凝结水精处理混床再生工艺浅析

杨晓飞,郝晋堂,王俊玲

(1.山西漳泽电力股份公司,山西河津 043300;2.山西电力科学研究院,山西太原 030001)

凝结水精处理混床再生工艺浅析

杨晓飞1,郝晋堂2,王俊玲1

(1.山西漳泽电力股份公司,山西河津 043300;2.山西电力科学研究院,山西太原 030001)

阐述了凝结水精处理系统的重要性,以某电厂精处理系统为例从运行角度着重分析了高速混床的再生工艺,并针对性地提出了提高失效树脂泄出率、防止树脂破损流失及提高分离度等方面的改进建议。

精处理;混床;再生工艺;锥体分离

0 引言

随着高参数大容量机组的不断投运,对锅炉给水水质的要求越来越严格,国家对水汽质量的控制标准也随之提高。凝结水精处理系统的投运对于降低锅炉给水的含盐量和腐蚀产物、改变锅炉给水中盐类的组成等具有重要的意义,因此凝结水处理设备是高参数大容量机组安全经济运行的重要保证。凝结水处理系统中,失效树脂的再生均采用体外再生方案,以确保深层混床树脂的高再生度,特别是混床采用氨化运行方式时,再生度的要求更高。要实现高再生度,首要条件是阴阳树脂的彻底分离。一般采用物理的方法。利用反洗水流控制一定的反洗强度使阴、阳树脂充分膨胀,由于阴、阳树脂的比重差而得到分离,然后降低水流速度,直到阴、阳树脂彻底分层。由于分层的阴、阳树脂交界处存在着阴、阳树脂交叉的所谓的混脂层,导致不能将阴、阳树脂100%分开、再生。

目前有代表性的分离技术有:中抽法、锥斗法和高塔法。但这几种分离方法都不能很好地解决一个问题:随着运行时间的延长及凝结水水质的变化,阴、阳树脂的比例发生了变化,分离设备不能适应阴、阳树脂的比例变化的要求,失效的阴、阳树脂再生前分离不彻底,从而导致再生时交叉污染,使再生效果不佳而造成凝结水精处理混床出水水质差。对凝结水处理系统的高要求主要体现在其出水水质能否达到较高的纯度,因而必须满足离子交换树脂高质量、再生剂高纯度、再生工艺成熟先进等方面的要求,离子交换树脂的选用在设计时已经确定,再生剂的纯度则需要严格把关,因而在机组运行中要想提高精处理系统的出水水质,再生工艺即树脂的再生度则显得至关重要。

1 系统概述

山西某电厂亚临界机组凝结水精处理系统采用英国Kennicott公司H-OH型圆柱形高速混床 (3×50%)、锥体分离体外再生工艺,离子交换树脂采用美国罗姆哈斯公司生产的Am erbesep252 H型阳树脂、Amerbesep900 OH型阴树脂,以盐酸、液碱做为再生剂。整个再生工艺共分6个步骤,包括失效树脂送至阴再生罐,备用树脂送至高混,失效树脂擦洗、分离,阴阳树脂再生,混合正洗列备。在树脂分离时采用以光学监测仪为主、导度仪为辅来判定界面树脂是否到达,光检仪的灵敏度决定着阴阳树脂能否完全分离。

1.1 再生工艺

失效树脂采用水力方式输送至阴再生罐后,进行空气擦洗、反洗分层步序,在阴阳树脂密度差的作用下,阴树脂缓慢上升位于上层,阳树脂缓慢下降位于下层。当阴阳树脂界面清晰后,从阴罐底部进水将阳树脂输送至阳再生罐内,当到达阴阳树脂界面时,光学监测仪动作将界面混合树脂输送至隔离罐内。接着阴阳树脂罐内分别进氢氧化钠、盐酸进行再生。再生完后将阴树脂输送至阳再生罐内进行混合正洗,树脂再生完毕备用待下次使用。

1.2 锥体分离技术

锥体分离法是英国 Kennicott公司的专利技术。该方法是从阴树脂再生罐锥形底部引入一股向上的水流通过树脂层,其流量与转移的树脂体积相等,以维持阴阳树脂的界面稳定。在输送树脂的管路上装有光检仪探头与导电度表,当光检值迅速上升或导电度迅速下降时,阳罐树脂进口门关闭,隔离罐进口门打开,将界面阴阳混合树脂送到隔离罐,待下次失效树脂进入阴罐后,再将隔离罐的树脂也送到阴罐。在输脂过程中,树脂界面能沿着罐体平稳下降,并随锥体面积缩小而不断缩小,使界面混合树脂的体积也不断减小,以减少树脂交叉污染。为检测树脂在输送过程中水质导电度的变化,提高导电度检测的灵敏度,还在阴罐底部的输送水中加入CO2气体。

2 再生工艺分析

锥体分离技术是当前高混树脂体外再生工艺中较为常用的技术之一,具有树脂分离彻底、界面树脂少、阴阳树脂体积或比例变化不影响分离效果等优点,树脂交叉污染指标满足:阴中阳＜0.1%,阳中阴＜0.4%。该再生系统在近10年的运行中出现了一些问题、暴露出一些缺点,现根据其再生步骤顺序,从如何确保再生度、高混投运后的出水水质以及对热力系统的影响进行全面分析。

2.1 第一步高混内树脂输送到阴再生罐/分离罐

a)确保高混内失效树脂输送干净,不影响备用高混投运后的出水水质:减少输送时的阻力,首先在输送前将阴罐内存水全部排净,另外循环输送时可打开阴罐底排门降低水位,使阴罐水位尽量低于树脂入口管;稳定输送水流量,主要确保漩流冲洗水流量稳定,这主要取决于漩流喷嘴的角度是否合适;检查输送效果,根据阴罐树脂入口管道窥视孔有无树脂来确定需要循环的次数,将树脂输送干净。

b)防止高混内树脂流失:输送前降低高混水位,由于高混处于满水状态,在反洗松动高混树脂以及冲洗树脂管道时,为防止从高混空气门大量跑树脂,可先通过开启排水门、捕捉器反排门,来降低高混内水位;输送过程中防止从阴再生罐空气门、反排门跑树脂,可就地打开阴罐底排门降低水位。

2.2 第二步阳再生罐/贮存罐内树脂输送至高混

a)阳罐内备用树脂尤其是阴树脂必须输送干净,否则在下次分离后影响阳树脂的再生效果,在一定程度上造成交叉污染:延长输送树脂第一步骤的时间,在高混排水的情况下将绝大部分树脂输送至高混;缩短输送树脂第二步骤的时间,在高混停止排水的情况下输送剩余树脂并将高混满水;阳罐内残留树脂的输送,通过反洗、正洗以及进压缩空气交替的方法,将积攒在进酸装置、窥视孔上的阴树脂冲洗下来,然后输送至阴罐。

b)必须保证高混内树脂混和均匀,否则造成高混内树脂层上部阴多阳少、下部阳多阴少,导致高混投运后出水水质变差,尤其是会造成高混在运行后期出水氯离子含量出现增大现象:混脂前的水位适中,根据每套树脂的高度不同,将水位排至高混上部窥视孔,大约在树脂层上10～20 cm处;混脂时罗茨风机的压力稳定,就地观察高混内阴阳树脂是否充分搅动起来,并根据高混下窥视孔部位阴阳树脂混合均匀程度来确定混合时间,进行步延,同时还要注意空气门是否有树脂跑出;混脂后降低水位,为防止发生二次分离,必要时再就地开启捕捉器反排门,快速排水。

2.3 第三步树脂再生前的清洗

a)在减少擦洗次数即降低树脂磨损率的前提下,确保失效树脂擦洗干净:擦洗次数适当,根据正洗排水清澈程度、失效树脂的运行时间以及是否参与机组的启动等因素来确定擦洗循环次数;擦洗时压缩空气压力稳定、阴罐水位适中,确保失效树脂能充分搅动起来,起到应有的擦洗效果。

b)确保阴阳树脂的分层效果,为下一步的树脂分离打好基础:在阴罐空气门、反排门不跑树脂的前提下,适当增大反洗流量将阴罐内树脂反洗起来,最大限度地提高树脂膨胀度,确保阴阳树脂完全分层;当树脂界面清晰后再进入到第四步,另外在阴阳树脂完全分层且界面不波动的情况下需要稳定几分钟。

2.4 第四步阴阳树脂分离

第四步可谓树脂再生过程中最关键的一步,因此在本步骤应严格注意:混床的矛盾之处在于,既要利用阴阳树脂的密度差确保分离彻底,又要避免密度差影响树脂混和均匀程度,因此在执行树脂分离程序时要保证阴中含阳、阳中含阴率为零则相对较难。

a)确保慢速分层效果,因为在此步易出现树脂乱层现象:注意反洗流量突然降低对分层效果的影响,当程序从第三步跳向第四步前,可先将慢速分层时的低流量修改成反洗分层时的高流量,当程序进行到第四步后若界面波动可先继续在高流量下反洗,待界面重新稳定后再将流量缓慢降低至慢速分层的低流量;反洗流量降低后树脂层必然下降,但必须确保平稳、缓慢,反洗流量忌采用直接降低的方式,可以采用阶梯式、小幅度缓慢下降,最终降至10～12 t/h左右。

b)在分离过程必须注意分离的流量稳定、阴阳树脂界面缓慢下降不波动,界面到达后程序能及时跳向下一步,并将管道内残留树脂冲洗干净:在分离前确保除盐水泵不要启动以防止再生水泵流量突然变化,造成分离流量不稳定、阴阳树脂界面以及树脂层整体上下波动,导致界面不清晰、树脂混杂严重;若出现光检仪不灵敏的情况,必须严格注意对树脂界面的控制,灵活采用倒计时或者就地人工干预的方式,确保当树脂界面到达后程序能及时跳向下一步;必要时可采用延时,将各树脂管道中残留的树脂冲洗至各罐体,确保管道冲洗干净、树脂不混杂;为确保在输送界面树脂时不造成流失,可在分离前将隔离罐中的存水排干,使得输送、冲洗界面树脂时隔离罐有足够的空间。

2.5 第五步阴阳树脂再生

a)确保树脂的离子交换能力达到预期的效果:再生液的浓度合适,通过调整酸碱计量泵行程、稀释水流量,使再生液浓度保持在4.0%～4.5%之间;碱再生液的温度适中,通过调整热水箱旁路门开度,使稀释水温度保持在35～40℃之间;再生剂量足够,根据进酸碱量以及排液浓度来确定进酸碱时间;置换彻底,根据置换出水pH值来确定置换时间。

b)阴树脂二次分离的作用不可忽视,阴树脂经过再生后已转变为OH-型,而未彻底从阴树脂中分离出去的阳树脂则转变为Na+型,同时其密度也增大,若未将转型后的阳树脂分离出去则会影响高混的出水水质,因此必须严格执行此步骤。

c)防止阴树脂的流失:严格控制再生后的反洗流量,严密观察反排出水,不允许有阴树脂颗粒出现,若有阴树脂颗粒,则应将流量降低。

3 改进建议

以上分析了该系统运行当中易出现的问题,并提出了相关注意事项,但一些属于设计上的问题无法避免,因此从运行的角度提出建议,在今后的设计时加以考虑。

3.1 改变失效树脂的输送方式

由于受高混底部漩流喷嘴角度的制约,残留在高混死角位置的失效树脂无法搅动起来,导致其泄出率往往达不到要求,因此建议将失效树脂的输送方式由水力输送改为水力与气力相结合的输送方式,采用水力方式将大部分树脂送出,残留树脂采用压缩空气送出,此举可以满足高混内失效树脂的泄出率大于99.9%的要求,因而不会影响备用高混投运后的出水水质。

3.2 减轻树脂磨损,降低树脂的流失率

考虑到空气擦洗造成树脂的磨损、流失,主要是阴树脂的流失,导致阴阳树脂比例不平衡,影响高混的出水水质,建议对失效树脂的擦洗方法进行改进。在树脂擦洗完成后进行放水、反洗,将擦洗下来的杂质反洗出去。具体做法是减少擦洗次数,首先进行8次空气擦洗后,将罐体内部的脏水全部排掉,再重新满水开始反洗30 m in,重复循环2次,共擦洗16次,这样在保证失效树脂擦洗干净的前提下,远远小于设定的30次,一定程度上减轻了树脂的磨损程度。同时该方法也可应用于阴阳树脂再生后的擦洗[1]。

3.3 树脂分离的界面监测

该分离系统采用两种界面监测方式即光学仪与导电度,由于导电度法是依靠加入二氧化碳使输送水的导电度降低,来判断界面是否到达,首先,采用此法导电度变化较光检滞后2～3 s,此时阴树脂可能已经输送过去,另外从罐体底部输入二氧化碳容易引起下部树脂层的上下波动,造成树脂界面混杂,影响树脂的分离,因此建议仅采用较为科学、灵敏度高的光检法,但必须定期对探头及视窗进行擦拭校验。

3.4 宜采用高强度树脂

该再生系统对破碎阳树脂的去除没有较好的办法,因此宜采用高强度树脂。同时为考虑成本,建议采用全交换容量、渗磨圆球率、有效粒径、均一系数等主要技术指标完全符合DLT5068—2006规程要求的国产树脂,如杭州争光生产的JL001、JL201或江阴苏青生产D003NJ、D203N J[2]。

4 结束语

以锥体分离方法为主要技术的精处理高混树脂再生系统,工艺成熟先进、设备稳定可靠,但也存在破损树脂不易去除、失效树脂泄出率低等不足之处,希望今后在设计时对相关再生工艺稍加改进,使其更能满足现场的实际需要。另外在实际运行当中应注重经验的积累,摸索出一套行之有效的优化措施,以提高该系统的运行可靠性,保证树脂的再生效果,满足热力系统的水质要求。

[1] 杨晓飞.凝结水精处理再生水耗高原因分析及改进建议[J].山西电力,2007(6):46-47.

[2] 黄建新.凝结水精处理体外再生分离技术综述[J].电站辅机,2004(3):34-35.

An Initial Analysison the Regeneration Processof Condensate Polishing Mixed Bed

YANG Xiao-fei1,HAO Jin-tang2,WANG Jun-ling1
(1.Shanxi Zhangze Electric Power Co.Ltd,Hejin,Shanxi 043300,China;2.ShanxiElectric Power Research Institute,Taiyuan,Shanxi 030001,China)

The importance of condensate polishing treatment is described.The regeneration p rocess of high speed m ixed bed is emphatically analyzed from the perspective of operation by the examp le of condensate polishing treatment system o f a power plant,and some im provement suggestions are given targetedly,which could increase the drain ratio of the exhausted resin,p revent the loss because of breakage o f the resin and raise the separation degree.

condensate polishing treatment;m ixed bed;regeneration process;conical separation

TK 223.5

B

1671-0320(2010)02-0047-03

2009-11-20,

2010-03-02

杨晓飞 (1980-),男,山西永济人,2005年毕业于太原理工大学热能动力系,助理工程师,从事电厂化学工作;郝晋堂 (1960-),男,山西原平人,1982年毕业于东北电力学院动力系,高级工程师,从事电厂化学工作;王俊玲 (1977-),女,山西翼城人,1999年毕业于华北电力大学环境工程系,工程师,从事电厂化学工作。