阳离子交换器酸耗渐高原因分析及处理

曹德平

(湖南华电长沙发电有限公司，长沙 410203)

1 设备概述

湖南华电长沙发电有限公司(以下简称长沙发电公司)是中国华电集团公司在湖南建设的大型火力发电企业，一期2×600 MW机组分别于2007年10月、12月投产。机组配套2列补给水制水设备，制水流程为：化学水池→化学水泵→3层过滤器→逆流再生阳离子交换器→除碳器→中间水箱→中间水泵→逆流再生阴离子交换器→混合离子交换器→除盐水箱→除盐水泵→主厂房凝结水补水箱。

其中，阳离子交换器(阳床)2个，本体材质为碳钢(Q235-A)，内部衬半硬橡胶2层(2 mm和3 mm各1层)，顶部为辐射支管式进水装置，底部为弓形多孔挡板(采用瓷砂垫层)出水装置。设备直径2 800 mm，额定出力125 m3/h，树脂装载高度1 600 mm，压脂层高度200 mm，树脂为杭州某公司001×7强酸阳树脂，无顶压逆流再生，1.5%～3.0%HCl再生。

2 再生酸耗渐高问题

2012年秋季开始，长沙发电公司#1阳床周期制水量大幅下降，酸耗逐渐增高。夏季时基本在50 g/mol左右，秋季开始逐步升高，到年底升至约90 g/mol，#2阳床情况较#1阳床好，但周期制水量也略有下降。到冬季，#1阳床出现多次失效后一次再生不成功，需要二次甚至多次再生方合格的情况，严重影响化学专业经济运行。

3 原因分析

3.1 源水水质变差[1]

经送检化验，2012年湘江水质夏季、冬季有明显变化，冬季水质含盐量明显高于夏季，见表1。以湘江或其支流为水源的电厂，大多未设置反渗透、活性炭过滤等装置，源水净化装置都较简单，阳离子交换器对来水缓冲调节能力较弱，再生效果一般容易随进水水质的变化而产生较大波动。

表1 长沙发电公司2012年夏季、冬季源水水质监测数据

3.2 水温低

长沙地区属亚热季风湿润气候，气温随季节变化明显。1月平均气温4.7 ℃，7月平均气温29.4 ℃。气温变化大，源水净化出水指标变化也大。长沙发电公司净化站主要设备为反应沉淀池，经2012年统计，相同设备、出力和加药量情况下，反应沉淀池冬季出水浊度比夏季平均高2.8 NTU左右。长沙发电公司再生无加热设备，水温低，再生效果、制水效果均降低。经统计，2007—2011年，该厂每年冬季酸耗比夏季高10 g/mol左右。

3.3 悬浮物污染、树脂板结严重

长沙发电公司在树脂大反洗过程中，容易出现大流量情况下树脂反洗不起来的现象，经常在流量大于150 t/h时，树脂依旧不能膨胀到相应高度，这在设备投产前几年基本未出现过。经解体检查，树脂含泥沙多，悬浮物污染严重，有板结现象。悬浮物

会堵塞树脂层的孔隙，增大水流阻力，也会覆盖在树脂层表面，堵塞颗粒微孔的通道，因而降低其工作交换容量。再生时，会减小再生液与树脂的接触面，导致再生失败或再生效果差的情况出现[2]。

3.4 树脂破碎损失

多次再生过程中，再生人员发现其中排有破碎树脂，流出的树脂基本不再呈圆球状，有明显破损痕迹。经取样观察，确实存在少量破损树脂。长沙发电公司2套制水设备不仅要满足双机运行，还需对外供热，制水几乎连续不停，大反洗也较频繁，树脂略微破损也属正常现象。但破损树脂流失，导致树脂脂位下降，树脂高度已经比正常高度低了20 cm以上，压脂层已经完全失去作用，悬浮物不能通过小反洗除去，而且再生时容易乱层，导致酸耗偏高。

3.5 树脂铁污染

分析树脂送检结果(见表2)发现，树脂受铁污染较为严重。由于阳树脂对Fe3+的亲和力较强，吸附Fe3+后就不易再生，变成不可逆交换，树脂发黑，体积交换容量不足，这是酸耗高的主要原因[3]。

表2 #1阳床树脂送检结果

3.6 装置原因

布水不均、出水偏流等均会对酸耗偏高产生重大影响。#1阳床经解体检查，顶部布水均匀，底部弓形多孔板完好，中排平整，均未见堵塞情况。但底部垫层乱层，出水(再生进水)有偏流情况。在除碳器顶部布水装置发现细小瓷砂，除碳器效率也有所下降。

3.7 盐酸质量

盐酸质量往往是导致酸耗偏高的重要原因，长沙发电公司每次酸碱进厂都会进行严格验收。在1次盐酸进厂验收过程中，发现盐酸加入甲基橙后迅速褪色，说明其中存在不明氧化物。鉴于此，长沙发电公司多次对酸罐、酸计量箱存酸进行全面分析，平均质量(见表3)基本在合格范围内，基本排除了这一影响因素。

表3 酸罐、酸计量箱盐酸平均质量分数 %

4 采取的措施

4.1 处理树脂含泥沙问题

阳离子交换器虽顶部留有100%树脂膨胀空间，但树脂压实严重，下部树脂往往反洗不起来，而顶部却跑树脂。为解决此问题，再生人员将顶部1/2阳床树脂导入阳树脂储存罐，在阳离子交换器及树脂储存罐中分别重复进行大流量反洗、正洗，将树脂彻底洗干净。

长沙发电公司技术人员解体检查了阳离子交换器前一级的3层过滤器装置。厂家为防止跑滤料，在3层过滤器顶部布水装置包了1层滤网，影响反洗效果。故拆除了1套滤网装置，改造了2个过滤器布水装置和滤网装置。另外，针对3层过滤器反洗流量无法调节的问题，在反洗入口母管上加装了1个手动阀门，以便随时调节反洗流量，保证3层过滤器反洗效果。经改造，3层过滤器出水浊度基本保证在1.8 NTU以下，效果良好。

4.2 处理树脂破碎损失问题

长沙发电公司对阳离子交换器大反洗后，掏出了阳床内部上面约5 cm厚的树脂，这部分树脂含破碎树脂较多，长沙发电公司重新购进了新树脂，并装填到规定的高度，确保有20 cm的压脂层高度。

4.3 处理树脂铁污染问题

一般树脂Fe3+质量分数达到1 500 μg/g时就要进行铁污染处理。长沙发电公司技术人员将树脂导入树脂储存罐，采用10%的高浓度盐酸浸泡了24 h，并用12%的盐酸动态冲洗。

4.4 处理源水水质差、水温低的问题

针对冬季气温低、源水水质差的问题，长沙发电公司进行了1次混凝试验，聚合氯化铝的质量浓度由原来约3.18 g/t提高到约3.98 g/t，反应沉淀池出水水质显著提高。

国电益阳发电有限公司将化学源水改成从循环水回水进水，提高水温，冬季效果较显著，长沙发电公司借鉴了改造，考虑将定排坑水回收至化学水池，以提高化学水水温，利于节能减排。

4.5 其他处理

对阳塔底部垫层进行了更换，对3层过滤器和重力式无阀滤池进行了滤料更换等。

5 实施效果

2013年开始，长沙发电公司双系列阳床酸耗基本降至50 g/mol以下，周期制水量能达到4 000 t以上，个别能达到6 000 t以上，效果显著。

6 结论

酸耗高是电厂化学专业比较常见的问题。一般应该从来水水质、树脂质量、树脂量、污染情况[4]、设备因素、酸质量、再生参数控制[5-10]、水温等方面找原因，有可能是单一方面因素引起，更多是综合因素引起，需要仔细排查，对症下药。

树脂的悬浮物污染、铁化合物污染、胶态硅污染、有机物污染均能进行一定程度的处理。阳离子交换器处于离子交换首位，更容易受到污染。受到可逆污染等应尽快处理，否则会促进其氧化，加速链解，导致其性能永久损坏。对于使用9年以上的树脂，如果无法恢复足够的制水能力，可以考虑直接报废。

北方地区电厂、沿海区域电厂、以地下水为水源的电厂，建议增加反渗透装置，否则仅靠树脂制水，酸耗偏高将会成为常态问题。

参考文献：

[1]王锋涛，张春雷，赵战省，等.水处理除盐系统出力不足的原因分析及处理措施[J].工业水处理，2001,21(8)：40-42.

[2]张建福，曾琦，张君喜，等.离子交换设备运行恶化的原因分析及处理[J].工业水处理，2008,28(4)：71-74.

[3]罗培留.一级除盐系统重复再生原因分析[J].热力发电，2003(6)：68-69.

[4]王勇.离子交换树脂污染及复苏处理[J].冶金动力，2010(3)：75-76.

[5]詹约章，余建飞.离子交换树脂再生时酸碱耗高的原因分析及解决对策[J].工业水处理，2010,30(5)：81-83.

[6]阎建伟.强酸阳离子交换器出水酸度浅析[J].运城高等专科学校学报，2002(5):61-63.

[7]郑锦培.锅炉补给水阳离子交换器的调试要点[J].科技资讯，2009(3)：43.

[8]王瑛，赵二杰，罗晓强.阳离子交换器出力不足的分析及处理[J].工业水处理，2006(11):90-92.

[9]孟晓娟，李亚南，李韦霖.火力发电水处理阳床树脂去污染深度复苏方法的应用与研究[J].甘肃科技，2010(1):68-70.

[10]郑春华，张建福.离子交换设备酸碱耗偏高的原因分析及处理[C]//全国火电300 MW e级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集.广州：全国发电机组技术协作会，2010：618-622.