中压凝结水精处理混床树脂配比优化的研究与应用

马强

摘 要：发电厂凝结水精处理系统是保证机组汽水系统水汽品质的重要手段，延长理混床运行周期，可以有效降低运行成本和废水排放。本文介绍了通过优化树脂配比来延长混床运行周期的方案，以及在平海电厂2*1000MW中的运用效果。

关键词：精处理；树脂比例；运行周期；节能降耗；废水减排

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.05.229

0 引言

凝结水精处理装置对保证锅炉给水水质意义重大，当精混床失效时需要及时对进行再生，而再生过程中需要消耗大量除盐水、酸碱、电能，产生大量废水，频繁的再生也会导致树脂性能下降、破碎以及损失。因此，延长混床运行周期，减少再生次数将会产生积极的经济和社会效益。

1 系统简介

平海电厂凝结水精处理系统包括：前置过滤器、高速混床、树脂捕捉器、再循环系统和1套旁路系统。正常运行时过滤器两台并列运行，不设备用。混床三台并列运行，一台备用，可满足每台机组100%的凝结水处理量。体外再生系统设备包括：阴树脂再生兼分离塔、阳树脂再生兼贮存塔和树脂隔离罐。

2 运行现状分析

2.1 精处理系统运行指标

平海电厂精处理树脂采用美国DOW凝胶型均粒树脂，混床内阳/阴树脂比例为2：3。采用氢型混床运行，混床平均运行周期（5-7d）和出水质量均满足设计要求：悬浮物≤1ug/L、Na+≤1ug/L、全铁≤3ug/L、Cl-≤1ug/L、SiO2≤5ug/L、pH=6.7～7.5。

2.2 运行工况分析

由于平海电厂参与电网调峰运行，负荷波动较大，启停机次数较多，采用加氧处理工况风险较大，因此采用的是AVT（O）微氧化性全挥发处理，使用氨水调节给水pH在9.2-9.6。凝结水指标要求Na+≤5ug/L，Fe3+≤5ug/L，Cl-≤5ug/L，SiO2≤20ug/L，换算后Na+≤2.2*10-7mol/L，Fe3+≤8.9*10-8mol/L，Cl-≤1.4*10-7mol/L，SiO2≤3*10-7mol/L。氨水加入后在机组汽水中存在着平衡NH3·H2ONH4++OH—，当pH=9.4时，[NH4+]=[OH-]=1*10-4.6mol/L，对比凝结水中阴阳离子数量，NH4+和OH—远大于其他离子数量。

NH4+随凝结水进入精处理混床，进行离子交换反应RH+NH4+RNH4+H+，H+与凝结水中存在的OH—结合生成H2O。上述反应为混床中发生的主要反应，当混床出水出现NH4+时，出水电导率上升，pH值也升高，判断混床失效，此时，阳树脂主要为RNH4型，少量RNa型；阴树脂仍然主要为ROH型，少量RHSiO3型，微量RCl型，阴树脂失效程度较低。阴树脂未失效但仍然和阳树脂一同进行再生，造成浪费。

3 改进方案分析

3.1 方案筛选

对于AVT工况下延长混床周期制水量的方案有前置阳床+混床、铵型混床运行、调整树脂配比提高混床树脂的实际工作交换容量。

基于现有场地和投资限制，前置阳床+混床可行性不高。铵型混床运行虽然可以大幅提高运行周期，但除盐能力极低，如出现凝结水水质恶化，铵型混床将在极短的时间被击穿，直接导致给水和蒸汽品质恶化。所以，前两种方案均不予考虑。

3.2 高速混床内树脂形态动态过程

分析混床内树脂型态变化，理想化的将树脂层自上而下分为3段[1]：

（1）树脂层上段。此段阳树脂已经从RH型转为RNH4型，大部分阴树脂仍保持ROH型。该段中的水pH约为9.2-9.6，与混床进水相同。只要混床树脂到达设计的再生度，不会发生Na+和Cl-的排代，此段树脂层出水中的Na+和Cl-浓度和混床进水相当。

（2）树脂层中段。此段树脂层中的阳树脂处于从氢型向铵型转变的过程中，被吸收了NH4+的进水，其pH值为7.0左右，其在流经阳、阴树脂时，水中的Na+和Cl-等离子被除去；但当后续高pH和高含氨量的水流经这部分树脂，其吸收的Na+和Cl-等离子又会被水中的NH4+和OH-排代出来，进入下面的树脂层。

（3）树脂层下段。下段的进水pH值约为7.0左右，树脂层中主要是RH型阳树脂和ROH型阴树脂，该段树脂发挥除盐作用。当树脂层上段不断扩大，中段向下推进逐渐下移到下段树脂层底部时，混床出水中开始有氨漏过，同时也有Na+和Cl-被排代出来，电导率升高，pH升高，氢型混床到达失效终点。

由上述过程可以得出：（1）AVT工况下氢型混床，在凝汽器没有泄露的情况下，运行周期取决于阳树脂总工作交换容量，交换容量越大，运行周期越长；当发生凝汽器泄露时，由于高pH和大量NH4+的存在，混床運行周期将明显缩短。（2）AVT工况下采用氢型混床，由于接触高pH进水，要求阴阳树脂有较高的再生度[2]，否则，不仅不能除盐，还会发生Na+和Cl–的排代现象。

3.3 不同树脂比例对树脂交换当量的影响

通过表1凝胶型和大孔型树脂在不同比例时的最终工作交换容量，可以看出当体积比为2：3时，阳阴树脂交换当量约为1：1，这也是为何在中性加氧工况下大多数设计采用树脂配比2：3的原因。当采用1：1的树脂比例时，不论哪种型号的树脂，阳树脂交换当量均提高，阴树脂交换当量则略有下降。

3.4 方案确定

针对AVT（O）运行工况下，阳树脂交换容量决定运行周期，将树脂比例由2：3调整为1：1，在略微提高阳树脂数量的情况下，可以较大幅度的提高阳树脂的实际工作交换容量，从而大幅度提高阳树脂的总工作交换容量，延长混床运行周期，同时保证阴树脂有一定的交换容量，以满足凝结水水质恶化时的处理要求。

4 方案实施以及实施效果

4.1 优化方案

混床内阳/阴树脂比例为2：3，单台混床内阳/阴树脂体积分别为3.036m3和4.785m3。需要将阴树脂减少0.875m3，阳树脂增加0.875m3，从而保证树脂总量不变，混床内水力特性不变，输送及再生程序基本不变。查看图纸结合现场观察测量，再生系统阴阳塔的结构均可满足变更树脂比例后的树脂再生需求。

经过树脂比例调整并再生好的树脂要进行跟踪观察，并记录运行数据。对混床出水进行人工化验Na+、SiO2和Cl-等。记录该套树脂的转移、再生、周期制水量以及运行参数。

4.2 实施效果

试验床经过三个制水周期的运行，运行周期制水量，分别为：210858吨、205929吨、208225吨。

试验期间每天对混床入口母管、试验床出口以及同时运行的未调整混床出口水质进行人工化验监测，试验床整个运行周期内出水水质合格，Na+=0.3-0.8ug/L，Cl-=0.1-0.7ug/L，SiO2=1.0-3.2ug/L，pH=6.7-7.1，SC=0.08-0.10us/cm 。Na+，Cl-，SiO2等离子含量与同时运行的其他混床相当，树脂再生度符合要求。

4.3 节能降耗评价

现1号机组精处理5套树脂均已进行比例优化，混床系统运行稳定，出水质量优良，运行周期大幅提高，优化前后精处理混床对比见表2：

按机组年利用小时4000计算，两台机组年发电量为80亿度，两台机精处理混床均进行比例优化后，可减少再生次数52.3次；节约再生费用40.7万元；减少废水排放2.77万吨；减少废水处理费用1.47万元。

5 结论

针对凝结水中阴、阳离子种类及其含量的特点，通过优化凝结水精处理混床内阴阳树脂配比，充分挖掘发挥离子交换树脂的交换能力。在保证精处理系统出水品质的基础上，可以有效延长混床运行周期，减少了再生废水的排放，产生良好的經济效益和社会效益。

参考文献：

[1]韩隶传，李志刚.凝结水精处理混床机理和应用研究[J].中国电力，2007（12）.

[2]蒋如丰，马玉英 .凝结水精处理工艺中高速混床运行特性及计算方法[J].中国电力，1993（11）.

[3]陈永健.混床中阳阴树脂比例的选择[J].华东电力，译自美国《燃烧》杂志.