一级除盐系统树脂再生度降低的原因分析及处理方法

薛昌刚，周志彬， 王锋涛， 孙勇

(国网河南省电力公司电力科学研究院， 郑州 450052)

1 问题的提出

某电厂一期2×300 MW机组锅炉补给水处理除盐系统设计为一级除盐+混床，分别为A，B两列阴阳床加A，B两台混床。阴阳床均为双室结构，阳床上层为弱阳树脂(4.9 m3)，下层为强阳树脂(4.9 m3)；阴床上层为弱阴树脂(4.9 m3)，下层为强阴树脂(4.9 m3)，阴阳树脂比例为1∶1，阴阳树脂均采用逆流再生工艺。两列一级除盐树脂共运行10余年，产水电导率基本能维持在1～2 μS/cm，最低能达0.5 μS/cm 。到2013年，对两列树脂进行了报废，更换了同型号、同厂家的4种树脂，从更换树脂1年多来看，一级除盐再生1遍共用酸碱各3箱，每箱体积1.38 m3，阴床出水电导率只能达到10 μS/cm左右，连续进2遍酸碱，阴床出水电导率仅能达到6 μS/cm左右，出水水质始终达不到老树脂的效果(即树脂出现了再生度降低的问题)，同时树脂的交换容量也只有2 000 m3，再生频繁，酸碱消耗巨大。

受某电厂委托，国网河南省电力公司电力科学研究院派技术人员到现场帮助查找原因，通过对树脂罐体的树脂分布、树脂再生方式、反渗透进出口水质、活性炭过滤器运行、再生用酸、碱品质等进行检查，分析了引起一级除盐树脂再生度低的原因，并提出了建议和处理措施。

2 问题查找

2.1 对正在运行的A列一级除盐树脂进行检查

(1)从树脂窥视镜中可以看出强阳树脂呈深棕色，外观及颜色均正常，无明显破碎树脂，树脂层混有粒径稍大的白色颗粒，经确认，该白色颗粒为基建期装填的惰性白球。

(2)强阳树脂上平面偏流严重，树脂层不平整，上部的部分集水器黏附有较多白色惰性树脂，这可能是造成偏流的一个原因。树脂层不平整，会影响树脂的再生效果，降低树脂的交换容量。

(3)从树脂窥视镜中可以看出，强阴树脂呈浅黄色，外观及颜色正常，无明显破碎树脂，强阴树脂上平面平整，无偏流现象。在更换新树脂时，运行人员怀疑阴树脂里混有阳树脂，经过1年多运行后，用窥视镜观测已无法辨别是否掺杂阳树脂。

2.2 对正在运行的B列一级除盐树脂进行了检查

(1)从树脂窥视镜镜中可以看出阴阳树脂颜色、外观及粒径大小正常，但有少量的破碎树脂漂浮在树脂层上表面，惰性白球存量很少。

(2)强阳树脂上平面出现偏流现象，但没有A列严重。从外观上看无法确认树脂是否掺杂。

2.3 再生方式及工艺检查

(1)现场阳床在再生正洗过程中，仅通过时间来判定终点(一般正洗为40 min)，并未通过检测钠的质量浓度小于100 g/L 作为正洗终点，因此，无法保证阳树脂的再生效果，若阳床出水钠的质量浓度超标，会直接影响阴床的正洗效果和出水水质。因此，必须以阳床的出水钠值作为判断正洗终点的依据。

(2)运行人员一般会将再生液的质量分数控制为：酸液约2.8％，碱液为2.1％。再生液质量分数偏低是造成再生度偏低的重要原因之一。

(3)运行人员一般将再生流速控制在18～20 t/h左右，再生流速稍微偏高。

2.4 A，B列树脂运行水质情况

A 列：时间，2014-04-03 T 10：00； 阴床出水，电导率为7.36 μS/cm，SiO2质量浓度为21.9 g/L；混床出水，电导率为0.07 μS/cm，SiO2质量浓度为4.1 g/L。

B列：时间，2014-04-04 T 09：00；阴床出水，电导率为6.74 μS/cm，SiO2质量浓度为19.6 g/L；混床出水：电导率为0.06 μS/cm，SiO2质量浓度为3.8 g/L。

2.5 对反渗透进、出口水质进行了调查

(1)某电厂的补给水处理系统的水源为循环水排污水，电导率长期维持在2 000 μS/cm左右(该循环水无石灰处理系统)。

(2)2014-04-03 T 10：20，#2反渗透进口电导率为1 709 μS/cm，出口电导率为381.7 μS/cm，平均脱盐率为75％左右；#1反渗透未投运，有关人员调查询问了运行人员为什么#1反渗透未投运，其原因是#1反渗透脱盐率更低，出水电导率一般维持在500 μS/cm左右。两列反渗透的出水水质和脱盐率均不达标。

(3)反渗透溶液的氧化还原电位(ORP)表指示不准确，只能通过手工测反渗透入口的余氯，每班一次。

2.6 检查阴阳床再生用酸碱耗量及酸碱质量

根据该树脂通常的再生比耗，现有每个阴阳床正常再生时，进酸碱量各3箱，体积为4.14 m3，合计纯酸1.43 t，纯碱用量为1.60 t，树脂消耗的酸碱用量是足够的。现今各进2遍，说明酸碱消耗为正常的2倍，属于超量再生。从某电厂购买酸碱时的大宗药品化验报告中可以看出，酸碱质量暂未发现有不合格情况。

2.7 对酸碱喷射器及稀释水手动门进行检查

对阴阳床的酸碱喷射器及稀释水手动门进行了检查，发现调节性能较差，稀释水流量不能有效调节，尤其是酸喷射器出药能力较差，为确保再生液质量分数和稀释水流量，建议对以上阀门等设备进行检修。

3 原因分析

所谓离子交换树脂的再生度，就是在树脂失效之后，经过再生处理重新获得交换能力的程度，再生度越高，再生效果越好。对于给定的树脂层而言，再生度与再生前树脂层的离子成分及分布情况有关，也与再生条件(再生剂种类、质量分数、用量、再生液温度、流速、配制再生液用水质量等)有关，可能有以下8种原因造成再生度降低。

(1)再生液质量分数偏低。根据化学反应平衡原理，提高再生液的质量分数，以增强再生剂中的H+和OH-与离子交换树脂中的—R的交换效果，提升树脂的再生度，某电厂之前的再生液质量分数均未超过3％。

(2)再生液流速。再生液流速越高，再生液与离子交换树脂基团反应的时间越短，会降低再生液与树脂的置换效果。由于再生液流速过低，喷射器将无法稳定抽出药液，整个再生过程耗时也比较长。再生液流速影响着再生液与树脂的接触时间，一般以4～8 m/h为宜，逆流再生的再生液流速应保证不使树脂乱层。若再生液的温度很低，不宜提高流速。

(3)阴阳树脂的混杂(尤其是阴树脂里混杂有阳树脂)。在运行过程中，阴床出水会有NaOH释放出来，会增大产水的pH值和钠的质量浓度，同时阴床出水电导率也会较高，水质难以合格。

(4)有机物污染。某电厂的水源为循环水排污水，温度高，微生物细菌容易滋生，杂质多，电导率长期维持在2 000 μS/cm左右，反渗透出口电导率400 μS/cm左右，表明反渗透的膜组件已被部分击穿。该厂又未投运活性炭过滤器，树脂可能被有机物污染。若确认树脂被有机物污染，也会出现“放钠”现象并需要测定总有机碳(TOC)含量。

(5)再生液的品质。再生剂的纯度越高、杂质越少，树脂的再生度就越高，特别是对阴树脂影响更大。对于某电厂再生剂的品质，已经列入第三方送检计划。

(6)单个床体再生质量不好。阴床出水的水质决定于阳床的再生度和阴床的再生度。其中一个床体再生效果不好，就会影响一级除盐的出水质量。因此，在进行阴床正洗前，必须确认阳床出水是否合格，方可进行下一步序。

(7)反渗透出水水质。近期某电厂的反渗透出水水质较差，电导率维持在400 μS/cm左右，明显影响了一级除盐的周期制水量。反渗透水质电导率高，也可能导致一级除盐正洗时(正洗时用反渗透出水)电导率难以下降。

(8)树脂层偏流。在现场观察过程中，发现强阳树脂偏流严重，主要原因有：一方面是上层的布水装置布水不均，集水器黏附有大量惰性白球；另一方面可能是强阳树脂下面的石英砂垫层不平整。该石英砂垫层已运行超过10年，并且更换过树脂，工人曾站立在垫层上施工，因此垫层不平整的可能性存在。

4 改进措施和处理方法

由于影响树脂再生度的原因很多，即使是同一厂家同一型号，不同批次的树脂质量也存在着质量差异。通过对现场情况的了解，结合实际工作经验，作者初步判断该电厂树脂再生度低的主要原因是在树脂再生液质量分数低及新树脂装填时未进行预处理。装填新树脂后，新树脂与老树脂相比已经有了较大的变化，如果新树脂投运前没有经过预处理，仍然按照老树脂的再生液质量分数去再生，新树脂的交换容量没有被充分释放出来，树脂交换容量低下，从而导致出水不合格。在与业主讨论后，一致同意采取合理的改进措施进行处理，首先改进再生工艺，观察再生后的效果，若效果不明显，则按照讨论的取样项目进行化验分析，进一步确定原因。建议采取如下改进措施和处理方法。

(1)对两列阴阳树脂重新进行预处理，逐步提高树脂的交换容量。阳树脂用4.5％的盐酸浸泡8～12 h；阴树脂用4.0％的NaOH浸泡8～12 h；浸泡完成后，再进行正常再生，首次再生采用酸碱倍量再生方式。

(2)检修酸碱喷射器设备及稀释水隔膜阀，确保再生液质量分数和稀释水流量稳定正常。

(3)一级除盐系统再生时，将再生液质量分数提高，酸液质量分数从原来的2.8％提高到4.0％～4.5％，碱液质量分数从原来的2.1％提高到3.8％～4.5％，进酸量和进碱量均为之前的3个计量箱。A列和B列分别按此质量分数再生2个周期。

(4)阳床再生完成进行正洗时，要测定钠的质量浓度。原有的运行方式为正洗40 min 进行下一步序，现改为当阳床出水中钠的质量浓度小于100 g/L时，作为判断终点。

(5)之前的再生液流量分别为酸液20 t/h、碱液18 t/h，现在分别降为酸再生液流量15 t/h、碱再生液流量为13 t/h，延长进酸碱时间，增加再生液与树脂的反应周期，并观察再生后的效果。

(6)优化补给水系统的水源。采用循环水排污水，其细菌、微生物的指标远远高于地表水和地下水。循环冷却水系统是一个特殊的生态环境，冷却塔的曝气作用以及合适的水温使循环水温度常年保持在30～40 ℃，供氧充足，溶解氧易达到饱和，这些条件非常有利于细菌、微生物的滋生，其细菌、微生物的数量通常比地表水高几个数量级，尤其在夏季，数量更高。河南省内有不少电厂亦采用循环水排污水作为补给水系统的水源，运行几年后发现，超滤膜、反渗透膜遭受污染的几率增加明显，主要表现在膜被微生物、黏泥堵塞，过滤器滤元更换频繁，反渗透膜脱盐率下降、杀菌剂消耗增加，运行、检修成本不断上升。因此，建议业主在条件允许的情况下，对补给水系统的水源进行优化，整体经济、运行成本均会降低。

(7)检修反渗透设备，提高反渗透出水水质。建议对已被击穿的反渗透膜组件进行更换，调试，确保反渗透出水电导率降至50 μS/cm左右，脱盐率达到95％以上，这样对一级除盐及混床的周期制水量会有较大的帮助。

5 效果评价

A列一级除盐树脂优化再生方式前后水质对比结果见表1，B列一级除盐树脂优化再生方式前后水质对比结果见表2。

表1 A列一级除盐树脂优化再生方式前后水质对比

表2 B列一级除盐树脂优化再生方式前后水质对比

从表1、表2中可以看出，A列和B列改变再生方式后，一级除盐出水水质有了较大提高。树脂经过恢复处理后，阳床正洗后钠的质量浓度和阴床出水的电导率均有了明显降低，一级除盐的周期制水量也增加了2倍左右，刚开始效果较为明显，表明改进的再生方式有效。

在B列树脂第4次处理并恢复正常程序再生时，发现阴床出水电导率和周期制水量都存在一定程度的反弹，主要原因是再生度不够，可能是由于更换树脂一年多来，一直未对树脂进行预处理，长期采用之前的再生方式会对树脂的交换性能造成较大影响，树脂经过数次预处理后，其交换能力尚未完全恢复。根据树脂再生反应原理，增加再生时间，在一定程度上会提高树脂的再生度。因此，在节约酸碱和满足机组补给水供水的前提下，在树脂再生过程中，在进再生液后期，开始“置换”步序前，建议手动停止置换酸碱液步序，将酸碱存留到树脂罐中，浸泡8～12 h，然后再进行一下步序，以提高酸碱利用率，增加树脂再生度。

6 结论

(1)通过采取改变再生酸碱质量分数、再生方式以及更换水源等措施，A，B列一级除盐树脂制水量出水品质都得到了很大程度的提升，基本解决了困扰多年的周期制水量低下的顽疾。

(2)从表1、表2中的数据可以看出，再生次数增多，周期制水量、制水纯度有明显的提升，但再生次数越多，酸碱耗量就越大，如何平衡再生次数与再生成本，需要进一步调整和探索。

(3)从现场了解的情况来看，用#1机组循环水作为机组补给水水源时，反渗透出口电导率在400 μS/cm左右，表明反渗透的膜组件可能已被部分击穿。某电厂未投运活性炭过滤器，树脂极有可能被有机物污染。建议某电厂对树脂取样做TOC分析，必要时对A，B列阴树脂进行复苏。

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