降低陰床出水Na+含量并提高除鹽水質量

唐思思

（武漢鋼鐵有限公司能源環保部，湖北武漢 430083）

引言

冶煉化水除鹽水站主要擔負向4 臺150 t/h 鍋爐的補給水任務，除鹽水的工藝流程：過濾器——清水箱——清水泵——陽床——除碳器——中間水箱——中間水泵——陰床——除鹽水箱——除鹽泵——加氨——除氧器，水經過除氧合格后進入鍋爐，這時的補給水水質好壞直接影響爐水、蒸汽品質及鍋爐的安全經濟運行，所以陰離子交換器的出水水質必須達標。

冶煉化水除鹽水站共有3 臺陰離子交換器，設計供水量150 t/h，最大供水量250 t/h，分別裝載4200型強堿樹脂和96 型弱堿樹脂，設備規格為2 200 mm，設計溫度55 ℃，工作溫度50 ℃，設計壓力為0.66 MPa，其運行方式為二運一備，出水水質SiO2＜100 μg/l，Na+＜100 μg/l，電導率＜10 μS/cm，是制取一級除鹽水的關鍵設備。

1 現狀分析

冶煉化水制水系統于2002 年9 月同時投入生產運行，2015 年下半年至2017 年初，陰床出水持續不斷出現Na+超標，尤其是2016年初，陰床投運前進行正洗時，出水量小，流量不穩定，Na+越來越難沖洗，正洗時間長達6 h，而正常情況下只需0.5 h 之內。耗水、耗時，正洗效果差，投運后，運行周期短，制水量小，Na+很容易超標，失效快，能耗高經濟損失大。

為了降低陰床出水Na+含量，對造成陰床出水Na+含量高的影響因素進行全面的分析，查找出陰床出水Na+含量高的主要原因，并提出具體整改方案及措施。

2 陰床出水Na+含量高影響因素

從人、機、物、環、法等方面來分析如圖1 所示。其中主要原因有以下幾個方面。（1）陽樹脂混入陰床，（2）塑料碎片阻塞水帽，（3）陽樹脂捕捉器濾網松裂，（4）樹脂交換能力差。

圖1 陰床出水Na+含量偏高的原因分析

從物料的角度來看，陽床樹脂曾臨時壓入陰清洗塔，陰清洗塔內殘留有少量陽樹脂，陽樹脂混入陰樹脂中，進而進入陰床；而通過陰床進出水壓差觀察，設備運行時，壓差變大，水流速度變小，說明塑料碎片阻塞了水帽；同時，陰床運行周期明顯變短，單耗變高，再生劑用量變大，表明樹脂交換能力變差，這可能是大量樹脂破碎造成的。從環境的角度來看，冶煉化水位于煉鐵廠附近，空氣中含較多金屬顆粒粉塵，因此粉塵大、顆粒污染物多。從機械的角度來看，取出陽樹脂捕捉器內圓柱狀多孔濾筒時，發現捕捉器濾網邊側接縫處撕裂松開，從而導致捕捉器失去作用。從人員、方法的角度分析，由于操作人員均嚴格按照崗位規程進行操作，所以反洗不徹底、操作發現不及時、監督控制不到位等因素可以排除；從機械的角度分析，由于檢修人員定期會對陰陽床水帽進行檢查維護，因此可排除陽床水帽松動這一因素。

2.1 陽樹脂混入陰床

2016 年之前，因陽離子交換器進水濁度大、沉淀物多，造成陽床水帽阻塞、流量小，為提高陽床制水量，保證鍋爐正常供水，臨時將陽床上層樹脂壓入陽清洗塔，下層樹脂臨時壓入陰清洗塔進行清洗貯放，陽床水帽清洗檢修完畢后，重新將陰清洗塔中的陽樹脂壓回陽床內。事后檢修人員及時對陰清洗塔及相關管道殘留的陽樹脂進行了沖洗和清理，但粘附在陰清洗塔中的微量陽樹脂混入了陰樹脂中，造成陰床再生時，混入陰樹脂中的陽樹脂吸附再生劑NaOH 中Na+，完全轉為鈉型，導致陰床再生正洗投運后，又被氫型水中的氫離子置換出來，造成Na+超標，正洗時間長[1]。

2.2 塑料碎片阻塞水帽

化水1#、2#除碳器中的填料，塑料圓球，破損老化后，破碎的塑料碎片隨水進入中間水箱。冶煉電站位于煉鐵廠附近，空氣中含較多金屬顆粒粉塵，除碳風機在運行中將大量的金屬顆粒粉塵吸入填料層進入中間水箱，這些碎片和粉塵最后進入陰離子交換器下部水帽中，造成水帽被阻塞，運行時水量受限、憋壓，當陰床進行正洗和運行時出水量變小。

2.3 陽樹脂捕捉器濾網松裂

陽床上部水帽松動，當陽床運行時少量陽樹脂從松動的水帽中漏出，進入陽樹脂捕捉器，樹脂捕捉器由于長期運行，捕捉器內的管道濾網因受水流沖擊，濾網邊側接縫處撕裂松開，漏入捕捉器中的陽樹脂直接進入中間水箱，樹脂捕捉器起不到過濾、捕捉、阻斷這部分陽樹脂進入中間水箱的作用，這部分陽樹脂最后被中間水泵吸入陰床下部水層中，直接導致陰床出水質量差，Na+超標。

2.4 樹脂交換能力差

樹脂在實際應用中，由于相互間摩擦，陰床在再生和運行中樹脂發生反復變化，多次收縮，膨脹會促使顆粒破碎，出現裂紋，大孔弱堿苯乙烯系和凝膠強堿苯乙烯系樹脂孔眼被破碎成粉狀的樹脂粉末堵塞，陰床再生時，再生液滲透性差，部分樹脂不能完全再生復蘇。破碎樹脂因顆粒變小，小顆粒樹脂夾在大顆粒樹脂之間，使交換器中的水流阻力增大，置換速度變慢，部分樹脂失去置換能力，不利于樹脂正常發生置換反應。

3 降低陰床出水Na+含量的措施

3.1 清洗緊固水帽

將陰清洗塔下部隔板水帽拆開逐個清洗，將現有3 臺陰床中的樹脂清洗完畢后，集中至2 臺陰床中運行，對其中一臺陰床上、中、下水帽拆卸清洗，將陰床最下層水帽中的塑料碎片和金屬顆粒粉塵逐個清洗后，重新裝回床體中。

3.2 改造除碳器底部填料隔板

對1#、2#除碳器底部填料隔板進行適當改進，在原有的填料隔層上加裝隔離網。隔離網制作方法：首先將8 根直徑12 mm、長630 mm 的不銹鋼實心管焊接成直徑為1 600 mm 的圓形，然后將材質為聚乙烯增強型、孔徑為0.6 mm 的濾網縫合在新制作的不銹鋼圓環上。這樣通過對除碳器原有的填料隔層上加裝新制作的隔離網，可以有效防止除碳器運行時，填料層中老化的塑料圓球進入中間水箱。

3.3 更換陽樹脂捕捉器管道濾網

3 臺陽床錯開運行，逐臺將陽床上部強酸樹脂壓入陽清洗塔逐個檢查陽床上部水帽，把松動的水帽重新分解清洗后緊固，使陽床在運行中不再有陽樹脂從上部水帽中漏出。對陽樹脂捕捉器(如圖2）管道濾網進行更換，并且加固新換裝的濾網。陽床臨時停運時，松開陽樹脂捕捉器與陽床出水口母管連接法蘭盤，抽出陽樹脂捕捉器內圓柱狀多孔濾筒，然后將其表面上0.6 mm 孔徑的不銹鋼濾網拆下，更換為0.3 mm 孔徑的聚乙烯增強型塑料濾網，并將濾網的兩端扎牢，防止松脫，這樣陽樹脂捕捉器能夠重新發揮過濾、捕捉、阻斷陽樹脂進入中間水箱的作用，從而解決陰床出水Na+超標的問題。

圖2 陽樹脂捕捉器結構

3.4 增長陰床反洗時間

利用陰清洗塔采用逆流漂洗的方法，樹脂破碎后呈微顆粒狀，因其比重輕可隨水流慢慢沖洗掉，經反復清洗后樹脂的顆粒大小逐漸均勻，樹脂重新投入再生后，再生液的滲透性好、無阻力，再生效果可恢復到正常，因此適當延長陰樹脂的大反洗時間，可以使樹脂交換能力得到更充分的恢復。陰樹脂大反洗時按照先空氣清洗后進水反洗的步驟，空氣清洗時進氣量不宜過大，壓力約0.4 MPa，清洗時長由原來的5 min 延長為10 min，氣洗完畢后，關閉進氣閥；水洗時，打開清洗塔進水閥通入除鹽水，同時打開反洗排水閥，水洗流量控制在30 t/h 左右，防止大顆粒樹脂沖出，水洗時長由原來的10 min 延長為15 min 左右，實際時長以取樣時目測取樣杯底部無破碎樹脂為準。

4 效果

4.1 運行參數

通過實施以上的措施后，運行參數見表1。陰床的正洗流量提高了57%，再生置換時間恢復正常，降低了崗位人員的勞動強度。堿耗、水耗明顯下降，單臺套周期制水總量提高了25%。

4.2 經濟效益

通過實施以上措施后，每年可節約90.672 萬元，具體節約費用計算如下[2]（陰床年檢修費用為6 000 元/臺；陰床正洗用水為1.86 元/t；陰床再生所用除鹽水為3.72元/t，堿耗為536元/t）。

（1）陰床年檢修費用

6 000元/臺×3臺=18 000（元）

（2）陰床正洗用水年費用

1.86元/t×80 t/h×4 h/a×30 a×12×3

=642 816（元）

（3）陰床再生所用除鹽水年費用

3.72元/t×25 t/h×2 h/a×30 a×12×3

=200 880（元）

（4）陰床年堿耗

536元/t×7t×12=45 024元

5 結語

針對冶煉化水陰離子交換器Na+含量高、運行周期短、制水量小的實際情況，從 人、機、物、環、法等方面分析出了陰床出水Na+含量偏高的主要原因，采取清洗緊固水帽、改造除碳器底部填料隔板、更換陽樹脂捕捉器管道濾網、增長陰床反洗時間的具體措施，降低了陰床出水Na+含量，提高了除鹽水質量，取得了較好的經濟效益和社會效益,達到了理想的運行效果，但日后的工作中需加強工藝管理，更加密切關注各項工藝指標的變化，及時調整，確保除鹽水質量。

表1 改進前后陰床的運行參數