中壓凝結水精處理混床樹脂配比優化的研究與應用

馬強

摘 要：發電廠凝結水精處理系統是保證機組汽水系統水汽品質的重要手段，延長理混床運行周期，可以有效降低運行成本和廢水排放。本文介紹了通過優化樹脂配比來延長混床運行周期的方案，以及在平海電廠2*1000MW中的運用效果。

關鍵詞：精處理；樹脂比例；運行周期；節能降耗；廢水減排

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.05.229

0 引言

凝結水精處理裝置對保證鍋爐給水水質意義重大，當精混床失效時需要及時對進行再生，而再生過程中需要消耗大量除鹽水、酸堿、電能，產生大量廢水，頻繁的再生也會導致樹脂性能下降、破碎以及損失。因此，延長混床運行周期，減少再生次數將會產生積極的經濟和社會效益。

1 系統簡介

平海電廠凝結水精處理系統包括：前置過濾器、高速混床、樹脂捕捉器、再循環系統和1套旁路系統。正常運行時過濾器兩臺并列運行，不設備用。混床三臺并列運行，一臺備用，可滿足每臺機組100%的凝結水處理量。體外再生系統設備包括：陰樹脂再生兼分離塔、陽樹脂再生兼貯存塔和樹脂隔離罐。

2 運行現狀分析

2.1 精處理系統運行指標

平海電廠精處理樹脂采用美國DOW凝膠型均粒樹脂，混床內陽/陰樹脂比例為2：3。采用氫型混床運行，混床平均運行周期（5-7d）和出水質量均滿足設計要求：懸浮物≤1ug/L、Na+≤1ug/L、全鐵≤3ug/L、Cl-≤1ug/L、SiO2≤5ug/L、pH=6.7～7.5。

2.2 運行工況分析

由于平海電廠參與電網調峰運行，負荷波動較大，啟停機次數較多，采用加氧處理工況風險較大，因此采用的是AVT（O）微氧化性全揮發處理，使用氨水調節給水pH在9.2-9.6。凝結水指標要求Na+≤5ug/L，Fe3+≤5ug/L，Cl-≤5ug/L，SiO2≤20ug/L，換算后Na+≤2.2*10-7mol/L，Fe3+≤8.9*10-8mol/L，Cl-≤1.4*10-7mol/L，SiO2≤3*10-7mol/L。氨水加入后在機組汽水中存在著平衡NH3·H2ONH4++OH—，當pH=9.4時，[NH4+]=[OH-]=1*10-4.6mol/L，對比凝結水中陰陽離子數量，NH4+和OH—遠大于其他離子數量。

NH4+隨凝結水進入精處理混床，進行離子交換反應RH+NH4+RNH4+H+，H+與凝結水中存在的OH—結合生成H2O。上述反應為混床中發生的主要反應，當混床出水出現NH4+時，出水電導率上升，pH值也升高，判斷混床失效，此時，陽樹脂主要為RNH4型，少量RNa型；陰樹脂仍然主要為ROH型，少量RHSiO3型，微量RCl型，陰樹脂失效程度較低。陰樹脂未失效但仍然和陽樹脂一同進行再生，造成浪費。

3 改進方案分析

3.1 方案篩選

對于AVT工況下延長混床周期制水量的方案有前置陽床+混床、銨型混床運行、調整樹脂配比提高混床樹脂的實際工作交換容量。

基于現有場地和投資限制，前置陽床+混床可行性不高。銨型混床運行雖然可以大幅提高運行周期，但除鹽能力極低，如出現凝結水水質惡化，銨型混床將在極短的時間被擊穿，直接導致給水和蒸汽品質惡化。所以，前兩種方案均不予考慮。

3.2 高速混床內樹脂形態動態過程

分析混床內樹脂型態變化，理想化的將樹脂層自上而下分為3段[1]：

（1）樹脂層上段。此段陽樹脂已經從RH型轉為RNH4型，大部分陰樹脂仍保持ROH型。該段中的水pH約為9.2-9.6，與混床進水相同。只要混床樹脂到達設計的再生度，不會發生Na+和Cl-的排代，此段樹脂層出水中的Na+和Cl-濃度和混床進水相當。

（2）樹脂層中段。此段樹脂層中的陽樹脂處于從氫型向銨型轉變的過程中，被吸收了NH4+的進水，其pH值為7.0左右，其在流經陽、陰樹脂時，水中的Na+和Cl-等離子被除去；但當后續高pH和高含氨量的水流經這部分樹脂，其吸收的Na+和Cl-等離子又會被水中的NH4+和OH-排代出來，進入下面的樹脂層。

（3）樹脂層下段。下段的進水pH值約為7.0左右，樹脂層中主要是RH型陽樹脂和ROH型陰樹脂，該段樹脂發揮除鹽作用。當樹脂層上段不斷擴大，中段向下推進逐漸下移到下段樹脂層底部時，混床出水中開始有氨漏過，同時也有Na+和Cl-被排代出來，電導率升高，pH升高，氫型混床到達失效終點。

由上述過程可以得出：（1）AVT工況下氫型混床，在凝汽器沒有泄露的情況下，運行周期取決于陽樹脂總工作交換容量，交換容量越大，運行周期越長；當發生凝汽器泄露時，由于高pH和大量NH4+的存在，混床運行周期將明顯縮短。（2）AVT工況下采用氫型混床，由于接觸高pH進水，要求陰陽樹脂有較高的再生度[2]，否則，不僅不能除鹽，還會發生Na+和Cl–的排代現象。

3.3 不同樹脂比例對樹脂交換當量的影響

通過表1凝膠型和大孔型樹脂在不同比例時的最終工作交換容量，可以看出當體積比為2：3時，陽陰樹脂交換當量約為1：1，這也是為何在中性加氧工況下大多數設計采用樹脂配比2：3的原因。當采用1：1的樹脂比例時，不論哪種型號的樹脂，陽樹脂交換當量均提高，陰樹脂交換當量則略有下降。

3.4 方案確定

針對AVT（O）運行工況下，陽樹脂交換容量決定運行周期，將樹脂比例由2：3調整為1：1，在略微提高陽樹脂數量的情況下，可以較大幅度的提高陽樹脂的實際工作交換容量，從而大幅度提高陽樹脂的總工作交換容量，延長混床運行周期，同時保證陰樹脂有一定的交換容量，以滿足凝結水水質惡化時的處理要求。

4 方案實施以及實施效果

4.1 優化方案

混床內陽/陰樹脂比例為2：3，單臺混床內陽/陰樹脂體積分別為3.036m3和4.785m3。需要將陰樹脂減少0.875m3，陽樹脂增加0.875m3，從而保證樹脂總量不變，混床內水力特性不變，輸送及再生程序基本不變。查看圖紙結合現場觀察測量，再生系統陰陽塔的結構均可滿足變更樹脂比例后的樹脂再生需求。

經過樹脂比例調整并再生好的樹脂要進行跟蹤觀察，并記錄運行數據。對混床出水進行人工化驗Na+、SiO2和Cl-等。記錄該套樹脂的轉移、再生、周期制水量以及運行參數。

4.2 實施效果

試驗床經過三個制水周期的運行，運行周期制水量，分別為：210858噸、205929噸、208225噸。

試驗期間每天對混床入口母管、試驗床出口以及同時運行的未調整混床出口水質進行人工化驗監測，試驗床整個運行周期內出水水質合格，Na+=0.3-0.8ug/L，Cl-=0.1-0.7ug/L，SiO2=1.0-3.2ug/L，pH=6.7-7.1，SC=0.08-0.10us/cm 。Na+，Cl-，SiO2等離子含量與同時運行的其他混床相當，樹脂再生度符合要求。

4.3 節能降耗評價

現1號機組精處理5套樹脂均已進行比例優化，混床系統運行穩定，出水質量優良，運行周期大幅提高，優化前后精處理混床對比見表2：

按機組年利用小時4000計算，兩臺機組年發電量為80億度，兩臺機精處理混床均進行比例優化后，可減少再生次數52.3次；節約再生費用40.7萬元；減少廢水排放2.77萬噸；減少廢水處理費用1.47萬元。

5 結論

針對凝結水中陰、陽離子種類及其含量的特點，通過優化凝結水精處理混床內陰陽樹脂配比，充分挖掘發揮離子交換樹脂的交換能力。在保證精處理系統出水品質的基礎上，可以有效延長混床運行周期，減少了再生廢水的排放，產生良好的經濟效益和社會效益。

參考文獻：

[1]韓隸傳，李志剛.凝結水精處理混床機理和應用研究[J].中國電力，2007（12）.

[2]蔣如豐，馬玉英 .凝結水精處理工藝中高速混床運行特性及計算方法[J].中國電力，1993（11）.

[3]陳永健.混床中陽陰樹脂比例的選擇[J].華東電力，譯自美國《燃燒》雜志.