优化离子交换器的再生工艺

周黄斌，杜伟华，苏 宁，许怀鹏

（1马钢股份有限公司热电总厂，安徽马鞍山 243000;2安徽省特种设备检测院，安徽合肥 230051）

优化离子交换器的再生工艺

周黄斌1，杜伟华1，苏 宁2，许怀鹏1

（1马钢股份有限公司热电总厂，安徽马鞍山 243000;2安徽省特种设备检测院，安徽合肥 230051）

马钢热电总厂新区电厂化学水处理系统，采用的是一级除盐+混床工艺，该系统自投产以来，阴、阳离子交换器再生酸、碱耗一直偏高。从影响阴、阳离子交换器再生效果的多个可能因素着手，通过现场实际检查和查阅相关的资料，最终找出“再生工艺参数搭配不佳”这个症结，并针对该症结采取了“运用正交法优化离子交换器再生工艺”的措施，最终确认了再生工艺参数搭配的最佳方案，使得阴、阳离子交换器再生酸、碱耗大大降低，降耗减排效果显著。

一级除盐；离子交换器；周期制水量

1 概况

1.1 新区电厂化学水处理系统概况

新区电厂化学水处理系统采用一级除盐加混床工艺，系统工艺流程如见图1。

马钢能源总厂提供的净化水→清水箱→清水泵→高效纤维过滤器→阳床→除碳器→中间水箱→中间水泵→阴床→混床→除盐水箱→除盐水泵→主厂房。由图1可以看出，该系统配有阳离子交换器（即阳床）4台、阴离子交换器（即阴床）4台。阴、阳离子交换器再生效果的好坏直接影响到整个水处理系统的正常运行。

1.2 离子交换器再生效果现状

衡量离子交换器再生效果的指标为酸（碱）耗，对2011年11月12日～2012年1月20日阴、阳离子交换器再生情况及酸（碱）耗进行了统计分析，平均酸耗为463g/吨水、碱耗为460g/吨水，酸耗、碱耗分别见表1、表2。

我厂酸耗、碱耗考核指标均为450 g/t水，由此可见，我厂阴、阳离子交换器的再生效果还处于较低阶段,离子交换器再生效果差是水处理运行生产中须解决的主要问题。

2 原因分析及问题症结

2.1 原因分析

我们利用头脑风暴法，从人、机、料、法等6个方面寻找离子交换器再生效果差的原因，最终列出了10条可能原因，分别为：1、再生泵出力不足；2、压缩空气不稳定；3、冬季水温低；4、进酸、碱管路缺陷；5、树脂被污染；6、再生剂质量问题；7、再生工艺参数搭配不佳；8、人员误操作；9、化验仪表不准；10、化验方法有误差。

图1 新区电厂化学水处理系统示意图

表1 阳离子交换器酸耗统计

表2 阴离子交换器碱耗统计

2.2 问题症结

根据现场生产实际情况，依据《马钢新区电厂初步设计第七卷—电厂化学部分说明书》等设计、设备资料及《HG/T20552—94化工企业化学水处理设计计算规定》、《火力发电厂化学设计技术规程》等有关技术文献，采用现场调查与现场确认的方法，对列出的10条可能原因进行一一排查，最终找出问题的症结为：再生工艺参数搭配不佳。

3 针对问题症结研制解决方案

针对“再生工艺参数搭配不佳”的问题症结，经过研讨，我们初步拟出3种解决方案，并列举出各自的优、缺点，见表3。

表3 “再生工艺参数搭配不佳”的解决方案统计表

通过对上述3种方案优、缺点的对比，最终选择“运用正交试验法，通过最简单的试验，得出再生参数最佳搭配方案”。

4 正交试验

4.1 再生试验因素的确定

运用正交法对再生试验进行确定。

(1)以理论计算值及原设计给定再生工艺值做为实验的基础值。

即：再生液用量：阳离子交换器：浓HCl（31%）再生液用量1 m3/台；阴离子交换器：浓NaOH （32%）再生液用量0.8 m3/台。

再生液浓度：阳离子交换器：稀HCl2.5%；

阴离子交换器：稀NaOH2.0%。

再生液流速：阳离子交换器：5 m/h；

阴离子交换器：4 m/h。

(2)以再生工艺条件的调整范围的上、下限为实验因素的变量值。

即：再生液用量：阳离子交换器：浓HCl（31%）再生液用量0.8 m3/台、1.2 m3/台；

阴离子交换器：浓NaOH（32%）再生液用量0.6 m3/台、1.0 m3/台。

再生液浓度：阳离子交换器：稀HCl 2.0%、3.0%；

阴离子交换器：稀NaOH1.5%、2.5%。

再生液流速：阳离子交换器：3 m/h、7 m/h；

阴离子交换器：2 m/h、6 m/h。

(3)制定正交试验因素、水平表，阳离子交换器见表4、阴离子交换器见表5。

表4 阳离子交换器正交试验因素、水平表

表5 阴离子交换器正交试验因素、水平表

4.2 正交试验

影响再生效果的因素主要是上述三大因素，而衡量再生效果的指标是酸碱耗。将各因素和水平按正交设计进行均衡搭配编制出正交试验表，通过改变再生液用量、浓度、流速三个因素，分别对阴、阳离子交换器进行了27次再生实验，分别录下阳离子交换器、阴离子交换器再生记录（数据略）。

4.3 正交试验数据处理

按正交试验表的试验数据，将同因素，同水平的三次试验数据计算出平均值，并找出各因素中K值最大和最小值求出其差值R，阳离子交换器见表6、阴离子交换器见表7。

4.4 结论

R值的大、小表明各因素对试验结果的影响程度，从以上两个表格可以看出，三因素中，对再生效果（酸耗）的影响，再生剂用量一项R值最大。各因素进行比较是再生剂用量对再生效果（酸耗）的影响最大，再生液流速次之，再生液浓度在此调整范围内影响最小。

根据统筹兼顾原则，确定最佳再生条件：再生阳离子交换器选用再生剂用量（1.2 m3）、再生 液浓度（3.0%）、再生液流速（3 m/h）；再生阴离子交换器选用再生剂用量（1.0 m3）、再生 液浓度（2.5%）、再生液流速（2 m/h）。在这一条件下的再生效果为：酸耗410～420 g/t水；碱耗400～410g/t水。

5 试验结果的生产应用

将试验得出的结论应用到生产中，对4台阳离子交换器和4台阴离子交换器9月份再生效果（酸碱耗）进行统计，阳离子交换器统计结果见表9（平均吨水酸耗414 g)、阴离子交换器统计结果见表10(平均吨水碱耗404 g)。

表6 阳离子交换器正交试验数据处理

表7 阴离子交换器正交试验数据处理

表9 阳离子交换器酸耗统计表

表10 阴离子交换器碱耗统计表

6 结论

从统计数据可直观看出，将试验得出的结论应用到生产中，阳离子交换器酸耗达到414 g/t水、阴离子交换器碱耗达到404 g/t水，达到了总厂酸、碱耗的考核标准（≤450 g/t水）。

[1]王广珠，汪德良，崔焕芳，等.离子交换树脂使用及诊断技术[M].北京：化学工业出版社，2004，12－44.

[4]王九思，陈学民，肖举强，等.水处理化学[M].北京：化学工业出版社，2002，194－200.

Optimization of the Regeneration Process of Ion Exchanger

Zhou Huangbin1,Du Weihua1,SuNing2,XuHuaipeng1
(1.Thermal Power Plant of Maanshan Iron and Steel Co.,Ltd.,Maanshan,Anhui 243000,China; 2.Anhui Special Equipment Inspection Institute,Hefei,Anhui 230051,China)

The chemical water treatment system using primary desalting+mixed bed process in Masteel’s New Area had suffered excessive consumption of regenerated acid and alkali in the anion and cation exchanger since operation start.Beginning with various factors possibly affecting the regeneration performance of the anion and cation exchanger and through field inspection and consulting relevant data,the problem of“poor coordination of regeneration process parameters”was finally pinpointed.To solve the problem,the measure of“optimizing the regeneration process of ion exchanger with orthogonal method”was taken to determine the optimal program of the regeneration process parameters,which has greatly reduced the consumption of regenerated acid and alkali in the anion and cation exchanger and achieved significant emission reduction.

primary desalting;ion exchange;cycle water output

TF085

B

1006－6764（2015）06－0031－04

2015-03-20

周黄斌（1983－），男，大学本科学历，助理工程师，现从事电厂化学专业相关技术工作。