离子交换除盐水系统工艺设计

唐雪萍

(浙江海盐力源环保科技股份有限公司，上海　200233)



离子交换除盐水系统工艺设计

唐雪萍

(浙江海盐力源环保科技股份有限公司，上海200233)

介绍了某发电厂采用离子交换系统制备除盐水的原理及相应的设备配置，简述了离子交换器的运行参数、新树脂的预处理、系统运行周期及阳阴树脂的失效控制点，对不同树脂再生剂的选择进行了对比分析。结果表明：采用3%HCl，3%NaOH作为再生剂，再生流速为5 m/h时，阳阴树脂再生效果好。阳床+阴床+混床除盐水系统运行稳定、周期制水量大，能保障锅炉补给水的水质水量。

离子交换；再生；原理

1　进水水质

目前，离子交换制备除盐水工艺在电厂锅炉补给水处理中应用较广泛，采用蒸馏法海水淡化装置时，其后处理宜采用一级除盐加混床或混床系统[1]。浙江某电厂采用海水淡化低温多效加蒸汽压缩喷射器(MED-TVC)的产品水(蒸馏水)和第一效凝结水作为离子交换器进水水源，MED-TVC装置产品水水质见表1。

表1　进水水质

由表1可知，离子交换器进水水质较好，TDS≤5 mg/L，工艺设计可按一级除盐系统。

2　工艺流程

海水淡化蒸馏水和第一效凝结水→“阳阴床+混床”→超纯除盐水

出水水质见表2。

表2　出水水质

本工程采用母管制连接，当采用表1的水质进水时，阴床及混床出水均可进入后续除盐水箱，即：四套系统可运行，3用1备。当使用备用水源时，需切换阴床产水阀，使产水进入混床，最终混床出水进入除盐水箱，即：两套系统可运行，1用1备。此设计能满足不同进水时系统出力要求，系统出力按每套160～240 m3/h设计。

3　系统设计

3.1离子交换系统的工艺原理

除去溶解于水中的各种电解质称为除盐。离子交换除盐，即：H型阳树脂将待处理水中各种阳离子交换成H+，OH型阴树脂交换成OH-。交换生成的H+和OH-中和生成水，从而达到除盐的目的[2]。离子交换还可去除原水中各种溶解态的杂质离子和水中含有的有机物、非活性硅等，以生产出满足锅炉补给水用水要求的除盐水。

进水中的阳、阴离子与树脂中的H+，OH-发生交换，反应式如下：

其中M+为阳离子，X-为阴离子

强酸性阳树脂对阳离子的交换顺序依次为：Fe3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>Na+>H+，由此可知，当进水通过离子交换器时，进水中Na+被阳树脂交换的能力最弱。随着进水水量的不断增加，离子交换树脂工作层会逐渐下移，失效层将加厚。最后，H+被进水中阳离子置换。当发生离子交换的区域移至树脂的最下层时，最先泄漏的是被交换能力最弱的Na+。因此，检测阳离子交换器失效与否是以漏钠为标准的[3]。

混合离子交换器是将阴阳离子树脂按一定混合比例装填在离子交换器内，可同时交换水中的阴阳离子，交换反应分别生成H+、OH-，中和成水，完成除盐过程。本次设计中，为防止混合离子交换器因制水量过高而深度失效，规定周期制水量8000 t。

3.2离子交换系统的运行

离子交换除盐系统主要由4台DN3200阳阴离子交换器，2台DN2500的混合离子交换器构成。阳、阴床树脂装填量均为300 mm的压脂层及2400 mm的交换层，混合离子交换器阳树脂装填量为450 mm，阴树脂装填量为1350 mm。离子交换器进水配水装置采用十字支母管式，中间集、排水装置采用母支管，出水集水装置采用水帽出水，出水口处安装树脂捕捉器，截留从交换器中泄漏的树脂。

3.2.1新树脂预处理

离子交换器罐体内填充树脂采用GB13659《001×7强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂》及GB13660《201×7强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂》标准。

阳阴树脂出厂离子形态为Na型及Cl型，需要将其转型为H型及OH型。本工程采用双倍再生法转型，即：使用正常再生剂量的2倍再生液体积对树脂进行再生[3]。第一次采用浸泡再生，所需时间约为24 h，第二次采用正常的逆流再生，持续时间为30 min。混床采用同时再生，即酸碱再生液同时进入罐体内，对树脂进行再生。

转型后的树脂在床体内进行正洗，直至床体出水与进水pH值相等。预处理过程不仅可将树脂转型，恢复交换容量，还可洗出混在其中的碎树脂[4]。

3.2.2离子交换器运行

原水通过进水泵进入离子交换器，进水与树脂接触，树脂将水中的阳、阴离子从水中置换到树脂上，水中的离子被除去，得到合格的除盐水。设备运行一段时间后，需对中间排液管上的压脂层进行小反洗，去除运行时积聚的悬浮杂质及破碎树脂，确保系统的正常出力。离子交换器的设计参数见表3。

表3　离子交换器设计参数

3.3离子交换系统的再生

离子交换系统的再生对于除盐系统的稳定、长久、有效的运行起到了关键性的作用，只有再生彻底的树脂，才能保障整个系统可靠运行。否则，直接影响后续运行时树脂的工作交换容量、出水水质、制水周期等环节，制约了本系统的经济效益。

3.3.1再生剂的选择

表4　再生剂的区别

本工程采用HCl作为阳树脂再生剂。

阴树脂一般采用NaOH作为再生剂，OH-离子置换阴树脂中阴离子，发生运行时的逆反应，使其恢复除盐能力。

离子交换系统再生时设计参数见表5。

表5　再生设计参数

离子交换系统的再生设备规格见表6。

表6　再生设备规格

3.3.2离子交换器的再生步序

由于离子交换器罐体设备布置在化水车间内，而再生系统布置在室外的废水池上，物理距离较远。一般设计中，多采用酸碱喷射器作为再生液载体进行再生，但喷射器出口压力一般为0.12～0.2 MPa，远距离输送液体时，不适宜[7]。因此，酸碱计量系统宜采用液压隔膜泵输送，再生剂通过计量泵进入混合三通，配置成合适浓度再生液对树脂进行再生。

本工程除盐系统采用母管制，当任何一台床体树脂失效，出水不合格时，停止运行，启用备用床体投入制水，而本床体则自动切换到再生程序。再生前，床体进行小反洗，即：只对中排装置上的压脂层进行反洗，冲洗运行时堆积在压脂层中的颗粒物杂质，直至反洗出水澄清，时间约15～20 min。小反洗结束后，进再生液，控制再生液流速<5 m/h，以防流速高，引起树脂乱层，再生时长约40 min；再生液浸泡完后，关闭再生剂进液阀，进行置换，置换时间约为40 min；置换结束后进行小正洗，将再生过程中残留在压脂层中的再生废液冲洗干净，时长约为20 min，最后进行正洗，直至出水合格，再生结束[6]。

4　结　论

本工程运行的结果显示，离子交换系统可实现3用1备或1用1备，根据进水不同水质，可灵活切换。系统产水水质和水量均达标，能安全、稳定的满足后续系统对除盐水的需求。同时，具备设备、管道、支吊架布置美观、紧凑、自动化程度高，为今后类似的工程案例提供了参考依据。

[1]DL/T 5068-2006,中华人民共和国电力行业标准[S]．

[2]刘小平,傅晓萍,李本高. 除盐水制备技术进展[J].工业水处理,2008,28(4): 6-8.

[3]钱达中.发电厂水处理工程[M].北京:中国电力出版社,2002:119-199.

[4]樊红庆. 离子交换除盐水技术研究[J].科技传播,2013(4): 169-170.

[5]赵兴旺,王庆龙. 除盐水装置阳床再生液的选用[J].化工进展,2013,32(z1):278-280.

[6]樊红庆. 反渗透合并混床二级除盐水技术工艺探究[J].中国高新技术企业,2013(16):73-74.

[7]江鸿,于新娜,王静龙. 除盐水生产系统若干设计问题的改进建议程[J].自动化与仪器仪表,2014(12):186-187.

Design of Desalination Water Ion Exchange System

TANGXue-ping

(Zhejiang Haiyan Power System Resources Environmental Technology Co.,Ltd., Shanghai 200233, China)

Equipment configuration and principle of preparation of desalination water based on ion exchange system were introduced. The operation status, pretreatment of new resin, running period and failure point of cation and anion exchange resin were described, and different recycling agent was analyzed. The result showed that 3%HCl, 3%NaOH were used as the recycling agent while the regeneration velocity was controlled at 5 m/h, the resin can be regerated well. The whole system containing cation, anion and mixed ion exchaner run stably. The period water output of the ion exchanger was large, can guarantee the quality and quantity of the water used for boiler feed water.

ion exchange; cycle; principle

唐雪萍(1986-)，硕士，工程师。

TK223.5

B

1001-9677(2016)03-0138-03