一種凝結水精處理陰陽樹脂新型組合方式及應用

鄧世松

(大唐湘潭發電有限責任公司，湖南湘潭 411102)

目前常用的凝結水處理離子交換樹脂在使用過程中會發生破碎，造成樹脂損耗。因此，選擇合適樹脂的是一項重要工作，通常應用的大孔型樹脂的交聯度比凝膠型樹脂的大，機械強度高，抗氧化性好，其孔徑在20～100 nm以上，離子交換反應速度快，抗有機物的污染能力強，但其交換容量較低。凝膠型樹脂孔徑平均為1～2 nm，交換容量高，但其抗氧化性和機械強度差。

國內凝結水精處理樹脂設計選型時通常采用2種組合方式:一種是均粒凝膠型強酸性陽樹脂和均粒凝膠型強堿性陰樹脂組合，另一種是均粒大孔型強酸性陽樹脂和均粒大孔型強堿性陰樹脂組合。這2種組合方式在實際使用過程中均出現年樹脂補充率較高的情況。文中提出一種新型的組合方式，并在湘潭電廠300 MW機組實用中取得較好效果。

1 精處理的運行狀況

湘潭電廠300 MW機組1997年投產，凝結水精處理采用美國IWT公司的均粒凝膠型強酸性陽樹脂 (IWTC361PS)和均粒凝膠型強堿性陰樹脂(IWTA464PS)組合方式，陰陽樹脂比例采用2∶3，再生系統采用美國USF公司的高塔完全分離技術，可達到陽中陰和陰中陽0.04%，單臺混床周期制水量可達到20～30萬t，但在使用過程中，發現樹脂破損率較高，每年樹脂補充率為3%，運行近10年左右。在運行中存在以下情況:

(1)樹脂的機械性能下降，破碎樹脂增多。樹脂分離后陽樹脂中的陰樹脂達到3%，陰樹脂中的陽樹脂達到2%，影響了陰陽樹脂的再生效果，從而影響了混床投運后的出水水質，降低了混床的運行周期制水量，從平均60 d降低到20～25 d，再生頻繁，酸堿耗量大。

(2)樹脂受鐵的污染，工作性能下降。2007年8月11日取樣化驗，與新樹脂相比體積交換容量下降率大于25%，其中陽樹脂含鐵量12 120.3 μg/g，參考DL/T673－1999《火力發電廠水處理用001*7強酸性陽離子交換樹脂報廢標準》，該陽樹脂已達到了報廢標準。

(3)由于使用年限長，離子交換樹脂的大分子鏈氧化斷鏈，磺酸在高溫分解，以硫酸根離子狀態進入水中，對水汽系統產生腐蝕。在2號機大修中檢查汽輪機動、靜葉片上和鍋爐四管都有不少硫酸鹽垢，說明樹脂劣化釋放的硫酸根離子對水汽系統產生了腐蝕，長期下去，對機組危害極大。

(4)運行中采取多種措施，但效果不佳。從2005年10月后，精處理每次再生陰陽樹脂分別空氣擦洗達到20～30次，但隨著精處理陰陽樹脂被鐵污染越來越嚴重，使得精處理混床的除鐵能力下降很多，甚至出現精處理出口鐵含量超過入口的鐵含量的情況。

(5)混床出水漏氯離子。在混床出水氫電導率≤0.1 μs/cm的情況下，混床出氯離子為5～8 μg/L。

因此，該組合方式的樹脂運行不到10年就出現樹脂老化，達到報廢標準，需進行樹脂更換。

2 樹脂組合方式的選擇

為實現既保證樹脂有大的交換容量、混床運行周期長，又保證樹脂的高強度、混床樹脂補充率低的目標，經充分調研，選用了一種新的樹脂組合方式，即采用均粒凝膠型強酸性陽樹脂和均粒大孔型強堿性陰樹脂的新組合，這樣兼顧了凝膠型陽樹脂的高交換容量和大孔型陰樹脂的高機械強度。同時，新組合還必須滿足原精處理樹脂完全分離技術的要求。原技術采用分離罐，利用樹脂的比重差、顆粒度 (特別是顆粒粒度的均勻性)在水力反洗的條件下，造成陰、陽樹脂不同的臨界沉降速度，通過調節反洗時反洗強度，使陰陽樹脂分離。因此，在選擇樹脂前需要綜合考慮樹脂的粒度、強度、化學反應速度和水力特性的問題，包括:

(1)樹脂的粒度。混合后的樹脂理想的粒度是在高流速下不至于產生過高的阻力，并且還要能得到高質量的出水、大的交換容量和較強的截污能力。粒度均勻而產生的優點:a．低的運行壓差。因為樹脂粒度均勻，樹脂即使很緊密地堆積在一起，仍然有很大的空隙體積，運行時阻力小。b．低的樹脂損耗。因為在反洗時，有些樹脂容易損失，尤其粒度小的陰樹脂反洗時首先通過交換器頂部的反洗口流失。

對樹脂的粒徑的要求，一般可歸納為:

a．按設計規程選擇樹脂粒徑。陽樹脂:0.63～0.81 mm，陰樹脂:0.45～0.71 mm。組成混床的陽、陰樹脂的粒徑差的絕對值≯0.10 mm，均一系數≯1.2(此數值越小越好)。根椐這個要求，羅姆哈斯的均粒凝膠型強酸性陽離子交換樹脂Amberjet 1500H的粒徑為0.60～0.70 mm，均勻系數≤1.10;羅姆哈斯的均粒大孔型強堿性陰離子交換樹脂Amberjet 9800的粒徑為0.55～0.75 mm，均一系數≤1.20，其陽陰樹脂有效粒徑之差的絕對值≯0.10 mm，滿足此要求。

b．對陽樹脂中的細顆粒的比例應嚴格控制，否則會造成分離困難。陽樹脂Amberjet 1500H＜0.425 mm的小顆粒含量≯0.5%;陰樹脂Amberjet 9800＜0.450 mm的小顆粒含量≯1.0%。

(2)樹脂的機械強度。大孔樹脂的耐滲透壓沖擊性要比凝膠樹脂優異得多，大孔樹脂本身存在大孔，增加了樹脂的初始面積，使整個顆粒膨脹率更為均勻，因此，大孔樹脂就能“頂住”由于膨脹與收縮所產生的應力。其次，由于精處理混床樹脂再生都需轉移至再生系統，來回輸送，樹脂與管道產生摩擦。因此，樹脂要有足夠的機械強度，耐磨性好，不易破碎。羅姆哈斯大孔型陰樹脂Amberjet 9800獨特的均孔結構使其具有優異的機械和抗滲透壓化學穩定性，其強滲磨圓球率≥90%。

(3)由于原分離罐尺寸是根椐陽、陰樹脂比例來設計，因此，更換新的陰陽樹脂比例仍然要按2∶3來設計。

綜上所述，湘潭電廠樹脂更換采用了羅姆哈斯的均粒凝膠型強酸性陽離子交換樹脂Amberjet 1500H和羅姆哈斯的均粒大孔型強堿性陰離子交換樹脂Amberjet 9800。

3 應用效果

(1)樹脂更換后，湘潭電廠300 MW機組凝結水精處理近2年來沒有補充樹脂。

(2)樹脂分離后陽樹脂中的陰樹脂和陰樹脂中的陽樹脂均＜0.1%，適應原樹脂分離技術。

(3)單臺混床一般正常周期可達到30萬t水，混床出水水質好，在混床出水氫電導率≤0.1 μs/cm情況下，混床出水氯離子＜1 μg/L。

(4)一般系統進出水水質情況見表1，2。

表1 系統進水水質

表2 系統出水水質

4 結論

(1)采用均粒凝膠型強酸性陽樹脂和均粒大孔型強堿性陰樹脂的新組合，兼顧了凝膠型陽樹脂的高交換容量和大孔型陰樹脂的高機械強度，從而保證混床的長周期制水和出水水質。

(2)該種組合方式是精處理系統設計的一個補充，其性價比最高，樹脂年補充率可大大降低。