粉末树脂覆盖过滤器系统设计及说明

徐 龙，张露萍

（1.中国电建集团江西省电力设计院有限公司，江西 南昌 330096；2.江西科技学院，江西 南昌 330098）

0 引 言

粉末树脂覆盖过滤系统适用亚临界直接空冷机组的凝结水精处理，也适用于超临界及以上参数直接空冷机组凝结水精处理的前处理。该系统兼有除铁、部分除盐功能以及具备优良的节水性能，具有极高的使用价值[1]。

1 工作原理

粉末树脂覆盖过滤器工作原理是预先将粉状滤料（纤维粉或阴阳树脂粉）覆盖在特制的滤件（滤元）上，使滤料在滤件上形成了一层均匀的微孔滤膜；水由管外进入，经滤膜过滤后，通过管件上的孔进入管内，汇集后送出。因为在这种设备中起过滤作用的是覆盖在滤元上的粉末树脂滤膜，故称为粉末树脂覆盖过滤。

当粉末树脂滤膜截留了一定量的悬浮物质，阻力增加到一定值或过滤器出水的电导率值达到设定时，设备退出运行，用压缩空气或自压缩空气膨胀法将滤膜击破（爆膜）并将其排走，然后用水冲洗净滤元重新铺膜，然后再投入运行形成一个周期。

2 粉末树脂覆盖过滤系统优点

2.1 流量大，功能多

和常规过滤器相比，粉末覆盖树脂过滤器的过滤面积大，单位质量的工作交换容量大，对铁的去除率较高。在高效除铁的同时，利用被涂在滤元表面的粉末树脂层的高速离子交换，能有效去除有机物和胶体硅，还能有效去除热力系统腐蚀产物，起到部分除盐功能。

2.2 启动快

和混床、分床相比，采用粉末树脂覆盖过滤工艺可以达到机组停机后快速启动的目的。机组在安装完后第一次启动或停机后，系统内常带有大量铁及其腐蚀产物，影响水汽品质。若采用混床系统，则需一直旁路至铁含量1 000 μg/L以下才能投运混床，启动时间较长。采用粉末树脂覆盖过滤器可以直接投运，滤元及其表面铺上的纤维粉可直接过滤掉凝结水中所携带的铁及其腐蚀产物，大大缩短机组的启动时间。

2.3 温度适宜广

空冷机组的凝结水温通常超过60 ℃，尤其是夏天，可达85 ℃以上。当凝结水温度超过60 ℃时，混床及分床系统将无法运行，凝结水只能100%旁路，否则混床/分床系统的树脂在使用一段时间后会发生降解，影响水汽品质。粉末树脂覆盖过滤器可处理高温（＜100 ℃）凝结水，在凝结水温不超过85 ℃的情况下正常运行。

2.4 节水环保

粉末树脂覆盖过滤系统采用粉末树脂，无需酸碱再生，占地面积小，减少了主厂房体积，减少了酸雾腐蚀和废水排放，满足了机组节水和环保要求。

3 粉末树脂过滤器设计参数

粉末树脂过滤器设计参数，如表1所示[2]。

表1 粉末树脂过滤器设计参数

4 系统说明

粉末树脂覆盖过滤系统的运行，一般分为三个步骤：铺膜、过滤和爆膜。

4.1 铺膜

铺膜是将滤料铺在滤元上形成良好滤膜的过程。滤料在循环过程中发生分级，在滤元的孔隙处产生架桥作用，最后形成滤膜。铺膜系统主要由铺膜箱、铺膜辅助箱、铺膜泵、保持泵和铺膜注射泵等组成。

铺膜需注意以下问题：（1）浆液中滤料含量需控制好，过高不能很好分级，过低不易铺好膜，且延长铺料时间；（2）要防止空气进入，以免影响水流工况；（3）铺料流速与滤料的密度及粒径有关，如滤料密度小、滤料上升速度快，说明流速过高，滤元上滤膜易形成上厚下薄形状，水流易形成紊流导致产生孔洞；如滤料向下沉降，则是相反情况。以上均需避免[3]。

4.2 运行

粉末树脂覆盖过滤系统有灵活的运行机制，当机组首次启动、大修后启动或长期停机后启动时，滤元表面可只铺上纤维粉投入运行，过滤铁及腐蚀产物等杂质。系统运行平稳后，可将树脂粉铺膜到滤元表面，全面发挥系统的过滤及除盐功能。若凝结水温度过高，则滤元表面只铺阳树脂粉或纤维粉运行。

投入运行过程，如发现滤膜脱落，应首先关闭出水门和旁路排水门，防止滤料进入热力系统，然后关闭进水门，重新启动铺膜泵，重新铺膜流程。

运行中需注意以下问题：（1）过滤流速控制在一定范围，滤速太大，滤膜很快被压实，压降迅速上升，缩短运行周期；滤速太小，可能出现滤膜脱落现象；（2）运行出现非正常状态如凝结水中断时，应迅速关闭出水门，稍开旁路排水门，密切注意滤膜状态，防止滤料进入热力系统；（3）防止设备超压；（4）正常运行需解列设备时，可稍开旁路排水门，然后再关出水门，保持设备一定进、出口差压，避免造成脱膜[4]。

4.3 爆膜

如果过滤器的出口电导率或进出口压差达到设定值或者运行周期超过20天时，需退出运行系统。先关本体出水门，后关本体进水门，过滤器停运，进行爆膜操作。

爆膜方式有两种：一种为自压缩空气爆膜，即利用设备本身聚集的压缩空气，急速放出时将多孔管板上水垫层经滤元内部压出，击碎失效滤膜；另一种为压缩空气定压爆膜即，将压缩空气引入粉末树脂覆盖过滤器上封头，达一定压力值时，快速全开放空气门和排污门进行爆膜。爆膜不净可重复操作，过后开反洗进水冲洗至滤元清洁为止[5]。

5 滤芯除铁、除硅效果

经实验证明，系统滤芯的除铁效果十分显著，且不同精度的滤芯除铁效果大致接近，如表2所示。

当采用粉末树脂覆盖后，过滤器的除铁能力将达到90%～95%，效果明显。滤芯除硅有一定效果，但不明显，试验结果如表3所示。

表2 蜂房式滤芯除铁效果

过滤器除硅能力主要依靠滤芯覆盖的粉末树脂，但当温度高于70 ℃运行1小时后，树脂将失去除硅能力。

6 线绕式滤芯的排布计算

以印尼某工程为例，如图1所示，取直径为50.8 mm（2英寸），涂层厚度6.3 mm，净空间6～12 mm取12 mm，滤芯中间距离约75.4 mm。

以此计算，DN1500过滤器可设置滤芯约250根，单支滤芯通量取2.4 t/h，可处理水量约600 t/h。

7 凝结水精处理粉末系统树脂粉和纤维粉用量计算

以上述工程为例，凝结水精处理粉末系统树脂粉和纤维粉用量计算如下[6]：

（1）单支滤芯的表面积：1.7×3.141 59×0.05＝0.267 m2；

（2）单台过滤器滤芯支数为250根；

图1 线绕式滤芯的排布示意图

（3）单台过滤器的总表面积为0.267×250=66.75 m2；

（4）正常铺膜时，树脂层厚度应为6 mm，需加入干树脂粉量为1 kg/m2；

（5）单台过滤器一次铺膜需投加66.75 kg干树脂粉；

（6）每袋树脂粉干重为5 kg。纤维粉每袋树脂粉干重为5 kg；

（7）因此，单次铺膜需树脂粉和纤维粉的量为14袋；

（8）水质较好时，铺膜量可以减少，但最少必须保证0.5 kg/m2；即每次铺膜量不少于7袋。

[1] 国家能源局.DL5068-2014发电厂化学设计规范[S].北京：中国计划出版社，2014.

[2] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB/T12145-2016 火力发电机组及蒸气动力设备水汽质量[S].北京：中国标准出版社， 2016.

[3] 周柏青，陈志和.热力发电厂水处理[S].第4版.北京：中国电力出版社，2009：317-344.

[4] 美 国 机 械 工 程 师 协 会 .ASME B31.1-2010 ASME 压 力管道规范B31.1动力管道2010（中文版）[S].北京：中国石化出版社，2011.

[5] 冯逸仙，杨世纯.反渗透水处理[S].第1版.北京：中国电力出版社，1997：35-37.

[6] 杨东方.凝结水处理[S].第1版.北京：水利电力出版社，1989.