陽(yáng)離子交換器酸耗漸高原因分析及處理

曹德平

(湖南華電長(zhǎng)沙發(fā)電有限公司，長(zhǎng)沙 410203)

1 設(shè)備概述

湖南華電長(zhǎng)沙發(fā)電有限公司(以下簡(jiǎn)稱長(zhǎng)沙發(fā)電公司)是中國(guó)華電集團(tuán)公司在湖南建設(shè)的大型火力發(fā)電企業(yè)，一期2×600 MW機(jī)組分別于2007年10月、12月投產(chǎn)。機(jī)組配套2列補(bǔ)給水制水設(shè)備，制水流程為：化學(xué)水池→化學(xué)水泵→3層過(guò)濾器→逆流再生陽(yáng)離子交換器→除碳器→中間水箱→中間水泵→逆流再生陰離子交換器→混合離子交換器→除鹽水箱→除鹽水泵→主廠房凝結(jié)水補(bǔ)水箱。

其中，陽(yáng)離子交換器(陽(yáng)床)2個(gè)，本體材質(zhì)為碳鋼(Q235-A)，內(nèi)部襯半硬橡膠2層(2 mm和3 mm各1層)，頂部為輻射支管式進(jìn)水裝置，底部為弓形多孔擋板(采用瓷砂墊層)出水裝置。設(shè)備直徑2 800 mm，額定出力125 m3/h，樹(shù)脂裝載高度1 600 mm，壓脂層高度200 mm，樹(shù)脂為杭州某公司001×7強(qiáng)酸陽(yáng)樹(shù)脂，無(wú)頂壓逆流再生，1.5%～3.0%HCl再生。

2 再生酸耗漸高問(wèn)題

2012年秋季開(kāi)始，長(zhǎng)沙發(fā)電公司#1陽(yáng)床周期制水量大幅下降，酸耗逐漸增高。夏季時(shí)基本在50 g/mol左右，秋季開(kāi)始逐步升高，到年底升至約90 g/mol，#2陽(yáng)床情況較#1陽(yáng)床好，但周期制水量也略有下降。到冬季，#1陽(yáng)床出現(xiàn)多次失效后一次再生不成功，需要二次甚至多次再生方合格的情況，嚴(yán)重影響化學(xué)專業(yè)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

3 原因分析

3.1 源水水質(zhì)變差[1]

經(jīng)送檢化驗(yàn)，2012年湘江水質(zhì)夏季、冬季有明顯變化，冬季水質(zhì)含鹽量明顯高于夏季，見(jiàn)表1。以湘江或其支流為水源的電廠，大多未設(shè)置反滲透、活性炭過(guò)濾等裝置，源水凈化裝置都較簡(jiǎn)單，陽(yáng)離子交換器對(duì)來(lái)水緩沖調(diào)節(jié)能力較弱，再生效果一般容易隨進(jìn)水水質(zhì)的變化而產(chǎn)生較大波動(dòng)。

表1 長(zhǎng)沙發(fā)電公司2012年夏季、冬季源水水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

3.2 水溫低

長(zhǎng)沙地區(qū)屬亞熱季風(fēng)濕潤(rùn)氣候，氣溫隨季節(jié)變化明顯。1月平均氣溫4.7 ℃，7月平均氣溫29.4 ℃。氣溫變化大，源水凈化出水指標(biāo)變化也大。長(zhǎng)沙發(fā)電公司凈化站主要設(shè)備為反應(yīng)沉淀池，經(jīng)2012年統(tǒng)計(jì)，相同設(shè)備、出力和加藥量情況下，反應(yīng)沉淀池冬季出水濁度比夏季平均高2.8 NTU左右。長(zhǎng)沙發(fā)電公司再生無(wú)加熱設(shè)備，水溫低，再生效果、制水效果均降低。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，2007—2011年，該廠每年冬季酸耗比夏季高10 g/mol左右。

3.3 懸浮物污染、樹(shù)脂板結(jié)嚴(yán)重

長(zhǎng)沙發(fā)電公司在樹(shù)脂大反洗過(guò)程中，容易出現(xiàn)大流量情況下樹(shù)脂反洗不起來(lái)的現(xiàn)象，經(jīng)常在流量大于150 t/h時(shí)，樹(shù)脂依舊不能膨脹到相應(yīng)高度，這在設(shè)備投產(chǎn)前幾年基本未出現(xiàn)過(guò)。經(jīng)解體檢查，樹(shù)脂含泥沙多，懸浮物污染嚴(yán)重，有板結(jié)現(xiàn)象。懸浮物

會(huì)堵塞樹(shù)脂層的孔隙，增大水流阻力，也會(huì)覆蓋在樹(shù)脂層表面，堵塞顆粒微孔的通道，因而降低其工作交換容量。再生時(shí)，會(huì)減小再生液與樹(shù)脂的接觸面，導(dǎo)致再生失敗或再生效果差的情況出現(xiàn)[2]。

3.4 樹(shù)脂破碎損失

多次再生過(guò)程中，再生人員發(fā)現(xiàn)其中排有破碎樹(shù)脂，流出的樹(shù)脂基本不再呈圓球狀，有明顯破損痕跡。經(jīng)取樣觀察，確實(shí)存在少量破損樹(shù)脂。長(zhǎng)沙發(fā)電公司2套制水設(shè)備不僅要滿足雙機(jī)運(yùn)行，還需對(duì)外供熱，制水幾乎連續(xù)不停，大反洗也較頻繁，樹(shù)脂略微破損也屬正常現(xiàn)象。但破損樹(shù)脂流失，導(dǎo)致樹(shù)脂脂位下降，樹(shù)脂高度已經(jīng)比正常高度低了20 cm以上，壓脂層已經(jīng)完全失去作用，懸浮物不能通過(guò)小反洗除去，而且再生時(shí)容易亂層，導(dǎo)致酸耗偏高。

3.5 樹(shù)脂鐵污染

分析樹(shù)脂送檢結(jié)果(見(jiàn)表2)發(fā)現(xiàn)，樹(shù)脂受鐵污染較為嚴(yán)重。由于陽(yáng)樹(shù)脂對(duì)Fe3+的親和力較強(qiáng)，吸附Fe3+后就不易再生，變成不可逆交換，樹(shù)脂發(fā)黑，體積交換容量不足，這是酸耗高的主要原因[3]。

表2 #1陽(yáng)床樹(shù)脂送檢結(jié)果

3.6 裝置原因

布水不均、出水偏流等均會(huì)對(duì)酸耗偏高產(chǎn)生重大影響。#1陽(yáng)床經(jīng)解體檢查，頂部布水均勻，底部弓形多孔板完好，中排平整，均未見(jiàn)堵塞情況。但底部墊層亂層，出水(再生進(jìn)水)有偏流情況。在除碳器頂部布水裝置發(fā)現(xiàn)細(xì)小瓷砂，除碳器效率也有所下降。

3.7 鹽酸質(zhì)量

鹽酸質(zhì)量往往是導(dǎo)致酸耗偏高的重要原因，長(zhǎng)沙發(fā)電公司每次酸堿進(jìn)廠都會(huì)進(jìn)行嚴(yán)格驗(yàn)收。在1次鹽酸進(jìn)廠驗(yàn)收過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)鹽酸加入甲基橙后迅速褪色，說(shuō)明其中存在不明氧化物。鑒于此，長(zhǎng)沙發(fā)電公司多次對(duì)酸罐、酸計(jì)量箱存酸進(jìn)行全面分析，平均質(zhì)量(見(jiàn)表3)基本在合格范圍內(nèi)，基本排除了這一影響因素。

表3 酸罐、酸計(jì)量箱鹽酸平均質(zhì)量分?jǐn)?shù) %

4 采取的措施

4.1 處理樹(shù)脂含泥沙問(wèn)題

陽(yáng)離子交換器雖頂部留有100%樹(shù)脂膨脹空間，但樹(shù)脂壓實(shí)嚴(yán)重，下部樹(shù)脂往往反洗不起來(lái)，而頂部卻跑樹(shù)脂。為解決此問(wèn)題，再生人員將頂部1/2陽(yáng)床樹(shù)脂導(dǎo)入陽(yáng)樹(shù)脂儲(chǔ)存罐，在陽(yáng)離子交換器及樹(shù)脂儲(chǔ)存罐中分別重復(fù)進(jìn)行大流量反洗、正洗，將樹(shù)脂徹底洗干凈。

長(zhǎng)沙發(fā)電公司技術(shù)人員解體檢查了陽(yáng)離子交換器前一級(jí)的3層過(guò)濾器裝置。廠家為防止跑濾料，在3層過(guò)濾器頂部布水裝置包了1層濾網(wǎng)，影響反洗效果。故拆除了1套濾網(wǎng)裝置，改造了2個(gè)過(guò)濾器布水裝置和濾網(wǎng)裝置。另外，針對(duì)3層過(guò)濾器反洗流量無(wú)法調(diào)節(jié)的問(wèn)題，在反洗入口母管上加裝了1個(gè)手動(dòng)閥門(mén)，以便隨時(shí)調(diào)節(jié)反洗流量，保證3層過(guò)濾器反洗效果。經(jīng)改造，3層過(guò)濾器出水濁度基本保證在1.8 NTU以下，效果良好。

4.2 處理樹(shù)脂破碎損失問(wèn)題

長(zhǎng)沙發(fā)電公司對(duì)陽(yáng)離子交換器大反洗后，掏出了陽(yáng)床內(nèi)部上面約5 cm厚的樹(shù)脂，這部分樹(shù)脂含破碎樹(shù)脂較多，長(zhǎng)沙發(fā)電公司重新購(gòu)進(jìn)了新樹(shù)脂，并裝填到規(guī)定的高度，確保有20 cm的壓脂層高度。

4.3 處理樹(shù)脂鐵污染問(wèn)題

一般樹(shù)脂F(xiàn)e3+質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到1 500 μg/g時(shí)就要進(jìn)行鐵污染處理。長(zhǎng)沙發(fā)電公司技術(shù)人員將樹(shù)脂導(dǎo)入樹(shù)脂儲(chǔ)存罐，采用10%的高濃度鹽酸浸泡了24 h，并用12%的鹽酸動(dòng)態(tài)沖洗。

4.4 處理源水水質(zhì)差、水溫低的問(wèn)題

針對(duì)冬季氣溫低、源水水質(zhì)差的問(wèn)題，長(zhǎng)沙發(fā)電公司進(jìn)行了1次混凝試驗(yàn)，聚合氯化鋁的質(zhì)量濃度由原來(lái)約3.18 g/t提高到約3.98 g/t，反應(yīng)沉淀池出水水質(zhì)顯著提高。

國(guó)電益陽(yáng)發(fā)電有限公司將化學(xué)源水改成從循環(huán)水回水進(jìn)水，提高水溫，冬季效果較顯著，長(zhǎng)沙發(fā)電公司借鑒了改造，考慮將定排坑水回收至化學(xué)水池，以提高化學(xué)水水溫，利于節(jié)能減排。

4.5 其他處理

對(duì)陽(yáng)塔底部墊層進(jìn)行了更換，對(duì)3層過(guò)濾器和重力式無(wú)閥濾池進(jìn)行了濾料更換等。

5 實(shí)施效果

2013年開(kāi)始，長(zhǎng)沙發(fā)電公司雙系列陽(yáng)床酸耗基本降至50 g/mol以下，周期制水量能達(dá)到4 000 t以上，個(gè)別能達(dá)到6 000 t以上，效果顯著。

6 結(jié)論

酸耗高是電廠化學(xué)專業(yè)比較常見(jiàn)的問(wèn)題。一般應(yīng)該從來(lái)水水質(zhì)、樹(shù)脂質(zhì)量、樹(shù)脂量、污染情況[4]、設(shè)備因素、酸質(zhì)量、再生參數(shù)控制[5-10]、水溫等方面找原因，有可能是單一方面因素引起，更多是綜合因素引起，需要仔細(xì)排查，對(duì)癥下藥。

樹(shù)脂的懸浮物污染、鐵化合物污染、膠態(tài)硅污染、有機(jī)物污染均能進(jìn)行一定程度的處理。陽(yáng)離子交換器處于離子交換首位，更容易受到污染。受到可逆污染等應(yīng)盡快處理，否則會(huì)促進(jìn)其氧化，加速鏈解，導(dǎo)致其性能永久損壞。對(duì)于使用9年以上的樹(shù)脂，如果無(wú)法恢復(fù)足夠的制水能力，可以考慮直接報(bào)廢。

北方地區(qū)電廠、沿海區(qū)域電廠、以地下水為水源的電廠，建議增加反滲透裝置，否則僅靠樹(shù)脂制水，酸耗偏高將會(huì)成為常態(tài)問(wèn)題。

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