離子交換除鹽水系統(tǒng)工藝設計

唐雪萍

(浙江海鹽力源環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?，上?！?00233)

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離子交換除鹽水系統(tǒng)工藝設計

唐雪萍

(浙江海鹽力源環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?，上海200233)

介紹了某發(fā)電廠采用離子交換系統(tǒng)制備除鹽水的原理及相應的設備配置，簡述了離子交換器的運行參數、新樹脂的預處理、系統(tǒng)運行周期及陽陰樹脂的失效控制點，對不同樹脂再生劑的選擇進行了對比分析。結果表明：采用3%HCl，3%NaOH作為再生劑，再生流速為5 m/h時，陽陰樹脂再生效果好。陽床+陰床+混床除鹽水系統(tǒng)運行穩(wěn)定、周期制水量大，能保障鍋爐補給水的水質水量。

離子交換；再生；原理

1　進水水質

目前，離子交換制備除鹽水工藝在電廠鍋爐補給水處理中應用較廣泛，采用蒸餾法海水淡化裝置時，其后處理宜采用一級除鹽加混床或混床系統(tǒng)[1]。浙江某電廠采用海水淡化低溫多效加蒸汽壓縮噴射器(MED-TVC)的產品水(蒸餾水)和第一效凝結水作為離子交換器進水水源，MED-TVC裝置產品水水質見表1。

表1　進水水質

由表1可知，離子交換器進水水質較好，TDS≤5 mg/L，工藝設計可按一級除鹽系統(tǒng)。

2　工藝流程

海水淡化蒸餾水和第一效凝結水→“陽陰床+混床”→超純除鹽水

出水水質見表2。

表2　出水水質

本工程采用母管制連接，當采用表1的水質進水時，陰床及混床出水均可進入后續(xù)除鹽水箱，即：四套系統(tǒng)可運行，3用1備。當使用備用水源時，需切換陰床產水閥，使產水進入混床，最終混床出水進入除鹽水箱，即：兩套系統(tǒng)可運行，1用1備。此設計能滿足不同進水時系統(tǒng)出力要求，系統(tǒng)出力按每套160～240 m3/h設計。

3　系統(tǒng)設計

3.1離子交換系統(tǒng)的工藝原理

除去溶解于水中的各種電解質稱為除鹽。離子交換除鹽，即：H型陽樹脂將待處理水中各種陽離子交換成H+，OH型陰樹脂交換成OH-。交換生成的H+和OH-中和生成水，從而達到除鹽的目的[2]。離子交換還可去除原水中各種溶解態(tài)的雜質離子和水中含有的有機物、非活性硅等，以生產出滿足鍋爐補給水用水要求的除鹽水。

進水中的陽、陰離子與樹脂中的H+，OH-發(fā)生交換，反應式如下：

其中M+為陽離子，X-為陰離子

強酸性陽樹脂對陽離子的交換順序依次為：Fe3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>Na+>H+，由此可知，當進水通過離子交換器時，進水中Na+被陽樹脂交換的能力最弱。隨著進水水量的不斷增加，離子交換樹脂工作層會逐漸下移，失效層將加厚。最后，H+被進水中陽離子置換。當發(fā)生離子交換的區(qū)域移至樹脂的最下層時，最先泄漏的是被交換能力最弱的Na+。因此，檢測陽離子交換器失效與否是以漏鈉為標準的[3]。

混合離子交換器是將陰陽離子樹脂按一定混合比例裝填在離子交換器內，可同時交換水中的陰陽離子，交換反應分別生成H+、OH-，中和成水，完成除鹽過程。本次設計中，為防止混合離子交換器因制水量過高而深度失效，規(guī)定周期制水量8000 t。

3.2離子交換系統(tǒng)的運行

離子交換除鹽系統(tǒng)主要由4臺DN3200陽陰離子交換器，2臺DN2500的混合離子交換器構成。陽、陰床樹脂裝填量均為300 mm的壓脂層及2400 mm的交換層，混合離子交換器陽樹脂裝填量為450 mm，陰樹脂裝填量為1350 mm。離子交換器進水配水裝置采用十字支母管式，中間集、排水裝置采用母支管，出水集水裝置采用水帽出水，出水口處安裝樹脂捕捉器，截留從交換器中泄漏的樹脂。

3.2.1新樹脂預處理

離子交換器罐體內填充樹脂采用GB13659《001×7強酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂》及GB13660《201×7強堿性苯乙烯系陰離子交換樹脂》標準。

陽陰樹脂出廠離子形態(tài)為Na型及Cl型，需要將其轉型為H型及OH型。本工程采用雙倍再生法轉型，即：使用正常再生劑量的2倍再生液體積對樹脂進行再生[3]。第一次采用浸泡再生，所需時間約為24 h，第二次采用正常的逆流再生，持續(xù)時間為30 min。混床采用同時再生，即酸堿再生液同時進入罐體內，對樹脂進行再生。

轉型后的樹脂在床體內進行正洗，直至床體出水與進水pH值相等。預處理過程不僅可將樹脂轉型，恢復交換容量，還可洗出混在其中的碎樹脂[4]。

3.2.2離子交換器運行

原水通過進水泵進入離子交換器，進水與樹脂接觸，樹脂將水中的陽、陰離子從水中置換到樹脂上，水中的離子被除去，得到合格的除鹽水。設備運行一段時間后，需對中間排液管上的壓脂層進行小反洗，去除運行時積聚的懸浮雜質及破碎樹脂，確保系統(tǒng)的正常出力。離子交換器的設計參數見表3。

表3　離子交換器設計參數

3.3離子交換系統(tǒng)的再生

離子交換系統(tǒng)的再生對于除鹽系統(tǒng)的穩(wěn)定、長久、有效的運行起到了關鍵性的作用，只有再生徹底的樹脂，才能保障整個系統(tǒng)可靠運行。否則，直接影響后續(xù)運行時樹脂的工作交換容量、出水水質、制水周期等環(huán)節(jié)，制約了本系統(tǒng)的經濟效益。

3.3.1再生劑的選擇

表4　再生劑的區(qū)別

本工程采用HCl作為陽樹脂再生劑。

陰樹脂一般采用NaOH作為再生劑，OH-離子置換陰樹脂中陰離子，發(fā)生運行時的逆反應，使其恢復除鹽能力。

離子交換系統(tǒng)再生時設計參數見表5。

表5　再生設計參數

離子交換系統(tǒng)的再生設備規(guī)格見表6。

表6　再生設備規(guī)格

3.3.2離子交換器的再生步序

由于離子交換器罐體設備布置在化水車間內，而再生系統(tǒng)布置在室外的廢水池上，物理距離較遠。一般設計中，多采用酸堿噴射器作為再生液載體進行再生，但噴射器出口壓力一般為0.12～0.2 MPa，遠距離輸送液體時，不適宜[7]。因此，酸堿計量系統(tǒng)宜采用液壓隔膜泵輸送，再生劑通過計量泵進入混合三通，配置成合適濃度再生液對樹脂進行再生。

本工程除鹽系統(tǒng)采用母管制，當任何一臺床體樹脂失效，出水不合格時，停止運行，啟用備用床體投入制水，而本床體則自動切換到再生程序。再生前，床體進行小反洗，即：只對中排裝置上的壓脂層進行反洗，沖洗運行時堆積在壓脂層中的顆粒物雜質，直至反洗出水澄清，時間約15～20 min。小反洗結束后，進再生液，控制再生液流速<5 m/h，以防流速高，引起樹脂亂層，再生時長約40 min；再生液浸泡完后，關閉再生劑進液閥，進行置換，置換時間約為40 min；置換結束后進行小正洗，將再生過程中殘留在壓脂層中的再生廢液沖洗干凈，時長約為20 min，最后進行正洗，直至出水合格，再生結束[6]。

4　結　論

本工程運行的結果顯示，離子交換系統(tǒng)可實現3用1備或1用1備，根據進水不同水質，可靈活切換。系統(tǒng)產水水質和水量均達標，能安全、穩(wěn)定的滿足后續(xù)系統(tǒng)對除鹽水的需求。同時，具備設備、管道、支吊架布置美觀、緊湊、自動化程度高，為今后類似的工程案例提供了參考依據。

[1]DL/T 5068-2006,中華人民共和國電力行業(yè)標準[S]．

[2]劉小平,傅曉萍,李本高. 除鹽水制備技術進展[J].工業(yè)水處理,2008,28(4): 6-8.

[3]錢達中.發(fā)電廠水處理工程[M].北京:中國電力出版社,2002:119-199.

[4]樊紅慶. 離子交換除鹽水技術研究[J].科技傳播,2013(4): 169-170.

[5]趙興旺,王慶龍. 除鹽水裝置陽床再生液的選用[J].化工進展,2013,32(z1):278-280.

[6]樊紅慶. 反滲透合并混床二級除鹽水技術工藝探究[J].中國高新技術企業(yè),2013(16):73-74.

[7]江鴻,于新娜,王靜龍. 除鹽水生產系統(tǒng)若干設計問題的改進建議程[J].自動化與儀器儀表,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-)，碩士，工程師。

TK223.5

B

1001-9677(2016)03-0138-03