低。
2　对策与实验
2.1　测定阳树脂中含有阴树脂的量。
抽完混树脂后，放干阳再生/分离塔内水，做树脂纵切面，观察树脂切面，树脂在80mm以下颜色变深，采取自分界面以下200*200*80mm的阳树脂，混合均匀，取500ml树脂放入1000ml的量筒中，加入16%NaOH,充分搅拌，静止，彻底分离阴、阳树脂，测定阴、阳树脂的体积各为250ml，阴、阳树脂各占50%。采取自分界面至以下40mm的阳树脂200*200*80mm，做同样试验，阴、阳树脂各占90%、10%。
2.2　阳树脂的抖动试验
阴树脂输送阴再生塔时，采用不同的流速，输送完毕，再进行阳再生/分离塔反洗分层、树脂沉降，观察分界面位置的变化，确定分界面位置不变的最大流速为最佳流速。
利用对分法，分别采用流速25T/H、12.5T/H、18.8T/H、15.6 T/H输送阴树脂，分界面位置的下降及影响树脂再生度结果见下表

2.3　测定抽完混脂后在阳塔上部水中总会漂浮的阴树脂总量
（1）抽完混树脂后，阳再生/分离塔充满水，静止12小时，使漂浮阴树脂自然降落，测定分界面上阴树脂的高度，阴树脂的高度为12mm到15mm ，合24-30kg树脂。
（2）再生完毕，阳再生/分离塔充水、反洗树脂并沉降12小时，阴树脂的高度为10-12mm，合20-24kg树脂。
两种方法测定漂浮的阴树脂分别影响阴树脂再生度20÷1900＞2%，超出1%设计值。(1900Kg为混床阴树脂的装载量)
3　解决方案
针对各项试验结果采取以下措施
（1）由原来抽完阴树脂后抽混树脂改为置换后抽混树脂，因为在阳塔上部水中漂浮的阴树脂受酸液和置换水的作用而沉降下来并且转为氯型，此时抽取混树脂，漂浮的阴树脂就会以氯型抽入混脂罐，而不是以氯型留在阳再生/分离塔内，最终与阴树脂混合，影响阴树脂的再生度。本法提高阴树脂再生度2%以上。
（2）确定分界面的位置。根据试验结果，规定分界面的位置在混树脂出口管下缘以上120mm，阴树脂出口管下缘20mm一下，这样，尽可能提高分界面的高度，抽取混树脂的高度不低于100mm，尽可能抽完混树脂，防止交叉污染。
（3）为防止大量的阳树脂进入阴再生塔，以15.6 T/H的流速抽取阴树脂。
（4）采用浓度46%的离子膜碱再生阴树脂，并将碱液加热到42-44度，提高阴树脂再生度。
4　结果分析
（1）床出水pH值升高且较稳定，高速混床出水电导率低限升高，高限降低；汽包锅水电导率降低，如下表：
（2）混床运行周期延长，旁路门全关闭时，据统计试验前周期制水量为35000-40000吨，试验后周期制水量为50000-55000吨。运行周期延长35-40小时。
（3）锅内加入NaOH量减少。旁路门全关闭时，试验前、后每天加入 NaOH的量比较如下表：

（4）为维持锅水含Cl-量≦1mg/L,必须排放一定量的锅水，减少了进入锅炉的Cl-的量就可以减少锅炉排污水量,每天少加入NaOH的量为5.85 mol，相当于每天少进入锅炉5.85mol的HCl；同时，降低了锅炉腐蚀。
（5）经济效益
全厂每年少再生32次，每次再生用酸1100千克；每次用碱680千克；每次再生用除盐水300吨。酸以460元/吨、碱以950元/吨，除盐水以8元/吨计；每天少加入NaOH的量为5.85 mol，NaOH以25元/千克计，不包括锅炉排污耗水的费用，全年可节约资金115799元。
通过本次试验提高了高速混床出水pH值，增加了高速混床周期制水量，提高了高速混床树脂的再生度；同样运行方式，减少了加入锅内NaOH的量。取得了满意的结果，产生一定的经济效益。
5　结论
通过本次试验提高了高速混床出水pH值，增加了周期制水量，提高了树脂的再生度；同样运行方式，减少了锅内加入NaOH的量。同时可以减少锅炉排污水量，降低锅炉腐蚀。
实验前向锅炉加入8.64摩尔的氢氧化钠，实验后少加氢氧化钠5.85摩尔，说明树脂再生度低是高速混床投运后炉水PH值炉降低的最主要的原因，树脂在混床内分布不均匀是较次要的原因。
阴、阳树脂在阳再生/分离塔内完全分离，必须有一定密度差，但是密度差太大，阴、阳树脂会在高速混床内混合不均匀，引起高速混床出水pH值降低。我们将在下一步试验中研究。
[参考文献]
[1] 李培元钱达中王蒙聚《锅炉水处理》湖北科学技术出版社，
[2] 《热力发电厂水处理》中国电力出版社
[3] 张澄信、朱兴宝等对阳逻电厂凝结水处理混床投运造成炉水PH值下降原因的研究，《湖北电力》1997 NO.4

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