火電廠離子交換樹脂電再生可行性探討

樊躍斌

摘要：本文主要針對火電廠補(bǔ)給水處理流程的缺陷問題，如除鹽工藝缺陷問題，提出一種全新的方法措施，以期可以給火電廠補(bǔ)給水處理流程提供良好保障。重點(diǎn)結(jié)合離子交換樹脂再生方法及技術(shù)內(nèi)容，利用電能技術(shù)條件，實(shí)現(xiàn)離子交換樹脂電再生的可能。并在此基礎(chǔ)上，通過實(shí)驗(yàn)論證探究該種方法的可行性以及存在的問題，提出相關(guān)優(yōu)化措施，以供參考。

關(guān)鍵詞：火電廠;離子交換樹脂;電再生;可行性;

對于火力發(fā)電廠生產(chǎn)工藝流程而言，水即可以作為熱力系統(tǒng)的工作介質(zhì)，又可以作為熱力設(shè)備的冷卻介質(zhì)。其中，對于補(bǔ)給水水質(zhì)要求而言，火電廠用水標(biāo)準(zhǔn)較為嚴(yán)格，像超高壓及以上的熱力設(shè)備機(jī)組在補(bǔ)給水質(zhì)量方面必須與純水接近。但是結(jié)合實(shí)際情況來看，多數(shù)火電廠在原水獲取方面多以城市污水廠、未經(jīng)處理的地表水或者地下水為主，必須經(jīng)過科學(xué)、合理的預(yù)處理，即除鹽處理后才可以用作鍋爐補(bǔ)給水使用。為確保補(bǔ)給水質(zhì)量安全，各大火電廠重點(diǎn)針對補(bǔ)給水的除鹽處理工作進(jìn)行研究與分析，主張應(yīng)用離子交換等工藝方式優(yōu)化補(bǔ)給水水質(zhì)。但是部分方法存在環(huán)境污染問題，因此需要研究人員立足于火電廠補(bǔ)給水現(xiàn)狀，提出相關(guān)的優(yōu)化措施，以期確保補(bǔ)給水水質(zhì)安全。

1實(shí)驗(yàn)背景與原理分析

1.1實(shí)驗(yàn)背景

近些年來，研究人員針對電滲析法與離子交換法的優(yōu)勢問題進(jìn)行了重點(diǎn)研究與分析，主張將電滲析與離子交換技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，確立出一個(gè)全新的技術(shù)體系—-電去離子技術(shù)體系（EDI）。電去離子技術(shù)體系通過混合處理陰離子與陽離子交換樹脂，不再借助化學(xué)藥劑就可以實(shí)現(xiàn)電再生過程[1]。根據(jù)近些年的應(yīng)用效果來看，電去離子技術(shù)取得了初步效益。在這樣的研究背景下，研究人員提出“是否可以利用電能實(shí)現(xiàn)離子交換樹脂直接再生的可行性”等問題，目的在于借助水電離再生功能將失效的離子交換樹脂進(jìn)行優(yōu)化處理，避免以往酸堿再生的環(huán)境污染問題。針對于此，本文主要結(jié)合上述問題，重點(diǎn)針對火電廠離子交換樹脂電再生可行性問題進(jìn)行探討與分析。

1.2實(shí)驗(yàn)原理

將改裝好的普通電滲析再生室中輸入已失效的離子交換樹脂（利用初級除鹽水進(jìn)行處理）。鑒于初級除鹽水鹽成分含量較少的影響，因此促使在極限電流條件下其無法承擔(dān)過多的導(dǎo)電任務(wù)。如此一來，導(dǎo)致少量水電離產(chǎn)生的氫離子與氫氧根離子會(huì)承擔(dān)導(dǎo)電任務(wù)。鹽分在陰陽離子的直接驅(qū)動(dòng)作用下，會(huì)發(fā)生向兩側(cè)遷移的現(xiàn)象問題。其中，氫離子一旦進(jìn)入失效樹脂的外電層當(dāng)中，勢必會(huì)對鈣離子、鎂離子等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，主要以置換反應(yīng)為主。

在此過程中，陽樹脂會(huì)受到再生反應(yīng)的影響轉(zhuǎn)變成為H行。而被置換下來的鈣離子、鎂離子等則會(huì)在極短的位移變化中進(jìn)入陽膜邊界當(dāng)中。受到陽膜活性基團(tuán)的作用會(huì)進(jìn)入濃水室當(dāng)中，清除干凈。如此一來，再生反應(yīng)基本上可以得到再次順利進(jìn)行。根據(jù)反應(yīng)原理來看，上述反應(yīng)的不斷進(jìn)行促使弱電解質(zhì)發(fā)生電離反應(yīng)，促使混床內(nèi)的失效陽離子會(huì)在交換樹脂的介質(zhì)作用下而滿足再生反應(yīng)目標(biāo)。同理，被硫酸根離子、氯離子等飽和失效的陰離子也會(huì)在交換樹脂的作用下，滿足再生反應(yīng)目標(biāo)[2]。

2實(shí)驗(yàn)裝置與方法

2.1?實(shí)驗(yàn)裝置

關(guān)于實(shí)驗(yàn)裝置的選擇問題，主要以單級三隔室離子交換樹脂再生裝置為主。該裝置在組成方面與普通電滲析器相仿，主要以陰極室、陽極室以及再生室為主。其中，再生室主要是將完全失效的陰陽離子交換樹脂，按照一定的實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行合理處置，如利用蠕動(dòng)泵實(shí)現(xiàn)循環(huán)過程，以便合理的調(diào)整再生室溫度。另外，關(guān)于離子交換樹脂的選擇問題，建議火電廠工作人員可以根據(jù)火電廠實(shí)際需求進(jìn)行合理選擇，本實(shí)驗(yàn)主要以苯乙烯系強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂、苯乙烯系強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂為研究裝置。另外，選擇合理的水處理實(shí)驗(yàn)裝置、離子交換柱等。

2.2?實(shí)驗(yàn)方法

正式實(shí)驗(yàn)之前，事先利用化學(xué)處理方法將完全失效的陰陽離子交換樹脂裝入到再生室當(dāng)中，并且在極室內(nèi)部灌入一定濃度的硫酸鈉溶液。接通電源之后，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整電壓，以便可以隨時(shí)監(jiān)測實(shí)驗(yàn)過程電壓變化情況以及電流情況。與此同時(shí)，重點(diǎn)關(guān)注再生室溫度變化情況，盡量將溫度控制在合理范圍內(nèi)，如50℃以內(nèi)。再生實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后，利用高純水取出樹脂。并且按照小型水處理實(shí)驗(yàn)要求，作為衡量再生結(jié)果的指標(biāo)數(shù)據(jù)[3]。

3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1?實(shí)驗(yàn)結(jié)果

混床樹脂電再生基本趨勢主要以隨著通電量的不斷增加，促使工作交換容量也趨于增加發(fā)展，可以滿足現(xiàn)場標(biāo)準(zhǔn)要求，然而，隨著實(shí)驗(yàn)次數(shù)的不斷累積，逐漸出現(xiàn)再生時(shí)間長、重現(xiàn)性差、樹脂理化性能嚴(yán)重下降、陰陽樹脂再生不平衡等現(xiàn)象問題。我們需要針對這一問題進(jìn)行重點(diǎn)研究與分析，以供參考。

3.2?實(shí)驗(yàn)分析

失效樹脂趨于飽和化狀態(tài)發(fā)展時(shí)，基本無法再參與離子交換過程當(dāng)中。此時(shí)會(huì)受到直流電場的橫向遷移作用，進(jìn)入工作底部過程中所有離子會(huì)發(fā)生遷移變化問題。同時(shí)保護(hù)層內(nèi)部電解質(zhì)離子較少，濃差變化問題明顯，促使水電離反應(yīng)不斷發(fā)生，生成大量的氫離子與氫氧根離子。而對于失效層與工作層而言，內(nèi)部離子濃度較高，濃差極化問題不明顯，難以發(fā)生水電離現(xiàn)象。最重要的是，樹脂顆粒在此過程中發(fā)生循環(huán)反應(yīng)，如再生—失效—再生，導(dǎo)致樹脂顆粒發(fā)生明顯的膨脹變化，引發(fā)其理化性能下降、再生效果不穩(wěn)定等變化問題。

4結(jié)論

總而言之，基于本實(shí)驗(yàn)條件下通過利用水電離方法可以直接實(shí)現(xiàn)再生離子交換樹脂的要求。但是從客觀角度上來看，水電離方法獲取的再生例子交換樹脂在存在再生時(shí)間長、重現(xiàn)性差以及樹脂理化性能下降等不同方面和程度的缺陷問題，因此在可行性方面有待考究或者是有待尋求一種優(yōu)化措施進(jìn)行處理。再加上水電離本質(zhì)上屬于微觀電化學(xué)領(lǐng)域范疇，難以運(yùn)用常規(guī)實(shí)驗(yàn)手段對其進(jìn)行研究與分析。針對于此，建議研究人員應(yīng)該重點(diǎn)夯實(shí)自身對于水電離問題的基礎(chǔ)性研究力度，以確保水電離理論知識(shí)得以順利運(yùn)用，為后續(xù)生產(chǎn)實(shí)踐提供指導(dǎo)建議。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙英，路光杰，尹連慶.火電廠離子交換樹脂電再生可行性探討[J].?電力科學(xué)與工程，2012（04）：73-75.

[2]趙菲.?火電廠離子交換樹脂電再生的實(shí)驗(yàn)研究[D].華北電力大學(xué)，2012.

[3]王方，王明亞，王明太.?混床離子交換樹脂電再生技術(shù)[J].?當(dāng)代化工，2016，39（05）：563-566.

（作者單位：山西平朔煤矸石發(fā)電有限責(zé)任公司）