雙流弱酸陽床運行參數(shù)的優(yōu)化和出水特性

雙流弱酸陽床運行參數(shù)的優(yōu)化和出水特性關鍵詞：弱酸陽床全國火電大機組（600MW級）競賽第9屆年會田茂東許士勇蘇李(華能德州發(fā)電廠)摘要：通過對雙流弱酸陽床運行和再生參數(shù)的優(yōu)化，提高了弱酸陽床的周期制水量，降低了酸耗。全面分析了弱酸陽床的出水特性，為以弱酸陽床出水為補水的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)各項指標的控制和調整提供了依據(jù)。

關鍵詞：雙流弱酸陽床循環(huán)冷卻水堿度硬度華能德州電廠三期工程2×660MW機組循環(huán)冷卻水使用經(jīng)多級沉砂后的黃河水，水的堿度一般為3.3mmol/L，硬度為5.5mmol/L（1/2Ca2++1/2Mg2+）左右，堿度、硬度均比較大。為了提高濃縮倍率，節(jié)約用水，采用雙流弱酸陽床對循環(huán)冷卻水補水進行100%處理。整個系統(tǒng)共有12臺φ3000的雙流弱酸陽床，設計出力275t/h，使用D113樹脂，其中上部填裝高度為800mm，下部為1100mm。設備投入使用前曾委托有關單位進行了一系列的試驗，選定了緩蝕阻垢劑，最終確定循環(huán)水濃縮倍率控制6倍，單臺弱酸陽床出水的堿度到2.0mmol/L時為失效終點，控制各臺交換器出水混合后的堿度為0.8mmol/L左右。實際運行過程中，循環(huán)水的堿度、硬度不時超標，威脅著設備的安全經(jīng)濟運行。同時，弱酸陽床還存在著再生用酸比耗高，周期制水量少等問題。為了對雙流弱酸陽床的運行特點有更深刻的了解，對雙流弱酸陽床制水和再生過程進行了全面測試，優(yōu)化了其運行條件。1運行條件的確定1.1上、下進水流量的確定樹脂的工作交換容量與水質、流速和樹脂層高度有關[1]，雙流弱酸陽床中上層樹脂填裝量少，占總樹脂量的42.1%，但上層樹脂能夠得到充分的再生。在雙流弱酸陽床運行過程中，快速關閉下部進水門，穩(wěn)定后取樣，就可以測得上部出水水質。根據(jù)上、下層樹脂的量和其他廠家的經(jīng)驗，分別選取上部進水占總進水量的40%、45%和50%測試。在總流量為250t/h，弱酸陽床出水堿度為2.0時，測得上層樹脂出水水質如下：表1上層樹脂出水水質整個陽床出水堿度度（mmol//L）上層樹脂出水堿度度（mmol//L）占總流量的40%%占總流量的45%%占總流量的50%%2.01.751.952.2由此可見，在上部進水流量占總流量的45%時，上、下層樹脂幾乎同步失效，所有樹脂的交換基團能夠得到充分利用。1.2進酸、置換和正洗時間的確定為防止再生過程中產(chǎn)生硫酸鈣垢，借鑒其他廠家經(jīng)驗，進酸濃度控制在0.6%左右[2]，流量100t/h。先再生上部樹脂，再生廢液由中排排出，中排出水呈酸性后關中排門，開底部排水門，再生全部樹脂。對再生過程中排水的堿（酸）度、硬度等指標進行測量，結果見表2。表2再生各步序排水堿度、硬度測量值步序時間（分鐘）測量指標（單位：：mmol//l）堿度1/2（Ca2+++Mg2+）1/2Ca2+上進酸201.510576501.110888700.71128280－4.011187下進酸101.711362801.2108841200.79284130－0.69280144－18.49070155－357258置換7－14.1856515－0.23830200.33026300.41815正洗50.27.24.11005.32.515－0.73.11.6說明：1.表中負值表示酸度。2.進酸、置換用水為弱酸陽床出水，堿度為0.8mmol/l左右。由表2可以看出，上進酸80分鐘后中排排水已成酸性，可以轉為下進酸，下進酸130分鐘后，排水呈酸性，如果再繼續(xù)進酸，排水的酸度增長很快，說明酸的利用率迅速降低。由于弱酸樹脂很容易再生，因此下進酸時間以130—140分鐘為宜。置換20分鐘后排水已成堿性，至30分鐘，排水中硬度也大幅下降。正洗15分鐘后，測得的排水硬度已小于進水中的硬度，設備再生完畢，可以轉入運行或備用。綜上所述，確定的再生條件為：附表：進酸濃度0.6%左右再生液流量100t/h上進酸時間75——80分鐘下進酸時間130——1400分鐘置換時間30分鐘正洗時間15分鐘2雙流弱酸陽床的出水特性2.1弱酸陽床的反應機理循環(huán)水補水經(jīng)過弱酸陽離子交換處理，能將水中主要結垢成份如Ca2+、Mg2+、HCO3-去掉一大部分，其化學反應如下：2RCOOH+Ca(HCO3)2→（RCOO）2Ca+2CO2+2H2O…………（1）2RCOOH+Mg(HCO3)2→（RCOO）2Mg+2CO2+2H2O…………（2）可能存在的反應：2RCOOH+CaCl2→（RCOO）2Ca+2HCl……（3）2RCOOH+MgCl2→（RCOO）2Mg+2HCl……（4）2RCOOH+CaSO4→（RCOO）2Ca+H2SO4……（5）2RCOOH+MgSO4→（RCOO）2Ca+H2SO4……（6）2.2雙流弱酸陽床的出水特性保持雙流弱酸陽床進水總流量為250t/h，其中上進水流量為110—115t/h左右，在整個運行周期，弱酸陽床出水的堿度、硬度及鈣硬與運行時間的關系如下圖所示：圖1弱酸陽床出水的堿度、硬度及鈣硬與運行時間的關系由于原水中硬度大于堿度，由圖1可以看出，永硬水經(jīng)雙流弱酸陽床處理后，出水具有以下幾個特點：（1）弱酸陽床投運初期出水硬度較大，隨即迅速下降。初期出水硬度大的原因，可能為再生過程中產(chǎn)生有微細的CaSO4結晶，在制水過程中又重新溶解到水中；另一個原因是交換反應產(chǎn)生的H+與沒有得到再生的鈣型或鎂型樹脂發(fā)生離子交換，將Ca2+、Mg2+置換下來，即弱酸陽床在轉入運行制水后，反交換還會延續(xù)一段時間。（2）弱酸陽床投運初期酸度較大，而且在以后運行的20多個小時的時間內，出水都呈酸性，表明發(fā)生了反應式（3）～（6）所示的交換。這說明在弱酸陽床運行的前期，不但能除去碳酸鹽硬度，還能分解水中部分中性鹽，生成無機強酸。這也是永硬水經(jīng)弱酸離子交換床處理后，其腐蝕性增強的原因。對一臺弱酸陽床來說，其前期出水是酸性的，要使各個弱酸陽床出水混合后保持一定的堿度，最好按均勻的時間間隔再生弱酸陽床。（3）永硬水經(jīng)弱酸離子交換床處理，其出水仍然為永硬水。（4）弱酸陽床出水中的鎂/鈣比大于進水中的鎂/鈣比，即弱酸樹脂對鈣離子的選擇性系數(shù)比對鎂離子的大。（5）在制水的大部分過程中，堿度、硬度等指標增長比較緩慢，但在運行50多個小時后，增長速度加快，即使如此，仍然沒有失效的突變點。2.3整個制水周期出水平均堿度和樹脂工作交換容量的計算根據(jù)測得的數(shù)據(jù)，將出水堿度看作時間的函數(shù)，擬合得：…………（7）式中M——出水堿度，mmol/lt——時間，小時平均堿度為：…………（8）式中——出水平均堿度，mmol/LQ——弱酸陽床出水流量，t/h樹脂的工作交換容量可由下式求出：…………（9）式中q——樹脂的工作交換容量，mol/m3M0——原水堿度，mmol/LV——樹脂的體積，m3已知原水的平均堿度為3.3mmol/L，流量為250t/h，到出水堿度為2.0mmol/L時運行時間約為70小時，由式（7）、（8）和（9）可以計算出整個運行周期出水的平均堿度為0.738mmol/L，樹脂的工作交換容量為3346mol/m3?？傔M酸時間為220分鐘（其中上進酸80分鐘），進酸濃度0.6%，流量100t/h，再生比耗為：≈1.02.4不同失效終點下的出水平均堿度和樹脂工作交換容量在調整循環(huán)冷卻水指標時要特別注意，弱酸陽床控制不同的失效終點，其出水的平均堿度差別很大，另外樹脂的工作交換容量也與所控制的失效終點有關，具體計算結果見表3：附表失效終點（堿度mmmol/LL）1.01.52.0運行時間（小時）546470運行周期出水平均均堿度（mmol//L）0.2440.5220.738樹脂工作交換容量量（mol/mm3）307933