優(yōu)化離子交換器的再生工藝

周黃斌，杜偉華，蘇 寧，許懷鵬

（1馬鋼股份有限公司熱電總廠，安徽馬鞍山 243000;2安徽省特種設(shè)備檢測院，安徽合肥 230051）

優(yōu)化離子交換器的再生工藝

周黃斌1，杜偉華1，蘇 寧2，許懷鵬1

（1馬鋼股份有限公司熱電總廠，安徽馬鞍山 243000;2安徽省特種設(shè)備檢測院，安徽合肥 230051）

馬鋼熱電總廠新區(qū)電廠化學(xué)水處理系統(tǒng)，采用的是一級除鹽+混床工藝，該系統(tǒng)自投產(chǎn)以來，陰、陽離子交換器再生酸、堿耗一直偏高。從影響陰、陽離子交換器再生效果的多個可能因素著手，通過現(xiàn)場實際檢查和查閱相關(guān)的資料，最終找出“再生工藝參數(shù)搭配不佳”這個癥結(jié)，并針對該癥結(jié)采取了“運用正交法優(yōu)化離子交換器再生工藝”的措施，最終確認了再生工藝參數(shù)搭配的最佳方案，使得陰、陽離子交換器再生酸、堿耗大大降低，降耗減排效果顯著。

一級除鹽；離子交換器；周期制水量

1 概況

1.1 新區(qū)電廠化學(xué)水處理系統(tǒng)概況

新區(qū)電廠化學(xué)水處理系統(tǒng)采用一級除鹽加混床工藝，系統(tǒng)工藝流程如見圖1。

馬鋼能源總廠提供的凈化水→清水箱→清水泵→高效纖維過濾器→陽床→除碳器→中間水箱→中間水泵→陰床→混床→除鹽水箱→除鹽水泵→主廠房。由圖1可以看出，該系統(tǒng)配有陽離子交換器（即陽床）4臺、陰離子交換器（即陰床）4臺。陰、陽離子交換器再生效果的好壞直接影響到整個水處理系統(tǒng)的正常運行。

1.2 離子交換器再生效果現(xiàn)狀

衡量離子交換器再生效果的指標為酸（堿）耗，對2011年11月12日～2012年1月20日陰、陽離子交換器再生情況及酸（堿）耗進行了統(tǒng)計分析，平均酸耗為463g/噸水、堿耗為460g/噸水，酸耗、堿耗分別見表1、表2。

我廠酸耗、堿耗考核指標均為450 g/t水，由此可見，我廠陰、陽離子交換器的再生效果還處于較低階段,離子交換器再生效果差是水處理運行生產(chǎn)中須解決的主要問題。

2 原因分析及問題癥結(jié)

2.1 原因分析

我們利用頭腦風(fēng)暴法，從人、機、料、法等6個方面尋找離子交換器再生效果差的原因，最終列出了10條可能原因，分別為：1、再生泵出力不足；2、壓縮空氣不穩(wěn)定；3、冬季水溫低；4、進酸、堿管路缺陷；5、樹脂被污染；6、再生劑質(zhì)量問題；7、再生工藝參數(shù)搭配不佳；8、人員誤操作；9、化驗儀表不準；10、化驗方法有誤差。

圖1 新區(qū)電廠化學(xué)水處理系統(tǒng)示意圖

表1 陽離子交換器酸耗統(tǒng)計

表2 陰離子交換器堿耗統(tǒng)計

2.2 問題癥結(jié)

根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)實際情況，依據(jù)《馬鋼新區(qū)電廠初步設(shè)計第七卷—電廠化學(xué)部分說明書》等設(shè)計、設(shè)備資料及《HG/T20552—94化工企業(yè)化學(xué)水處理設(shè)計計算規(guī)定》、《火力發(fā)電廠化學(xué)設(shè)計技術(shù)規(guī)程》等有關(guān)技術(shù)文獻，采用現(xiàn)場調(diào)查與現(xiàn)場確認的方法，對列出的10條可能原因進行一一排查，最終找出問題的癥結(jié)為：再生工藝參數(shù)搭配不佳。

3 針對問題癥結(jié)研制解決方案

針對“再生工藝參數(shù)搭配不佳”的問題癥結(jié)，經(jīng)過研討，我們初步擬出3種解決方案，并列舉出各自的優(yōu)、缺點，見表3。

表3 “再生工藝參數(shù)搭配不佳”的解決方案統(tǒng)計表

通過對上述3種方案優(yōu)、缺點的對比，最終選擇“運用正交試驗法，通過最簡單的試驗，得出再生參數(shù)最佳搭配方案”。

4 正交試驗

4.1 再生試驗因素的確定

運用正交法對再生試驗進行確定。

(1)以理論計算值及原設(shè)計給定再生工藝值做為實驗的基礎(chǔ)值。

即：再生液用量：陽離子交換器：濃HCl（31%）再生液用量1 m3/臺；陰離子交換器：濃NaOH （32%）再生液用量0.8 m3/臺。

再生液濃度：陽離子交換器：稀HCl2.5%；

陰離子交換器：稀NaOH2.0%。

再生液流速：陽離子交換器：5 m/h；

陰離子交換器：4 m/h。

(2)以再生工藝條件的調(diào)整范圍的上、下限為實驗因素的變量值。

即：再生液用量：陽離子交換器：濃HCl（31%）再生液用量0.8 m3/臺、1.2 m3/臺；

陰離子交換器：濃NaOH（32%）再生液用量0.6 m3/臺、1.0 m3/臺。

再生液濃度：陽離子交換器：稀HCl 2.0%、3.0%；

陰離子交換器：稀NaOH1.5%、2.5%。

再生液流速：陽離子交換器：3 m/h、7 m/h；

陰離子交換器：2 m/h、6 m/h。

(3)制定正交試驗因素、水平表，陽離子交換器見表4、陰離子交換器見表5。

表4 陽離子交換器正交試驗因素、水平表

表5 陰離子交換器正交試驗因素、水平表

4.2 正交試驗

影響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標是酸堿耗。將各因素和水平按正交設(shè)計進行均衡搭配編制出正交試驗表，通過改變再生液用量、濃度、流速三個因素，分別對陰、陽離子交換器進行了27次再生實驗，分別錄下陽離子交換器、陰離子交換器再生記錄（數(shù)據(jù)略）。

4.3 正交試驗數(shù)據(jù)處理

按正交試驗表的試驗數(shù)據(jù)，將同因素，同水平的三次試驗數(shù)據(jù)計算出平均值，并找出各因素中K值最大和最小值求出其差值R，陽離子交換器見表6、陰離子交換器見表7。

4.4 結(jié)論

R值的大、小表明各因素對試驗結(jié)果的影響程度，從以上兩個表格可以看出，三因素中，對再生效果（酸耗）的影響，再生劑用量一項R值最大。各因素進行比較是再生劑用量對再生效果（酸耗）的影響最大，再生液流速次之，再生液濃度在此調(diào)整范圍內(nèi)影響最小。

根據(jù)統(tǒng)籌兼顧原則，確定最佳再生條件：再生陽離子交換器選用再生劑用量（1.2 m3）、再生 液濃度（3.0%）、再生液流速（3 m/h）；再生陰離子交換器選用再生劑用量（1.0 m3）、再生 液濃度（2.5%）、再生液流速（2 m/h）。在這一條件下的再生效果為：酸耗410～420 g/t水；堿耗400～410g/t水。

5 試驗結(jié)果的生產(chǎn)應(yīng)用

將試驗得出的結(jié)論應(yīng)用到生產(chǎn)中，對4臺陽離子交換器和4臺陰離子交換器9月份再生效果（酸堿耗）進行統(tǒng)計，陽離子交換器統(tǒng)計結(jié)果見表9（平均噸水酸耗414 g)、陰離子交換器統(tǒng)計結(jié)果見表10(平均噸水堿耗404 g)。

表6 陽離子交換器正交試驗數(shù)據(jù)處理

表7 陰離子交換器正交試驗數(shù)據(jù)處理

表9 陽離子交換器酸耗統(tǒng)計表

表10 陰離子交換器堿耗統(tǒng)計表

6 結(jié)論

從統(tǒng)計數(shù)據(jù)可直觀看出，將試驗得出的結(jié)論應(yīng)用到生產(chǎn)中，陽離子交換器酸耗達到414 g/t水、陰離子交換器堿耗達到404 g/t水，達到了總廠酸、堿耗的考核標準（≤450 g/t水）。

[1]王廣珠，汪德良，崔煥芳，等.離子交換樹脂使用及診斷技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004，12－44.

[4]王九思，陳學(xué)民，肖舉強，等.水處理化學(xué)[M].北京：化學(xué)工業(yè)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

周黃斌（1983－），男，大學(xué)本科學(xué)歷，助理工程師，現(xiàn)從事電廠化學(xué)專業(yè)相關(guān)技術(shù)工作。