优质中水的利用对除盐系统经济运行的影响

2018-10-16

天津化工 2018年5期

（天津大沽化工股份有限公司，天津300000）

天津大沽化工股份有限公司热电分厂除盐系统为锅炉及化工生产单位制取、供应除盐水（又称无离子水）。系统采用运行浮动式阳、阴离子交换器+混床二级除盐工艺。运行浮动式离子交换器由于运行流速高，离子交换反应速度快，对原水水质极为敏感。之前我们使用含盐量较高的滦河水作为水源，制水消耗较大。尤其是当滦河水水质劣化时，经常致使离子交换器过快失效，再生频繁，物料消耗大幅增加。严重时导致交换器频繁再生投运，时常出现故障，造成制水紧张，甚至出现供水中断的状况，对公司生产系统产生不利影响。2012年底我们初步改用优质中水做为主要水源，此状况得到较大改善。

1 除盐工艺原理及特征

阴、阳离子交换树脂除盐技术于20世纪60年代末引入我国，在电力系统中广泛应用至今，其利用离子交换器内阴阳树脂的离子交换特性，将水中的阴、阳离子置换降低从而制得除盐水，并且其交换反应是可逆的，树脂失效后可用相应化学药剂再生还原继续使用。

1.1 阴、阳床

目前，我公司除盐系统阴阳床均采用运行浮动式离子交换器，浮动运行，固定逆流再生，树脂满床运行，其工艺简图如图1所示。

图1 运行浮动床工艺简图

运行浮动床运行时，水从床体下部进入上部流出，树脂被托起呈压实状态，浮而不乱，满足制水条件。再生时树脂层稳定，再生液从床体顶部进入，经树脂层恢复树脂离子交换能力后，从床底倒置U型排液管排出（U型排液管作用是保证再生时床内满水，防止空气进入，影响再生效果）。其主要特征如下：

1）运行流速较高，出力较大。运行浮动床运行流速可达40m/h，较固定运行离子交换器20m/h的流速，其出力可增加一倍。由于其运行流速较高、离子交换速度较快，所以对进床水质极为敏感。

2）再生度较高。因其为逆流固定再生，故再生时树脂层工况稳定，再生条件好。

3）适宜大流量连续运行。因其采用浮动运行方式，最忌树脂层乱层，因此运行过程中应保持足够的水流速度，保证其树脂层工况稳定，不发生乱层，出水水质也就越稳定，制水量越多。

4）床内树脂必须装满。运行时，在水压力作用下，使得树脂处于密实状态，床体下部形成100～200mm的水垫层。但也不能装的过满，过满不会形成水垫层，也没有树脂膨胀间隙，再生度不高。

5）离子交换器运行时沿水流方向可将其树脂层分为三层，分别为失效层，工作层，保护层，如图2所示。其中工作层厚度对制水量、制水消耗影响较大，其区间越厚，周期制水量就越少，消耗也就越高。工作层厚度与进水水质、运行流速成正比关系，进水水质越差（含盐量越高）、运行流速越快，其工作层区间厚度越大。所以，运行浮动床对水质极为敏感，当入口水质稍有波动就会对其制水量产生较大影响。

图2 运行时树脂层状态分布

1.2 混床

混床是指在一个交换器内按2∶1的比例装有阴、阳两种树脂。运行时，阴阳树脂处于充分均匀混合状态，形成阴、阳离子团，相当于无数个阴、阳床串在一起；再生时采用分层再生，上、下部分别进碱、进酸，利用压缩空气均匀混合后投入运行。其主要是用于进一步纯化阴阳床出水，起到深度除盐的作用。其工艺简图如图3所示。

图3 混床工艺简图

混床的出水品质、周期制水量、再生酸碱消耗与阴阳床（一级除盐）出水品质有直接关系。一级除盐出水品质优良、稳定，可以使混床周期制水量增加，降低再生频率，保证除盐水产品质量。而原水水质优良、含盐量低，为一级除盐出水品质起到保障。

2 优质中水与滦河水水质对比

优质中水由与我公司合作的两家中水厂供应，其水源多为雨水及其他水库中水，经RO工艺处理后送至我公司利用，其水质与之前所利用的滦河水水质比较如表1所示。

表1 优质中水与滦河水水质比较表

单从电导率来看，由于水质全分析较麻烦，通常用电导率衡量水中含盐量的多少。含盐量是表示水中溶解盐类的指标，它是水中各种溶解盐类的总合，优质中水含盐量低于滦河水近80%，可极大减轻离子交换器运行负担，更适用于除盐系统运行浮动床的生产要求。

硬度是表征水中易结水垢物质的总称，除盐水硬度对锅炉的影响很大，可造成锅炉受热面结垢，降低锅炉换热效率，从而缩短锅炉的使用寿命，增大运行成本。优质中水的硬度较滦河水降低80%。

水中硅酸化合物由于形态复杂，统一写成SiO2，优质中水SiO2含量的降低对具有除硅功能的强碱性运行浮动阴床也较为有利。

3 优质中水利用后保持除盐系统经济运行的措施

3.1 调整运行工况

根据生产负荷合理匹配床子运行，确保水源稳定可靠，保持浮动床高流速大流量运行，即控制运行流速大于20m/h（流量大于100t/h），保持树脂工况稳定及周期制水量稳定增加。

3.2 改善再生工况

优质中水利用后原水水质发生变化，原再生工况已不适用现阶段再生要求，鉴于此及时进行系统调试，包括对再生液浓度、再生液流速、再生剂用量的全面调整；由于中水硬度的降低，高价阳离子诸如Ca2+、Mg2+、Fe3+等离子含量均小于前期，阳树脂的离子置换更加容易，因此相应降低再生进酸流速及再生进酸浓度；针对床子周期制水量与各再生工况的对应关系，合理判断最佳工况点，保证再生消耗经济合理。

3.3 合理调节各路水源用量

通过岗位人员及时调整，采用优质中水作为主要水源，利用滦河水补水的运行方式，根据各路水源水质合理调节用水量，维持系统入口原水保持尽量低的含盐量，保证除盐系统较高的经济运行水平。

4 优质中水利用后产生的效益

除盐系统从2012年底开始利用中水，随着中水水源增加至两家公司供应，优质中水利用量逐渐增加，目前优质中水供应瞬时流量可达600t/h，占全部原水利用量的95%以上。利用优质中水后，离子交换床周期制水量得以显著增加，物料消耗明显降低；离子交换床故障减少，检修频率降低。表2为优质中水利用前后除盐系统制水消耗对比表。

从表2可以看出，离子交换器周期制水量均增加50%以上，酸碱消耗降低了近50%，水耗也得到了大幅度的降低。由于离子交换器运行周期延长，床体运行稳定、故障降低，减少了检修次数。按月均40万t除盐水产量计算，每月可减少实物酸用量150余t，折百碱用量40t，月节水8000t，且中水价格较滦河水价格大幅度降低，为公司取得了十分可观的经济效益。