降低陰床出水Na+含量并提高除鹽水質(zhì)量

唐思思

（武漢鋼鐵有限公司能源環(huán)保部，湖北武漢 430083）

引言

冶煉化水除鹽水站主要擔(dān)負(fù)向4 臺(tái)150 t/h 鍋爐的補(bǔ)給水任務(wù)，除鹽水的工藝流程：過(guò)濾器——清水箱——清水泵——陽(yáng)床——除碳器——中間水箱——中間水泵——陰床——除鹽水箱——除鹽泵——加氨——除氧器，水經(jīng)過(guò)除氧合格后進(jìn)入鍋爐，這時(shí)的補(bǔ)給水水質(zhì)好壞直接影響爐水、蒸汽品質(zhì)及鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，所以陰離子交換器的出水水質(zhì)必須達(dá)標(biāo)。

冶煉化水除鹽水站共有3 臺(tái)陰離子交換器，設(shè)計(jì)供水量150 t/h，最大供水量250 t/h，分別裝載4200型強(qiáng)堿樹(shù)脂和96 型弱堿樹(shù)脂，設(shè)備規(guī)格為2 200 mm，設(shè)計(jì)溫度55 ℃，工作溫度50 ℃，設(shè)計(jì)壓力為0.66 MPa，其運(yùn)行方式為二運(yùn)一備，出水水質(zhì)SiO2＜100 μg/l，Na+＜100 μg/l，電導(dǎo)率＜10 μS/cm，是制取一級(jí)除鹽水的關(guān)鍵設(shè)備。

1 現(xiàn)狀分析

冶煉化水制水系統(tǒng)于2002 年9 月同時(shí)投入生產(chǎn)運(yùn)行，2015 年下半年至2017 年初，陰床出水持續(xù)不斷出現(xiàn)Na+超標(biāo)，尤其是2016年初，陰床投運(yùn)前進(jìn)行正洗時(shí)，出水量小，流量不穩(wěn)定，Na+越來(lái)越難沖洗，正洗時(shí)間長(zhǎng)達(dá)6 h，而正常情況下只需0.5 h 之內(nèi)。耗水、耗時(shí)，正洗效果差，投運(yùn)后，運(yùn)行周期短，制水量小，Na+很容易超標(biāo)，失效快，能耗高經(jīng)濟(jì)損失大。

為了降低陰床出水Na+含量，對(duì)造成陰床出水Na+含量高的影響因素進(jìn)行全面的分析，查找出陰床出水Na+含量高的主要原因，并提出具體整改方案及措施。

2 陰床出水Na+含量高影響因素

從人、機(jī)、物、環(huán)、法等方面來(lái)分析如圖1 所示。其中主要原因有以下幾個(gè)方面。（1）陽(yáng)樹(shù)脂混入陰床，（2）塑料碎片阻塞水帽，（3）陽(yáng)樹(shù)脂捕捉器濾網(wǎng)松裂，（4）樹(shù)脂交換能力差。

圖1 陰床出水Na+含量偏高的原因分析

從物料的角度來(lái)看，陽(yáng)床樹(shù)脂曾臨時(shí)壓入陰清洗塔，陰清洗塔內(nèi)殘留有少量陽(yáng)樹(shù)脂，陽(yáng)樹(shù)脂混入陰樹(shù)脂中，進(jìn)而進(jìn)入陰床；而通過(guò)陰床進(jìn)出水壓差觀察，設(shè)備運(yùn)行時(shí)，壓差變大，水流速度變小，說(shuō)明塑料碎片阻塞了水帽；同時(shí)，陰床運(yùn)行周期明顯變短，單耗變高，再生劑用量變大，表明樹(shù)脂交換能力變差，這可能是大量樹(shù)脂破碎造成的。從環(huán)境的角度來(lái)看，冶煉化水位于煉鐵廠附近，空氣中含較多金屬顆粒粉塵，因此粉塵大、顆粒污染物多。從機(jī)械的角度來(lái)看，取出陽(yáng)樹(shù)脂捕捉器內(nèi)圓柱狀多孔濾筒時(shí)，發(fā)現(xiàn)捕捉器濾網(wǎng)邊側(cè)接縫處撕裂松開(kāi)，從而導(dǎo)致捕捉器失去作用。從人員、方法的角度分析，由于操作人員均嚴(yán)格按照崗位規(guī)程進(jìn)行操作，所以反洗不徹底、操作發(fā)現(xiàn)不及時(shí)、監(jiān)督控制不到位等因素可以排除；從機(jī)械的角度分析，由于檢修人員定期會(huì)對(duì)陰陽(yáng)床水帽進(jìn)行檢查維護(hù)，因此可排除陽(yáng)床水帽松動(dòng)這一因素。

2.1 陽(yáng)樹(shù)脂混入陰床

2016 年之前，因陽(yáng)離子交換器進(jìn)水濁度大、沉淀物多，造成陽(yáng)床水帽阻塞、流量小，為提高陽(yáng)床制水量，保證鍋爐正常供水，臨時(shí)將陽(yáng)床上層樹(shù)脂壓入陽(yáng)清洗塔，下層樹(shù)脂臨時(shí)壓入陰清洗塔進(jìn)行清洗貯放，陽(yáng)床水帽清洗檢修完畢后，重新將陰清洗塔中的陽(yáng)樹(shù)脂壓回陽(yáng)床內(nèi)。事后檢修人員及時(shí)對(duì)陰清洗塔及相關(guān)管道殘留的陽(yáng)樹(shù)脂進(jìn)行了沖洗和清理，但粘附在陰清洗塔中的微量陽(yáng)樹(shù)脂混入了陰樹(shù)脂中，造成陰床再生時(shí)，混入陰樹(shù)脂中的陽(yáng)樹(shù)脂吸附再生劑NaOH 中Na+，完全轉(zhuǎn)為鈉型，導(dǎo)致陰床再生正洗投運(yùn)后，又被氫型水中的氫離子置換出來(lái)，造成Na+超標(biāo)，正洗時(shí)間長(zhǎng)[1]。

2.2 塑料碎片阻塞水帽

化水1#、2#除碳器中的填料，塑料圓球，破損老化后，破碎的塑料碎片隨水進(jìn)入中間水箱。冶煉電站位于煉鐵廠附近，空氣中含較多金屬顆粒粉塵，除碳風(fēng)機(jī)在運(yùn)行中將大量的金屬顆粒粉塵吸入填料層進(jìn)入中間水箱，這些碎片和粉塵最后進(jìn)入陰離子交換器下部水帽中，造成水帽被阻塞，運(yùn)行時(shí)水量受限、憋壓，當(dāng)陰床進(jìn)行正洗和運(yùn)行時(shí)出水量變小。

2.3 陽(yáng)樹(shù)脂捕捉器濾網(wǎng)松裂

陽(yáng)床上部水帽松動(dòng)，當(dāng)陽(yáng)床運(yùn)行時(shí)少量陽(yáng)樹(shù)脂從松動(dòng)的水帽中漏出，進(jìn)入陽(yáng)樹(shù)脂捕捉器，樹(shù)脂捕捉器由于長(zhǎng)期運(yùn)行，捕捉器內(nèi)的管道濾網(wǎng)因受水流沖擊，濾網(wǎng)邊側(cè)接縫處撕裂松開(kāi)，漏入捕捉器中的陽(yáng)樹(shù)脂直接進(jìn)入中間水箱，樹(shù)脂捕捉器起不到過(guò)濾、捕捉、阻斷這部分陽(yáng)樹(shù)脂進(jìn)入中間水箱的作用，這部分陽(yáng)樹(shù)脂最后被中間水泵吸入陰床下部水層中，直接導(dǎo)致陰床出水質(zhì)量差，Na+超標(biāo)。

2.4 樹(shù)脂交換能力差

樹(shù)脂在實(shí)際應(yīng)用中，由于相互間摩擦，陰床在再生和運(yùn)行中樹(shù)脂發(fā)生反復(fù)變化，多次收縮，膨脹會(huì)促使顆粒破碎，出現(xiàn)裂紋，大孔弱堿苯乙烯系和凝膠強(qiáng)堿苯乙烯系樹(shù)脂孔眼被破碎成粉狀的樹(shù)脂粉末堵塞，陰床再生時(shí)，再生液滲透性差，部分樹(shù)脂不能完全再生復(fù)蘇。破碎樹(shù)脂因顆粒變小，小顆粒樹(shù)脂夾在大顆粒樹(shù)脂之間，使交換器中的水流阻力增大，置換速度變慢，部分樹(shù)脂失去置換能力，不利于樹(shù)脂正常發(fā)生置換反應(yīng)。

3 降低陰床出水Na+含量的措施

3.1 清洗緊固水帽

將陰清洗塔下部隔板水帽拆開(kāi)逐個(gè)清洗，將現(xiàn)有3 臺(tái)陰床中的樹(shù)脂清洗完畢后，集中至2 臺(tái)陰床中運(yùn)行，對(duì)其中一臺(tái)陰床上、中、下水帽拆卸清洗，將陰床最下層水帽中的塑料碎片和金屬顆粒粉塵逐個(gè)清洗后，重新裝回床體中。

3.2 改造除碳器底部填料隔板

對(duì)1#、2#除碳器底部填料隔板進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)，在原有的填料隔層上加裝隔離網(wǎng)。隔離網(wǎng)制作方法：首先將8 根直徑12 mm、長(zhǎng)630 mm 的不銹鋼實(shí)心管焊接成直徑為1 600 mm 的圓形，然后將材質(zhì)為聚乙烯增強(qiáng)型、孔徑為0.6 mm 的濾網(wǎng)縫合在新制作的不銹鋼圓環(huán)上。這樣通過(guò)對(duì)除碳器原有的填料隔層上加裝新制作的隔離網(wǎng)，可以有效防止除碳器運(yùn)行時(shí)，填料層中老化的塑料圓球進(jìn)入中間水箱。

3.3 更換陽(yáng)樹(shù)脂捕捉器管道濾網(wǎng)

3 臺(tái)陽(yáng)床錯(cuò)開(kāi)運(yùn)行，逐臺(tái)將陽(yáng)床上部強(qiáng)酸樹(shù)脂壓入陽(yáng)清洗塔逐個(gè)檢查陽(yáng)床上部水帽，把松動(dòng)的水帽重新分解清洗后緊固，使陽(yáng)床在運(yùn)行中不再有陽(yáng)樹(shù)脂從上部水帽中漏出。對(duì)陽(yáng)樹(shù)脂捕捉器(如圖2）管道濾網(wǎng)進(jìn)行更換，并且加固新?lián)Q裝的濾網(wǎng)。陽(yáng)床臨時(shí)停運(yùn)時(shí)，松開(kāi)陽(yáng)樹(shù)脂捕捉器與陽(yáng)床出水口母管連接法蘭盤，抽出陽(yáng)樹(shù)脂捕捉器內(nèi)圓柱狀多孔濾筒，然后將其表面上0.6 mm 孔徑的不銹鋼濾網(wǎng)拆下，更換為0.3 mm 孔徑的聚乙烯增強(qiáng)型塑料濾網(wǎng)，并將濾網(wǎng)的兩端扎牢，防止松脫，這樣陽(yáng)樹(shù)脂捕捉器能夠重新發(fā)揮過(guò)濾、捕捉、阻斷陽(yáng)樹(shù)脂進(jìn)入中間水箱的作用，從而解決陰床出水Na+超標(biāo)的問(wèn)題。

圖2 陽(yáng)樹(shù)脂捕捉器結(jié)構(gòu)

3.4 增長(zhǎng)陰床反洗時(shí)間

利用陰清洗塔采用逆流漂洗的方法，樹(shù)脂破碎后呈微顆粒狀，因其比重輕可隨水流慢慢沖洗掉，經(jīng)反復(fù)清洗后樹(shù)脂的顆粒大小逐漸均勻，樹(shù)脂重新投入再生后，再生液的滲透性好、無(wú)阻力，再生效果可恢復(fù)到正常，因此適當(dāng)延長(zhǎng)陰樹(shù)脂的大反洗時(shí)間，可以使樹(shù)脂交換能力得到更充分的恢復(fù)。陰樹(shù)脂大反洗時(shí)按照先空氣清洗后進(jìn)水反洗的步驟，空氣清洗時(shí)進(jìn)氣量不宜過(guò)大，壓力約0.4 MPa，清洗時(shí)長(zhǎng)由原來(lái)的5 min 延長(zhǎng)為10 min，氣洗完畢后，關(guān)閉進(jìn)氣閥；水洗時(shí)，打開(kāi)清洗塔進(jìn)水閥通入除鹽水，同時(shí)打開(kāi)反洗排水閥，水洗流量控制在30 t/h 左右，防止大顆粒樹(shù)脂沖出，水洗時(shí)長(zhǎng)由原來(lái)的10 min 延長(zhǎng)為15 min 左右，實(shí)際時(shí)長(zhǎng)以取樣時(shí)目測(cè)取樣杯底部無(wú)破碎樹(shù)脂為準(zhǔn)。

4 效果

4.1 運(yùn)行參數(shù)

通過(guò)實(shí)施以上的措施后，運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表1。陰床的正洗流量提高了57%，再生置換時(shí)間恢復(fù)正常，降低了崗位人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。堿耗、水耗明顯下降，單臺(tái)套周期制水總量提高了25%。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益

通過(guò)實(shí)施以上措施后，每年可節(jié)約90.672 萬(wàn)元，具體節(jié)約費(fèi)用計(jì)算如下[2]（陰床年檢修費(fèi)用為6 000 元/臺(tái)；陰床正洗用水為1.86 元/t；陰床再生所用除鹽水為3.72元/t，堿耗為536元/t）。

（1）陰床年檢修費(fèi)用

6 000元/臺(tái)×3臺(tái)=18 000（元）

（2）陰床正洗用水年費(fèi)用

1.86元/t×80 t/h×4 h/a×30 a×12×3

=642 816（元）

（3）陰床再生所用除鹽水年費(fèi)用

3.72元/t×25 t/h×2 h/a×30 a×12×3

=200 880（元）

（4）陰床年堿耗

536元/t×7t×12=45 024元

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)冶煉化水陰離子交換器Na+含量高、運(yùn)行周期短、制水量小的實(shí)際情況，從 人、機(jī)、物、環(huán)、法等方面分析出了陰床出水Na+含量偏高的主要原因，采取清洗緊固水帽、改造除碳器底部填料隔板、更換陽(yáng)樹(shù)脂捕捉器管道濾網(wǎng)、增長(zhǎng)陰床反洗時(shí)間的具體措施，降低了陰床出水Na+含量，提高了除鹽水質(zhì)量，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,達(dá)到了理想的運(yùn)行效果，但日后的工作中需加強(qiáng)工藝管理，更加密切關(guān)注各項(xiàng)工藝指標(biāo)的變化，及時(shí)調(diào)整，確保除鹽水質(zhì)量。

表1 改進(jìn)前后陰床的運(yùn)行參數(shù)