浮动床优化运行调整控制措施_王先华.pdf

清 洗 世 界Cleaning World实用技术实用技术实用技术实用技术第39卷第3期2023年3月1 浮动床简介我厂锅炉补给水处理系统的水源为长江水，经原水站澄清过滤处理后作为锅炉炉补给水处理车间补水。锅炉补给水系统流程为：水工来澄清水清水箱清水泵高效过滤器双室浮动床阳离子交换器除碳器中间水箱中间水泵双室浮动床阴离子交换器混床除盐水箱主厂房用水点。锅炉补给水处理采用四套 4235 t/h 双室浮动床作为一级除盐系统。系统设备设计出力为 700 t/h，三用一备运行。双室浮动床的上室装填强型树脂，下室装填弱型树脂。运行时，水由下而上先经弱型树脂层，再经过强型树脂层将树脂托起，使树脂成床运行。2 浮动床运行中存在的问题2.1 入口浊度的影响在运行过程中，浮动阳床下部经常可见混浊的液体，床体进出口压差大，运行流量较设计流量下降 30%，打开浮动床下室，发现底部有较多的淤泥粘结在树脂上。经排查，原水站现有高效反应沉淀池和滤池按照 1 750 m3/h 的规模设计，在非汛期，因长江水质来水浊度不高，现有预处理系统能较好的满足生产需要。但在汛期（每年 510 月），在长江三峡泄洪期间，水量和水质波动较大，锅炉补给水系统现有 5 台直径 3 m 的高效纤维过滤器，由于纤维束截污能力很差，加之纤维束的固定方式不合理，导致大量纤维束堵住出水孔，罐体憋压严重，5 台过滤器均出现不同程度膨胀变形，出水浊度在夏季时经常大于 20 NTU，不能满足后续离子交换器进水要求，离子交换器进水水帽被泥沙包裹，细小的泥沙进入树脂中导致树脂结块，缩短制水周期。2.2 再生剂质量的影响在浮动床阳离子交换器再生过程中，运行人员反映，在进酸再生时，现场气味比较难闻，而且感觉有明显刺激性气味，有时有臭鸡蛋的气味，甚至有令人发呕的状况。初步判断，可能是工业盐酸中含有亚硫酸盐，亚硫酸盐在与空气充分接触后生成二氧化硫气体。在某次再生过程中，运行人员发现酸储存罐至阳床酸计量箱无酸液流出，通过酸罐排污门排放时，发现罐内为乳白色粘稠的液体。后经与供货商联系，为生产工业盐酸的一种副产品。长时间使用含有杂质的盐酸，会造成阳离子交换树脂老化，缩短其使用寿命。2.3 树脂清洗效果的影响浮动床阳离子交换器在运行 10 个周期后，随着阳床内悬浮物增多后，须开展阳床的树脂输出清洗工作。阴阳清洗罐的树脂清洗，因设备先天性缺陷，清洗工作难度较大，且清洗不彻底。破碎树脂不能有效的从清洗罐中分离出去，容易造成阴阳床中的破碎树脂越来越多，污堵水帽，致使阴阳床的出力降低，严重时可使罐体憋压而致使水帽脱落，树脂从罐体中跑出。因树脂复苏罐设计的树脂出脂口在侧面，距离底部多孔板还有 20 cm，且底部多作者简介：王先华（1986-），男，工学学士，工程师，主要从事火力发电行业化学水处理和环保方面的研究。收稿日期：2022-09-09。文章编号：1671-8909（2023）3-0010-003浮动床优化运行调整控制措施王先华（国能长源荆州热电有限公司，湖北 荆州 434000）摘要：本文通过浮动床在运行中存在的制水能力与实际需求不匹配的问题，进行原因分析，对浮动床在运行方面的控制、制约因素做了简要分析，使浮动床运行符合公司安全性和经济性的要求。关键词：浮动床；高效纤维过滤器；周期制水量；树脂清洗罐；成床流速；离子交换中图分类号：TM621.8 文献标识码：A11第 39 卷王先华.浮动床优化运行调整控制措施孔板为水平面布置，使得阴床和阳床内的树脂送入到阴床和阳床清洗罐后，不能有效的清洗脏污的树脂，并将其输回阳床和阴床中。我厂的阳树脂和阴树脂都有两种，而阳清洗罐和阴清洗罐只有一个，如果树脂不能完全输出，在每一种树脂清洗结束进行下一次清洗时，强型树脂和弱型树脂就自然的混在了一起。这种现象，在阳床中表现特别明显，因为阳树脂的密度比阴树脂的密度大，用水将阳树脂从下而上托起比阴树脂困难。树脂清洗不干净，会显著降低阴阳床的周期制水量，增加酸碱耗量，不利于经济运行。2.4 设备本身的制造缺陷浮动床的成床条件是需要大流量的水陡然将树脂托起，且水处理间的所有阳罐罐体材质偏薄，厚度小于6 mm，不能承压，因此无法达到其成床条件；因阳床制造不合理，设备下部未设置导流板，阳床进水主要集中在中间部位，造成阳床下室中间部位水流过大，沿直径筒壁区域水流较小，树脂在内部扰动较大，大部分水流从中间进入然后从四周回流，加剧阳床下室弱树脂不能成床，阳床容易失效，造成阳床周期制水量偏低。在运行过程中曾发现#3阳床跑树脂，开人孔门检查，发现上部隔板水帽脱落和破损、上部隔板至罐体顶部穹形孔板衬胶脱落。2.5 制取水量与耗用水量不匹配的影响。我公司供热用户主要为工业用户，白天用汽量较大，峰值可达到 300 t/h；晚上用汽量小，约 80 t/h，平均每小时用汽量为 160 t/h。（1）我公司浮动床最低运行流量约 120 t/h，低于这一流量，因流速不足，树脂会在局部形成上下扰动，造成树脂失效。在夜间的制水能力大于外界的需水量，除盐水箱的储水能力有限，水箱装满后就会造成水箱溢流或被迫停运制水系统，使阴阳浮动床处于间断运行状态。（2）浮动床在设计过程中，为计算出弱酸和强酸树脂的体积，需考虑弱酸树脂和强酸树脂的工作交换容量、原水的总阳离子含量、原水暂时硬度、弱酸树脂平均暂时硬度漏过值。因强型树脂和弱型树脂的型号和性能不同，树脂转型后的膨胀率也差异较大，合适的装填高度才能保证设备经济运行。现有阳床的运行时间比阴床短，周期制水量小。如果阳床失效，只能根据除盐水箱的液位选择投运再生好的阳床或停止制水系统，而此时阴床并未失效。如果投运再生好的阳床，水箱满了之后多余的除盐水只能流走，造成浪费；如果停止制水，未失效的阴床就必须再生，这就无形中增加了盐酸和烧碱的耗量。3 解决措施考虑到阴阳床设备尺寸已经固定，设备长期间断运行，弱型树脂工作交换容量富裕，而强型树脂交换量则相对太少，因此决定从改造高效纤维过滤器、严把再生剂入口质量关、改善树脂清洗罐输送效果，恢复设备性能，提高周期制水量和除盐水存储量等方面解决。3.1 改造高效纤维过滤器，保证阳床入口进水水质高效纤维过滤器过滤器改造核心工艺为滤料更换，采用纤维材料作为过滤材料，该滤料具有比其他实体颗粒材料大得多的比表面积和空隙率，其孔隙度达到 85%90%，5m 悬浮物去除率达到95%以上，有效控制进入阳床的杂质，避免阳树脂结块。其构成的滤床具有比常规过滤材料大得多的纳污量，纳污量为 1535 kg/m3，当达到一个过滤周期（8 h 以上）后，由于纤维滤料的特殊结构，使附着在纤维表面的固体杂质颗粒很容易脱落，从而提高了过滤材料的洗净度。3.2 严把再生剂入口质量关在工业盐酸入厂检验时，要把好入口产品质量检验关。通过工业盐酸样品和分析纯盐酸样品进行对照分析，分别逐滴加入高锰酸钾或者分别逐滴加入甲基橙指示剂。工业盐酸含有还原性物质（亚硫酸根）时，加入高锰酸钾时，很快变成无色；分析纯盐酸加入高锰酸钾溶液后，显示紫色。工业盐酸含有氧化性物质，逐滴加入甲基橙指示剂，不显红色（无色）；分析纯盐酸加入，逐滴加入甲基橙指示剂时，显示红色。这样，可以较为直观的判断工业盐酸是否含有还原性物质或是氧化性物质。3.3 改善树脂清洗罐输送效果改善树脂清洗罐内树脂输送问题，可以有多个途径：在树脂输送结束时，可以将压缩空气引入，用压缩空气带动树脂搅动后，将树脂输送干净；或在树脂清洗罐底部做成锥斗型，靠重力作用将树脂输送干净。我公司采用重力输送方案，先在树脂清洗罐内做一个直径为 2.8 m，高度为 1 m 的锥斗，锥斗底面开有 250 个左右 25 的小孔，小孔上装设水帽，锥斗中心孔与树脂输出口相连。通过制图，在加工厂加工成多块带小孔的扇形板，拼接无误后，12第 3 期清 洗 世 界再进入罐内施焊拼接而成。3.4 恢复设备性能在阳床和阴床的入口处增设布水板，改善进水水流状态，使其均匀进入床层。采取修复措施重新对八台双室浮动床铲胶及重新衬胶防腐。其中双室浮动床直边高度为 3.5 m，内部有三层隔板，每层隔板上有 250 个左右 25 的小孔，共 750 个左右，衬胶总面积约为 140 m2左右，在施工过程中要注意每个小孔的包边工序，包括罐体内壁及窥视孔、人孔盖及与罐体相连的法兰衬胶问题，衬胶厚度不小于 5 mm。我厂负责提供蒸汽加热硫化橡胶，蒸汽压力为 7 kg 左右，温度为 250 左右，在施工过程中需调整橡胶硫化所需温度、压力。防腐前需对整台设备内部进行喷砂除锈处理，达到 2.5 级；罐体采用 5 mm 厚天然橡胶贴砌，多孔板正反面采用 2+3 mm 天然橡胶板衬胶防腐，对防腐完毕的设备内部采用 100%的电火花硫化前检测，保证防腐质量。3.5 提高周期制水量和除盐水存储量（1）增加树脂的填充度。在双室浮动阳床、双室浮动阴床的调试中发现，树脂的填充量极大地影响周期制水量。为了防止浮动床中的树脂上下乱层，希望把树脂装满整个床室，使树脂层没有活动的空间。但对于弱酸型树脂和弱碱型树脂来说，失效型树脂体积最大，再生型树脂体积最小，而一般填装的树脂为再生型。因此，在填装时必须考虑树脂转型时引起的体积变化。如果装多了，转型时所引起的体积膨胀力会使树脂破碎并胀坏双室间的多孔隔板。为了设备的安全，在调试过程中，通常采取多次少量补充树脂的方法，直到树脂在失效的状态充满整个下室，即调整树脂填充量达最大安全量，以便增强周期制水量。对于强酸型树脂和强碱型树脂的填充度，由于强型树脂通过再生后体积最大，运行失效后体积最小，所以在填装时，需要把新树脂充满整个交换器。（2）成床流速。运行初期，按照进水水质计算出来的树脂填装量，在装填完成后，树脂并没有装满整个床层。浮动床投运后，床内的树脂上下搅动剧烈，上下左右均在扰动，浮动床内未看见明显的水垫层，浮动床不能成床。通过调整树脂量达最大安全装填量后，浮动床基本能达到成床效果，成床流量为 120 t/h，运行时下层树脂只有极少数的颗粒在搅动，大部分树脂都形成了良好的水垫层。因此，将每个浮动床室内的树脂的装满将直接影响成床流速。树脂的填充量合适(最大安全填充量)，既能有效的降低成床流速，又能保证在运行过程中树脂不乱层，能让水流的扰动作用降到最低水平，从而形成良好的水垫层。（3）运行中落床。因浮动床在运行过程中落床，水流动力的缺失和阀门启闭的延时，关闭瞬间将会造成比较大的扰动，不能保证树脂层上下不串动(乱层)。因此落床后，浮动床内不同再生度的树脂再次混合，再成床后浮动床内的失效树脂不能起到拦截高价离子的作用，并很快使出水水质恶化，使浮动床处于失效状态，这样便增加了盐酸、烧碱的耗量。因此应避免阴阳床在未到运行周期落床。（4）再生时的时间及浓度的优化。阳床未调整前再生时间为 60 min。经过现场测试，再生 50 min后，交换器出口有极少量再生剂泄漏，据此推断正常的再生时间宜控制在 50 min 左右，以满足再生要求并提高再生剂利用率。阴床再生时，为了避免碱的浪费，经过试验，控制碱的浓度在 2.2%2.4%，即可达到再生效果，降低碱耗。（5）增设除盐水箱。在现有系统能满足运行的条件下，将两个清水箱中的一个清水箱从系统中隔离出来，经过除锈、喷涂聚脲后变为除盐水箱，增加系统的除盐水储存量约 500 t。并制定了避免除盐制水系统水箱溢流的措施：当单机组运行时，将启动除盐水制水系统的三个水箱液位由 3 m 调整到了 2.5 m；当两台机组运行时，将启动除盐水制水系统的三个水箱液位由 3 m 调整到了 2.8 m；及时调整阴阳床进水手动门，避免中间水箱溢流。4 结语综上所述，通过改善浮动床的入口进水水质、严把再生剂入口质量关、增加树脂清洗罐输送效果、恢复设备性能、优化树脂的填充度和成床流速、控制再生时间及浓度、增设除盐水箱，能够有效的保证浮动床运行稳定，控制和节约成本，保障公司的经济效益。参考文献：1 王 志 良.浮 动 床 离 子 交 换 除 盐 装 置 制 水 量 逐步偏低的问题分析及对策 J.山东工业技术，2017(20):227-228