重慶論文匯 總之一

PAGE1目錄1TOC\o"1-1"\h\z\u發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水處理和中空導(dǎo)線堵塞問(wèn)題 何輝純12催化氧化法再生活性炭工藝試驗(yàn)研究 何世衛(wèi)等103火電廠水處理改造中應(yīng)用EDI技術(shù)的可行性 曹培剛等154雙流式弱酸陽(yáng)離子交換器的再生及運(yùn)行控制 張興仁195新型陰雙層床試驗(yàn)研究 趙治華246小混床處理技術(shù)在發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水系統(tǒng)中的應(yīng)用 張國(guó)平等287運(yùn)河水用于反滲透進(jìn)水的可行性研究之一靜態(tài)試驗(yàn) 許建學(xué)等328火電廠凝結(jié)水及其處理的特殊性 朱興寶等399高純酸堿在電廠水處理工藝中的應(yīng)用 任清潔4210海水淡化技術(shù)及其應(yīng)用 童明光等4611邯峰發(fā)電廠凝結(jié)水精處理系統(tǒng)運(yùn)行狀況及樹脂再生工藝探討 曹培剛等5112鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)改造的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性探索 湯東升5513溶氣氣浮工藝實(shí)驗(yàn)研究 楊寶紅5814發(fā)電機(jī)內(nèi)冷卻水堿化處理研究 喻亞非等6315淺議陽(yáng)雙層床的分層與再生 翟靜華等6716全膜法工藝制備亞臨界鍋爐補(bǔ)給水的研究 韓愛蘭等70火電廠水處理技術(shù)學(xué)術(shù)交流會(huì) 2003.09重慶PAGEPAGE43發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水處理和中空導(dǎo)線堵塞問(wèn)題何輝純國(guó)電熱工研究院（陜西西安710032）摘要本文介紹了國(guó)外對(duì)中空銅導(dǎo)線發(fā)生堵塞機(jī)理的論述，回顧了我國(guó)發(fā)電機(jī)雙水內(nèi)冷水質(zhì)處理和控制的研究情況及存在的問(wèn)題。討論了國(guó)外發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子冷卻水的標(biāo)準(zhǔn)以及各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)銅腐蝕的影響，以及國(guó)外開展中空導(dǎo)線化學(xué)清洗的情況。對(duì)今后國(guó)內(nèi)開展內(nèi)冷水研究工作提出了建議。前言引人關(guān)注的水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)的水質(zhì)問(wèn)題是：在什么情況下會(huì)發(fā)生發(fā)電機(jī)中空導(dǎo)線的堵塞。這是因?yàn)榘l(fā)電機(jī)中空導(dǎo)線的堵塞會(huì)給發(fā)電帶來(lái)很大的影響。近年來(lái)，國(guó)外大容量發(fā)電機(jī)中空導(dǎo)線堵塞問(wèn)題，仍時(shí)有發(fā)生。這種堵塞，并不一定會(huì)發(fā)展到損壞發(fā)電機(jī)的地步。但往往會(huì)造成線棒溫升，被迫降負(fù)荷運(yùn)行，有時(shí)為了清洗掉沉積物，需停機(jī)檢修，影響了機(jī)組的可用率。例如，法國(guó)電力公司EDF在2003年的一份報(bào)告中提到1，在1990年到1994年，由于中空導(dǎo)線的堵塞，法國(guó)電力公司的機(jī)組，由于導(dǎo)線堵塞，非計(jì)劃停運(yùn)進(jìn)行清洗，總共用了400天的時(shí)間。統(tǒng)計(jì)下來(lái)，每年需要化150天的時(shí)間，用于停機(jī)清洗中空導(dǎo)線的堵塞。有些大容量機(jī)組，多年運(yùn)行正常，發(fā)電機(jī)線棒沒有溫現(xiàn)象，但由于某些條件的改變或失控，中空導(dǎo)線會(huì)突然發(fā)生嚴(yán)重堵塞，給生產(chǎn)帶來(lái)極大的影響。例如南非的Koeberg電廠的一臺(tái)965MW發(fā)電機(jī)組2，在1993年投產(chǎn)，內(nèi)冷水采用接觸空氣法處理。情況一直良好。但到了1999年6月，由于某個(gè)條件的改變，中空導(dǎo)線突然堵塞嚴(yán)重，超溫報(bào)警，線棒溫升超出最高允許溫度100C，機(jī)組被迫降負(fù)荷運(yùn)行。后來(lái)采用停機(jī)清洗，以及運(yùn)行中清洗，并改變了內(nèi)冷水的PH控制值，一直處理到2000年10月，才恢復(fù)了正常運(yùn)行。因此，探討發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水的水質(zhì)要求和中空導(dǎo)線的堵塞問(wèn)題，是有很現(xiàn)實(shí)的意義的。關(guān)于水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)中空導(dǎo)線的堵塞機(jī)理，在前些年，國(guó)內(nèi)外報(bào)道較少。但在2001~2003年，國(guó)外開始報(bào)道了一些有關(guān)中空導(dǎo)線堵塞機(jī)理的文章，談到一些看法。本文匯總了一些看法，便于我國(guó)電廠工作人員進(jìn)一步做好水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)的運(yùn)行維護(hù)工作。國(guó)外的文章還認(rèn)為，至今對(duì)堵塞機(jī)理，尚有不完全清楚的地方，有待進(jìn)一步研究。說(shuō)明這問(wèn)題的復(fù)雜性。中空導(dǎo)線的堵塞機(jī)制發(fā)電機(jī)中空導(dǎo)線為何會(huì)發(fā)生堵塞？在2001和2003年，Mellor和Drommi1，2相繼發(fā)表了他們的研究報(bào)告。歸納起來(lái)有以下幾點(diǎn)看法：認(rèn)為主要是由于內(nèi)冷水的銅離子，超過(guò)了它的溶解度，產(chǎn)生氧化銅沉淀而引起的。銅在水中的溶解度與水的溫度和PH值有關(guān)。其關(guān)系示于圖1.3圖1不同溫度和PH條件下的銅溶解度曲線從圖1的曲線看到，水的溫度越高，PH越高，銅的溶解度就越低。假如內(nèi)冷水的PH值為6.9，水進(jìn)入導(dǎo)線的溫度為350C，經(jīng)過(guò)導(dǎo)線后，水的溫度增加了200C，即550C。這時(shí)，銅的溶解度就從30μg/kg降至5μg/kg。若水中原含有20μg/kg的銅，銅在水中就成為過(guò)飽和而析出，產(chǎn)生沉積物。從圖1還看到，水的PH越低，銅的溶解度隨溫度的變化越大。也就是說(shuō)，水中的銅離子經(jīng)過(guò)銅導(dǎo)線加熱后，析出的程度越嚴(yán)重。這也說(shuō)明，維持中性工況并不好，因溫度對(duì)銅溶解度的影響較大，很容易發(fā)生堵塞問(wèn)題。而保持堿性條件，溶解度變化較小，較穩(wěn)定。還有一個(gè)值得注意的關(guān)系，是水中含氧量對(duì)銅溶解度的影響關(guān)系4。見圖2。圖2在純水中，銅的溶出與水含氧量的關(guān)系從圖2看到，銅在純水中的溶出，并非隨著水中氧的濃度成比例地升高的，而是先隨氧濃度生高而升高，然后隨氧濃度的升高而下降。因此水中含氧量的改變，也會(huì)改變銅的溶解和析出。應(yīng)考慮氧化銅的重新溶解脫落問(wèn)題。若內(nèi)冷水的溶解氧從原來(lái)的1mg/L，降到了0.1mg/L。這時(shí)，銅的脫離溶于水中的速度很快增加。水中腐蝕產(chǎn)物的增加，就很容易會(huì)形成過(guò)飽和而產(chǎn)生沉淀。而發(fā)電機(jī)要保持非常嚴(yán)密就比較困難，法國(guó)在報(bào)道中提到，過(guò)去法國(guó)也是采用傳統(tǒng)的除氧工況的，也就是保持水的含氧量很低，但發(fā)現(xiàn)由于系統(tǒng)的泄漏，水的含氧量會(huì)增加到銅溶解度較高的范圍，以致引起堵塞，于是，有些國(guó)家便發(fā)展了通空氣的工況，這在下面討論水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)再祥談。水中還有一些會(huì)影響銅在水中溶解和析出的其它因素，一些突然的改變，都有可能會(huì)引起不良的影響。因此，在改變內(nèi)冷水的處理?xiàng)l件，要比較慎重。我們認(rèn)為，堵塞的機(jī)制目前還尚有待進(jìn)一步研究的問(wèn)題。例如，沉積物中有不少金屬銅，成因是什么？國(guó)外在報(bào)道導(dǎo)線的清洗時(shí)也提到，沉積物先要用H2O2處理，將沉積物中的金屬銅顆粒氧化，然后再用清洗液清洗。從有些國(guó)外報(bào)道也發(fā)現(xiàn)，采用水氫氫冷卻方式的發(fā)電機(jī)，在中空導(dǎo)線堵塞物中含有大量的金屬銅，是否與漏氫，氫將氧化銅還原成金屬銅有關(guān)。此外，氫是否會(huì)作用于緩蝕劑，也是值得研究的問(wèn)題，因國(guó)內(nèi)有單位試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在氫的作用下，緩蝕劑的結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化。這些都是值得研究的問(wèn)題。還有一點(diǎn)值得研究的是，沉積物在運(yùn)行中，在什么條件下會(huì)引起脫落。國(guó)外在討論堵塞問(wèn)題時(shí)，均討論銅的溶解和已沉積氧化銅的溶解和脫落的問(wèn)題。因氧化銅的脫落對(duì)導(dǎo)線堵塞的影響，比由于過(guò)飽和析出的影響更大。國(guó)內(nèi)對(duì)中空導(dǎo)線堵塞的一些看法關(guān)于發(fā)電機(jī)中空導(dǎo)線的堵塞問(wèn)題，國(guó)內(nèi)的經(jīng)驗(yàn)和看法是：定子中空導(dǎo)線比轉(zhuǎn)子的中空導(dǎo)線容易發(fā)生堵塞，這與它們的中空面積的大小不同有關(guān)。例如，900MW機(jī)組發(fā)電機(jī)的定子中空導(dǎo)線的尺寸為7.1mm×2.09mm，而300MW機(jī)組的定子中空導(dǎo)線的尺寸為7mm×7mm..這說(shuō)明轉(zhuǎn)子中空導(dǎo)線的通水面積比較大。堵塞的程度就比定子的堵塞程度要小些。雙水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)的水，在水箱中與大氣接觸，因此是含氧的，而且還吸收空氣中的二氧化碳，使水的PH值降低。水中溶解氧又不控制，是否處在危險(xiǎn)區(qū)也不清楚，系統(tǒng)中又不采用離子交換凈化，所以內(nèi)冷水的含銅量較高。我國(guó)的處理方式是采用添加緩蝕劑，調(diào)節(jié)水的PH值使成堿性以及大量排水，換水來(lái)降低水的含銅量。事實(shí)證明，這在一定條件下是有效的。但這方法用于進(jìn)口，單定子冷卻機(jī)組上，是可能容易發(fā)生問(wèn)題的。因?yàn)樘砑恿司徫g劑后，離子交換凈化就不能使用。原來(lái)部分水的凈化，等于有一定量的排污，現(xiàn)在不能使用，系統(tǒng)中積污就較多。這時(shí)，若系統(tǒng)中出現(xiàn)某些變化，如系統(tǒng)漏氫破壞了緩蝕劑，或因停用保護(hù)不佳，生成了氧化銅銹蝕，使系統(tǒng)中含銅量和氧化銅量大量增加。堵塞就有可能發(fā)生。發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水水質(zhì)處理和標(biāo)準(zhǔn)綜述4.1我國(guó)內(nèi)冷水質(zhì)研究的回顧不管堵塞機(jī)理可從不同角度解釋，有一點(diǎn)是一致的，那就是必需保持內(nèi)冷水的含銅量盡量的低。因堵塞物基本上都是含銅的物質(zhì)。因不管內(nèi)冷水中的銅是來(lái)自水的氧化，空氣的氧化，或氧化物的溶解脫落，都會(huì)反映在內(nèi)冷水的含銅量上。因此在討論中空導(dǎo)線堵塞機(jī)理之前，先應(yīng)討論如何降低內(nèi)冷水中含銅量的問(wèn)題。這也是我國(guó)幾十年采取不同措施，企圖解決的問(wèn)題。我國(guó)發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水的水質(zhì)試驗(yàn)研究是從60年代初開始進(jìn)行的。當(dāng)時(shí)我國(guó)成功地開發(fā)了雙水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)組，需要有配套的雙水內(nèi)冷冷卻水的處理和控制方法，但當(dāng)時(shí)國(guó)外只有定子冷卻水的經(jīng)驗(yàn)，有必要自行研究。鑒于當(dāng)時(shí)的體制的特點(diǎn)，又不是市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)。制造部門生產(chǎn)的產(chǎn)品，可以不配備合適的水處理設(shè)施和提供合理的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，便交給使用部門運(yùn)行。這樣，水質(zhì)的試驗(yàn)研究工作就落在使用部門自己進(jìn)行。而當(dāng)時(shí)的試驗(yàn)研究工作，又未能做到和制造，設(shè)計(jì)部門相結(jié)合，以致研究結(jié)果難以在生產(chǎn)上得到體現(xiàn)落實(shí)。例如，當(dāng)時(shí)通過(guò)試驗(yàn)，認(rèn)識(shí)到控制水質(zhì)的極低導(dǎo)電率的重要性，便在上海一臺(tái)水冷調(diào)峰機(jī)組上安裝了一臺(tái)塑料離子交換柱進(jìn)行試驗(yàn)，從系統(tǒng)中抽出一部分循環(huán)冷卻水進(jìn)行凈化處理，取得良好結(jié)果，冷卻水的導(dǎo)電率和含銅量均有明顯的降低。但由于這僅是實(shí)驗(yàn)研究部門進(jìn)行的工作，如何能在設(shè)計(jì)制造上得到落實(shí)，就遇到困難，以致當(dāng)時(shí)并沒有能在設(shè)計(jì)制造上配備這種凈化裝置。此外，當(dāng)時(shí)通過(guò)試驗(yàn)也認(rèn)識(shí)到內(nèi)冷水的含氧量對(duì)腐蝕起著重要作用，要求降低內(nèi)冷水的含氧量，便提出了采用密封系統(tǒng)的設(shè)想，擬采用充氮密封。但由于沒有發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)制造部門的合作，也難以在發(fā)電機(jī)上實(shí)現(xiàn)。于是便只能根據(jù)實(shí)際的條件，想出了一種運(yùn)行部門自己能辦得到的辦法，那就是采用開放式的運(yùn)行系統(tǒng)，即將凝汽器凝結(jié)水通過(guò)凝結(jié)水泵直接送入發(fā)電機(jī)水系統(tǒng)，通過(guò)發(fā)電機(jī)吸收熱量后，直接送入除氧器，這樣，由于凝結(jié)水的含氧量很低，又沒有再循環(huán)，不可能有大量氧的漏入，便能保證內(nèi)冷水的低含氧量。此方法在華北的一個(gè)電廠進(jìn)行了試驗(yàn)。效果很好。內(nèi)冷水的含氧量和含銅量均很低。但此方法遭到電廠的反對(duì)，因采用此方法，發(fā)電機(jī)的運(yùn)行就取決于凝結(jié)水泵的狀況，很不安全。以致無(wú)法繼續(xù)采用。這時(shí)，內(nèi)冷水的水質(zhì)就只能靠加強(qiáng)排污，調(diào)節(jié)水質(zhì)PH值和換水來(lái)維持內(nèi)冷水的含銅量。操作和控制均很麻煩，熱損失也很大，而且每次停下吹管時(shí)，均會(huì)從中空導(dǎo)線中，沖出大量黑棕色渾濁物。說(shuō)明存在著堵塞的危險(xiǎn)性。到了1972年以后，國(guó)內(nèi)有些部門開始研究采用在內(nèi)冷水中添加緩蝕劑的方法。先后試驗(yàn)了采用添加MBT，5BTA緩蝕劑的處理方法，取得了良好的結(jié)果，內(nèi)冷水的含銅量得到了明顯的降低。從此，除了在進(jìn)口機(jī)組采用國(guó)外的設(shè)計(jì)和運(yùn)行方式外，添加緩蝕劑已成為我國(guó)內(nèi)冷水，特別是雙水內(nèi)冷水的主要處理控制方式。許多研究工作也側(cè)重在水冷系統(tǒng)緩蝕劑的研究方面。在我國(guó)的國(guó)標(biāo)中26，7和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中8，也均列入了添加緩蝕劑的內(nèi)冷水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)該肯定添加緩蝕劑的作用和效果。但添加緩蝕劑是否是最佳的內(nèi)冷水處理方式，也是值得研究的。征求過(guò)一些專業(yè)人員的看法，除了肯定緩蝕劑能有效降低和控制內(nèi)冷水的含銅量的優(yōu)點(diǎn)外，還提出了一些值得關(guān)注的問(wèn)題：從銅在純水中的溶解度可看到（圖1），在500C，PH為7.1的條件下，銅的溶解度僅有5μg/L左右，而標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在添加緩蝕劑條件下，內(nèi)冷水中含銅量可維持<40μg/L。假如水中含銅量如此高，一旦緩蝕劑受到破壞，如在含氫量很高條件下或因疏忽減少了加入量等，銅就可能會(huì)析出。有時(shí)發(fā)現(xiàn)，添加緩蝕劑后，在水冷系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)一些粘狀物。不知是何物。有人認(rèn)為中空水冷導(dǎo)線的中空截面較小，添加物帶入的雜質(zhì)，對(duì)發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行不利。特別是添加藥品是人工操作，存在人為差錯(cuò)的可能，這對(duì)關(guān)鍵設(shè)備的質(zhì)保是有影響的。添加緩蝕劑后，在水冷系統(tǒng)中就無(wú)法采用離子交換柱來(lái)凈化水質(zhì)。事實(shí)證明，這種并接小交換柱，抽出部分內(nèi)冷水進(jìn)行凈化的措施，對(duì)保證內(nèi)冷水的水質(zhì)，起著非常重要的作用。國(guó)外引進(jìn)的機(jī)組基本上均配備有此設(shè)備。它不但保證了內(nèi)冷水的低導(dǎo)電率，而且能除去內(nèi)冷水中不少的金屬氧化物顆粒。但添加了緩蝕劑后，水就無(wú)法通過(guò)離子交換柱。增加了化學(xué)控制的工作量。今后電廠的值班人員較少。添加緩蝕劑無(wú)疑要增加值班維護(hù)人員。特別是將來(lái)發(fā)展到無(wú)人值班，或很少人值班后，執(zhí)行這方法會(huì)不受歡迎的。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)通過(guò)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)內(nèi)冷水的PH值，對(duì)水的含銅量影響很大。水吸收二氧化碳后，降低水的PH值到小于7，就會(huì)明顯增加水中的含銅量。為此，國(guó)內(nèi)一些部門，研究了一些提高內(nèi)冷水PH值，但又不會(huì)顯著增加水的電導(dǎo)率的方法。對(duì)改善內(nèi)冷水水質(zhì)起到良好的作用。但與國(guó)外經(jīng)驗(yàn)相對(duì)照，我國(guó)發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水的電導(dǎo)率和含銅量還是偏高，對(duì)有些影響因素，例如水的溶解氧的影響，尚未引起注意。這是需要進(jìn)行討論的。4.2國(guó)外內(nèi)冷水水質(zhì)綜述國(guó)外發(fā)電機(jī)的水冷卻方式，主要是采用水氫氫的冷卻方式。即定子繞組用水內(nèi)冷，轉(zhuǎn)子繞組用氫內(nèi)冷。因此，在60~70年代，國(guó)外介紹的內(nèi)冷水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，主要均是定子內(nèi)冷水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。因此，我國(guó)在60年代研究?jī)?nèi)冷水標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，總覺得和國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)對(duì)不上號(hào)。因我國(guó)關(guān)心的是雙水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)的水質(zhì)，轉(zhuǎn)子內(nèi)冷水是與空氣接觸的的，但其含氧量又是不控制的，。條件和國(guó)外單單定子繞組用水冷卻不一樣。認(rèn)為國(guó)外的內(nèi)冷水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)沒有參考的價(jià)值。但實(shí)際上，當(dāng)前國(guó)外許多大容量發(fā)電機(jī)，也已采用雙水內(nèi)冷的冷卻方式，轉(zhuǎn)子也用水冷卻，如國(guó)外的BBC，GEC，KWU，ASEA和原蘇聯(lián)的一些制造廠均生產(chǎn)500MW以上的轉(zhuǎn)子繞組水冷卻的汽輪發(fā)電機(jī)。也有相應(yīng)的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。因此應(yīng)研究其特點(diǎn)，供我們參考?，F(xiàn)介紹國(guó)外Biblis核電站的一臺(tái)1200MW機(jī)組雙水內(nèi)冷水系統(tǒng)的情況11。其水系統(tǒng)見圖3.圖3Biblis核電站的雙水內(nèi)冷系統(tǒng)1.發(fā)電機(jī)定子2.發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子3.發(fā)電機(jī)出線4.水箱5.氫氣供應(yīng)6.軸泵7.冷卻器8.75μm過(guò)濾器9.5μm過(guò)濾器（用于轉(zhuǎn)子冷卻水）10.分流水回流泵11.鈀觸媒除氧過(guò)濾器12.離子交換器13.5μm過(guò)濾器從Biblis核電站的水系統(tǒng)看到，冷卻水在水箱是有氫氣密封的，并裝有化學(xué)除氧過(guò)濾器和離子交換除鹽裝置的。從這系統(tǒng)還看到，定子冷卻水流量為180m3/h，轉(zhuǎn)子冷卻水流量為120m3/h，從軸泵分出8m3/h進(jìn)行化學(xué)除氧和離子交換凈化處理。水箱還采用通氫氣密封。為了防止顆粒狀物質(zhì)進(jìn)入發(fā)電機(jī)，在系統(tǒng)中安裝了幾個(gè)過(guò)濾器。對(duì)轉(zhuǎn)子冷卻水的過(guò)濾特別嚴(yán)格，要通過(guò)5μm的過(guò)濾器。這系統(tǒng)對(duì)水的除氧，除鹽，除顆粒的功能是比較齊全的。它使系統(tǒng)的水質(zhì)達(dá)到如下的指標(biāo)：導(dǎo)電率0.08~0.11μS/cmPH值6.9~7.2含氧量一臺(tái)機(jī)組4~5μg/L一臺(tái)機(jī)組1~2μg/L含銅量10~20μg/L但在這系統(tǒng)中，鈀除氧樹脂比較昂貴。整個(gè)系統(tǒng)有幾個(gè)精密過(guò)濾器，是否適用于我國(guó)已有的雙水內(nèi)冷機(jī)組，值得研究。近年來(lái)，國(guó)外在發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水水質(zhì)的研究上，進(jìn)行了一些工作。為了進(jìn)一步研究我國(guó)合理的內(nèi)冷水處理方式，應(yīng)對(duì)這些研究結(jié)果，歸納并進(jìn)行研究。涉及內(nèi)冷水水質(zhì)的指標(biāo)不多，一般只有溶解氧，導(dǎo)電率，PH值和含銅量幾項(xiàng)?，F(xiàn)將這些水質(zhì)指標(biāo)9，10，11，12，4，現(xiàn)逐項(xiàng)進(jìn)行介紹和討論。溶解氧我國(guó)在60年代初，研究雙水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)的水質(zhì)時(shí)，便認(rèn)識(shí)到水中溶解氧對(duì)內(nèi)冷水含銅量有著重要的影響。當(dāng)時(shí)看到國(guó)外的內(nèi)冷水的含氧量均是規(guī)定得很低的，一般均小于20μg/L。而我國(guó)雙水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子水是暴露大氣的，含氧量較高，難以解決。曾設(shè)想過(guò)一些方案，如水箱密封，充氮等，由于沒有制造部門的合作，這些措施得不到解決后，便把注意力集中在采用緩蝕劑上。因此，在1986年和1999年的國(guó)標(biāo)中，以及在最新的行標(biāo)“大型發(fā)電機(jī)內(nèi)冷卻水質(zhì)及系統(tǒng)技術(shù)要求”中，均規(guī)定了加入緩蝕劑后的水質(zhì)條件。由于沒有考慮到溶解氧所起的作用，因此沒有規(guī)定雙水內(nèi)冷水的含氧量標(biāo)準(zhǔn)。是否內(nèi)冷水含有溶解氧，就肯定會(huì)引起銅的腐蝕？當(dāng)時(shí)用簡(jiǎn)單的腐蝕機(jī)理進(jìn)行論證。認(rèn)為是肯定無(wú)疑的。但80年代在核電站工作時(shí)，卻發(fā)現(xiàn)法國(guó)電力公司EDF的定子內(nèi)冷水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，卻是高含氧量的標(biāo)準(zhǔn)，即國(guó)外目前命名的暴露空氣的工況。法國(guó)電力公司EDF內(nèi)冷水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，如表113所示：表1.法國(guó)電力公司（EDF）發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(1993年版)項(xiàng)目單位期望值極限值備注全導(dǎo)電率μS/cm<0.2<2定子入口全導(dǎo)電率μS/cm<0.1<0.2離子交換器出口含銅量μg/kg<50<5離子交換器上游離子交換器下游由轉(zhuǎn)子漏至定子的氫氣流量Nm3/J<5--15含氧量mg/kg>4正常運(yùn)行1~4允許運(yùn)行0.5~1危險(xiǎn)運(yùn)行0.02~0.5危險(xiǎn)運(yùn)行<0.005<0.020水箱在含氫條件下從表中看到，內(nèi)冷水中允許含有溶解氧，并且要求含有較高的含氧量。EDF認(rèn)為，內(nèi)冷水的含氧量，有二個(gè)安全的范圍，即含氧>4mg/kg，或含氧小于5~20μg/kg二個(gè)范圍。并指出，含氧量在0.02~1.0mg/L的范圍內(nèi)，是危險(xiǎn)的，也就是說(shuō)在此范圍內(nèi)會(huì)引起銅的腐蝕。從表中看到，采用含氧水的系統(tǒng)，水的導(dǎo)電率必需較低，高含氧量同時(shí)又是高含鹽量的水會(huì)引起銅的腐蝕。低的導(dǎo)電率是通過(guò)部分水不斷經(jīng)過(guò)離子交換凈化來(lái)達(dá)到的。要求定子入口水的全導(dǎo)電率應(yīng)<0.2μS/cm。在這樣的條件下，離子交換柱入口水的含銅量<50μg/kg，出口水的含銅量為<5μg/kg.此外，標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定了由轉(zhuǎn)子漏至定子的氫氣流量?？磥?lái)發(fā)電機(jī)漏氫對(duì)水質(zhì)控制是有影響的。我們認(rèn)為這標(biāo)準(zhǔn)對(duì)研究解決雙水內(nèi)冷水質(zhì)含氧高的問(wèn)題，有所啟發(fā)。為何高含氧量的水，不會(huì)引起銅的大量溶出。。查閱了相關(guān)研究資料，發(fā)現(xiàn)銅在純水中的溶出，并非隨著水中氧的濃度成比例地升高的。它的溶出規(guī)律如圖1所示。即在純水含氧量（30~1000）μg/kg的范圍內(nèi)，銅的溶出較高。超過(guò)1000μg/kg后，便逐漸下降。Drommi在2003年的一份報(bào)道中介紹1，以前，法國(guó)EDF的核電站發(fā)電機(jī)也是采用“傳統(tǒng)”的低氧處理方式的，即，在高純水，低氧的條件下，沒有任何添加劑的方式處理內(nèi)冷水的。但實(shí)踐證明，要保證系統(tǒng)的完全密閉是較困難的，一旦漏入空氣，內(nèi)冷水的含氧量就進(jìn)入氧的危險(xiǎn)區(qū)，便發(fā)生中空導(dǎo)線的堵塞問(wèn)題，所以EDF便將低氧的處理方式改為了高氧的處理方式。這說(shuō)明了法國(guó)為何改用高氧處理方式的原因。高氧處理方式不但在法國(guó)使用，在南非的Koeberg電力公司的機(jī)組也在使用。但高氧的方式也不是完全沒有問(wèn)題的。因這種高氧處理方式，是在中性條件下進(jìn)行的。一旦二氧化碳溶入水中，降低了PH值后，便也會(huì)引起腐蝕。這在后面再介紹，后來(lái)國(guó)外由中性高氧處理方式進(jìn)一步改進(jìn)為堿性高氧處理的情況。根據(jù)資料介紹2，進(jìn)行高氧方式處理之前，導(dǎo)線銅表面應(yīng)先進(jìn)行氧化處理，以形成一層針型結(jié)構(gòu)的多面體氧化層。這有助于形成一緊密結(jié)合和結(jié)實(shí)的表層。在導(dǎo)線內(nèi)表面進(jìn)行過(guò)化學(xué)清洗后，也應(yīng)重新進(jìn)行氧化處理。在核電站的資料中也介紹了此要求。這說(shuō)明，采用高氧處理方式，并非是單純提高水中含氧量就算完事，還得在銅金屬表面進(jìn)行前期的氧化處理。2).導(dǎo)電率查閱了國(guó)外機(jī)組內(nèi)冷水的導(dǎo)電率標(biāo)準(zhǔn)，均維持在很低的值。一般在0.06~0.14μS/cm的范圍。即使在采用加堿提高內(nèi)冷水PH的情況下，內(nèi)冷水的導(dǎo)電率也在0.4μS/cm左右。這是由于目前的水處理技術(shù)，完全能生產(chǎn)出如此純的水，而且這也說(shuō)明國(guó)外的內(nèi)冷水系統(tǒng)，均裝有部分流量經(jīng)過(guò)離子交換凈化裝置處理的。不然循環(huán)冷卻水的導(dǎo)電率難以保持這么低。內(nèi)冷水的導(dǎo)電率對(duì)銅的腐蝕影響較大，如圖4所示14。圖4純水導(dǎo)電率和銅溶出的關(guān)系從圖4看到，即使提高了水的PH值，不同水的導(dǎo)電率，對(duì)銅的溶出量也是不同的，導(dǎo)電率越高，溶出量就越高。我國(guó)國(guó)標(biāo)中規(guī)定的雙水內(nèi)冷水的導(dǎo)電率為<5μS/cm，這是考慮到采用添加緩蝕劑，不用離子交換凈化裝置的實(shí)際確定的。因此內(nèi)冷水的銅含量控制得也較高。由于沒有離子交換凈化裝置，在采用汽輪機(jī)凝結(jié)水補(bǔ)給時(shí)，就得考慮凝汽器的泄漏問(wèn)題，因此，還增加了監(jiān)控內(nèi)冷水硬度的指標(biāo)，這是國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)中所沒有的。國(guó)外一般均采用除鹽水進(jìn)行補(bǔ)充的。國(guó)標(biāo)中關(guān)于定子繞組采用獨(dú)立密閉循環(huán)冷卻水的導(dǎo)電率為<2μS/cm，這也比國(guó)外的標(biāo)準(zhǔn)也高許多，這也是由于考慮采用了添加緩蝕劑，不用離子交換凈化裝置的原因。從防止銅的腐蝕來(lái)說(shuō)，內(nèi)冷水的導(dǎo)電率應(yīng)越小越好。另一個(gè)關(guān)于水質(zhì)電導(dǎo)率高是否會(huì)增加泄漏電流的問(wèn)題，由于冷卻水均采用除鹽水或凝結(jié)水，阻抗很高，而且轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電壓低，泄漏電流小，這問(wèn)題已較少討論。PH值國(guó)外發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水控制的PH值，根據(jù)不同的處理工況，有不同的控制范圍。若按中性工況處理，一般控制在PH6.9~7.2的范圍，若按堿性工況處理，則一般控制在PH7.9~8.0的范圍。從減少銅的溶出來(lái)說(shuō)，以堿性工況處理為佳。因內(nèi)冷水在循環(huán)時(shí)會(huì)吸收二氧化碳而降低水的PH值，會(huì)引起銅的腐蝕。調(diào)整PH值的方法一般有二種。一是采用微量泵，在系統(tǒng)中注入少量NaOH。另一種是采用并列的Na/OH混床和H/OH混床配合調(diào)節(jié)水的PH值。PH值對(duì)銅的溶出影響見圖5。4圖5純水PH和銅溶出的關(guān)系圖4中有二條曲線，下面一條是在低氧處理時(shí)，PH值與銅溶出的關(guān)系曲線。上面一條是在高氧處理時(shí)，PH值與銅溶出的關(guān)系曲線。從曲線看到，高氧處理時(shí)的PH影響要大些。這還可從南非Koeberg電廠，采用高氧處理多年后，也意外地發(fā)現(xiàn)中空導(dǎo)線發(fā)生堵塞的事例來(lái)說(shuō)明。南非Koeberg電廠1號(hào)機(jī)組在1983年投產(chǎn)。發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水使用的是高氧處理工況，水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為：溶解氧>4mg/kgPH中性水系統(tǒng)中裝有離子交換混床，處理5%的內(nèi)冷水。發(fā)電機(jī)一直運(yùn)行正常，但到了1999年6月，開始出現(xiàn)導(dǎo)線的超溫警報(bào)，說(shuō)明中空導(dǎo)線發(fā)生了堵塞。檢查發(fā)現(xiàn)水中溶解氧低于標(biāo)準(zhǔn)，估計(jì)系統(tǒng)中的溶解氧被銅或漏入的氫所消耗。于是便將氧的注入頻率，從每月一次，增加到每10天一次。后來(lái)發(fā)現(xiàn)還是有升溫現(xiàn)象，便將周期性加氧改為用氧氣鋼瓶連續(xù)加氧。但這樣做，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中的二氧化碳含量也增加了，使水的PH值降低了0.2，含銅量還是較高.便根據(jù)南非其它火電廠的經(jīng)驗(yàn)，將中性工況改為堿性工況.開始是使用微量計(jì)量泵加入NaOH，后改用雙混床，即一個(gè)鈉型和一個(gè)氫型混床并聯(lián)，提高了水的PH值，.使內(nèi)冷水的處理，按高氧-高PH的工況進(jìn)行，在這情況下運(yùn)行，堵塞問(wèn)題就不再發(fā)生。這就解決了中空導(dǎo)線的堵塞問(wèn)題?，F(xiàn)在內(nèi)冷水的含銅量(溶解和顆粒狀的)可小于1μg/kg.這說(shuō)明堿性工況比中性工況要好得多。以上僅是這經(jīng)驗(yàn)的簡(jiǎn)略介紹，主要想說(shuō)明內(nèi)冷水PH值的重要性.。含銅量?jī)?nèi)冷水含銅量是說(shuō)明水質(zhì)處理和控制效果的指標(biāo)。其含量越低，說(shuō)明內(nèi)冷水的處理工況越佳，中空導(dǎo)線溶下的銅越少。國(guó)外內(nèi)冷水含銅量標(biāo)準(zhǔn)最高不超過(guò)20~50μg/kg。一般在2~10μg/kg的范圍，有不少能維持在1~3μg/kg的范圍。從圖1的銅溶解曲線看，這是安全的。而從國(guó)內(nèi)雙水內(nèi)冷系統(tǒng)的運(yùn)行情況來(lái)看，內(nèi)冷水的銅含量偏高，特別是在不添加緩蝕劑的條件下，含銅量較高。有時(shí)可高達(dá)數(shù)百微克/升。只有添加緩蝕劑后才能降低，但也可允許<40μg/L，這是較高的。應(yīng)采取措施降低其含量。4.3中空導(dǎo)線的清洗發(fā)電機(jī)中空導(dǎo)線的清洗，由于生產(chǎn)上的需要，近來(lái)已有很多新的發(fā)展。國(guó)外除了采用離線的停機(jī)清洗外，更著重發(fā)展在線的化學(xué)清洗。因?yàn)橥C(jī)離線清洗，機(jī)組需要停用較長(zhǎng)的時(shí)間，損失較大。而在線清洗，可不影響機(jī)組的運(yùn)行，而且還可作為內(nèi)冷水處理的輔助手段。當(dāng)發(fā)現(xiàn)線棒溫升不正常，說(shuō)明水處理上存在不足之處。這時(shí)，可一方面改善水處理，同時(shí)采用在線清洗，把已結(jié)上的沉積物慢慢清洗掉。這就要求清洗技術(shù)，一方面不會(huì)影響發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行，又同時(shí)能把中空導(dǎo)線中的沉積物洗下。離線的化學(xué)清洗一般在堵塞比較嚴(yán)重時(shí)采用。但經(jīng)驗(yàn)說(shuō)明，在導(dǎo)線完全堵死時(shí)，在采用化學(xué)清洗前，先要用機(jī)械法清洗。由于沉積物中含有金屬銅，在清洗前應(yīng)用H2O2處理，將其氧化成氧化銅，以便于溶解。以前曾采用酸洗，發(fā)現(xiàn)有時(shí)洗下的銅比氧化銅還多。目前推薦采用Na2EDTA清洗。要求它能洗掉CuO，而不溶解Cu2O。目前國(guó)外有一個(gè)專利藥品，名為CUPROPLEX，用于在線清洗。這也是一種EDTA的復(fù)配藥品。它的特點(diǎn)是在運(yùn)行中連續(xù)清洗時(shí)，能保證內(nèi)冷水的電導(dǎo)率不超過(guò)8μS/cm.清洗一般需要12天。其廢液用離子交換樹脂吸收，并固體排放。另一種在線清洗的方法是利用離子交換樹脂的弱酸性清洗。實(shí)踐證明，也是很有效的。發(fā)電機(jī)中空導(dǎo)線的清洗，比較專業(yè)，是個(gè)專題，將另外進(jìn)行介紹。5.建議和展望1）目前國(guó)內(nèi)的300~600MW機(jī)組，基本上都采用水-氫-氫的冷卻方式。水質(zhì)一般較好。大多機(jī)組，特別是進(jìn)口機(jī)組的定子冷卻水含銅量不高，但存在問(wèn)題是監(jiān)控不嚴(yán)格。如PH值有時(shí)偏低，溶解氧含量很少有測(cè)定的。按國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)對(duì)照，是存在隱患的。國(guó)內(nèi)有不少200~300MW機(jī)組是采用雙水內(nèi)冷方式冷卻的，水質(zhì)一般要差些。較多采用緩蝕劑穩(wěn)定，沒有部分流量的凈化裝置。也存在不安全的因素。因此，建議重視和加強(qiáng)發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水的處理和監(jiān)控工作。2）內(nèi)冷水的水質(zhì)，國(guó)外已進(jìn)行過(guò)許多研究，應(yīng)認(rèn)真吸收消化其經(jīng)驗(yàn)。特別是對(duì)國(guó)外雙水內(nèi)冷的經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)很好對(duì)照研究。優(yōu)化適合于我國(guó)條件的措施。3）幾十年來(lái)，國(guó)內(nèi)為改善雙水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)的水質(zhì)，曾研究過(guò)許多降低水中含銅量的措施，如添加緩蝕劑，調(diào)整PH值等，已取得有效的結(jié)果。但這些措施，只局限在水質(zhì)化學(xué)處理的范圍。有一定的局限性。應(yīng)從設(shè)計(jì)制造上，采取一些根本性的措施。應(yīng)研究措施之間的協(xié)調(diào)和矛盾問(wèn)題，如加入緩蝕劑與使用混床凈化的矛盾，如何控制內(nèi)冷水的含氧量等，應(yīng)有好的解決辦法。4）最近，奧地利的RobertSvoboda博士在2003年的文章中15，介紹了該國(guó)家從1973年開始改用不銹鋼中空導(dǎo)線，代替過(guò)去慣用的銅中空導(dǎo)線的使用經(jīng)驗(yàn)。認(rèn)為改用不銹鋼后，就很好地解決了水質(zhì)腐蝕和中空導(dǎo)線的堵塞問(wèn)題。介紹這些，并非建議改用不銹鋼。只是想說(shuō)明，改善雙水內(nèi)冷水質(zhì)的思路，應(yīng)更開闊些。不能單停留在水質(zhì)的處理上。5）當(dāng)前，國(guó)內(nèi)進(jìn)口了不少大型發(fā)電機(jī)組。這些機(jī)組是按國(guó)外供應(yīng)商提供的標(biāo)準(zhǔn)和工況進(jìn)行控制和運(yùn)行的。但這些標(biāo)準(zhǔn)和工況是由國(guó)外機(jī)組的條件和經(jīng)驗(yàn)確定的，和國(guó)內(nèi)的內(nèi)冷水的處理規(guī)定不一定協(xié)調(diào)。。若不很清楚國(guó)外在內(nèi)冷水方面的研究結(jié)果和機(jī)制，就套用國(guó)內(nèi)的處理經(jīng)驗(yàn)，是很容易會(huì)發(fā)生問(wèn)題的。從這點(diǎn)出發(fā)，也說(shuō)明如何進(jìn)一步解決好發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水的運(yùn)行，已是當(dāng)務(wù)之急的任務(wù)。參考資料Drommi,Howtopreventhollowconductorplμgging:EDFsolutionforAeratedsystem2003Mellor,OperatingexperiencegainedduringthecopperoxideplμggingincidentinKoebergunit1generatorstator,2001On-lineflμShingofpluggedhollowconductorsinstatorbars,ElectricitedeFranceH.W.EmshoffOptimierungderKonditionierungvonGeneratorKuhlwasserVGB70-1990青島發(fā)電廠：發(fā)電機(jī)定子冷卻水系統(tǒng)采用MBT防腐。1979水利電力部：火力發(fā)電廠水汽質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)SD163—851985國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：火力發(fā)電機(jī)組及蒸汽動(dòng)力設(shè)備水汽質(zhì)量GB/T12145-1999行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：大型發(fā)電機(jī)內(nèi)冷卻水質(zhì)及系統(tǒng)技術(shù)要求H.G.Seipp,DasKorrosionsverhaltenvonKuperinWassergekuhltenGeneratorwicklungen,VGBMarz.1979Oschmann,ProblemeinKuhlsystemenwassergekuhlterGeneratorenVGBJan.1980Paffrath,ErfahrungenmitdemBetriebwassergekuhlterGeneratorenimKernKraftwerkBiblis,VGBMarz1982Seipp,BetriebserfahrungenmitwassergekuhltenGeneratorwicklungenVGBMai1983EDFSPECIFICATIONSCHIMIQUES1993S.BμSeckPH值對(duì)加氧除鹽水中銅合金溶解率的影響VGB1979SvobodaExperiencewithstainlesssteelhollowconductorsforgeneratorstatorwatercooling2003

催化氧化法再生活性炭工藝試驗(yàn)研究何世衛(wèi)趙煒安徽省電力試驗(yàn)研究所（安徽合肥230061）肖尚華方習(xí)文徐曉菁吳明友馬鞍山萬(wàn)能達(dá)發(fā)電有限公司（安徽馬鞍山243021）摘要本文以鍋爐補(bǔ)給水處理用活性炭為研究對(duì)象，用催化雙氧水氧化法再生失效的活性炭，取得了良好的效果。研究了催化劑、pH值、溫度、時(shí)間、加藥方式等對(duì)活性炭再生效果的影響。關(guān)鍵詞活性炭；吸附值；再生；催化劑；雙氧水活性炭是一種非極性吸附劑，外觀為暗黑色，有粒狀和粉狀兩種，目前工業(yè)上大量采用的是粒狀活性炭?；钚蕴恐饕煞殖家酝?，還含有少量的氧、氫、硫等元素，以及水分、灰分。它具有良好的吸附性能和穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，可以耐強(qiáng)酸、強(qiáng)堿，能經(jīng)受水浸、高溫、高壓作用，不易破碎。因此，活性炭被廣泛地應(yīng)用于生活用水、食品工業(yè)、化工、電力等工業(yè)用水的凈化、脫氯、除油、去臭等，目前還用于醫(yī)藥等行業(yè)的廢水處理。一般在鍋爐補(bǔ)給水處理過(guò)程中，于陽(yáng)離子交換器的前面（少數(shù)的也有設(shè)在后面的）設(shè)置活性炭過(guò)濾器。與其它吸附劑相比活性炭具有巨大的比表面積和特別發(fā)達(dá)的孔。通常活性炭的比表面積為500m2/g～1700m2/g，這是活性炭吸附能力強(qiáng)，吸附容量大的主要原因。當(dāng)然，比表面積相同的炭，對(duì)同一物質(zhì)的吸附容量有時(shí)也不同，這與活性炭的內(nèi)孔結(jié)構(gòu)和分布以及表面化學(xué)性質(zhì)有關(guān)。一般活性炭的微孔容積約為0.25mL/g～0.9mL/g，表面積占總表面積95%以上；過(guò)渡孔容積約為0.02mL/g～0.1mL/g，除特殊活化方法外，表面積不超過(guò)總表面積的5%；大孔容積約為0.2mL/g～0.5mL/g，而表面積僅為0.2m2/g～0.5m2/g。活性炭在水處理應(yīng)用過(guò)程中假如吸附了直徑較大的吸附質(zhì)分子或某些膠體，這時(shí)微孔幾乎不起作用，吸附容量主要取決于過(guò)渡孔?；钚蕴吭谝合辔街校话阌幸耗U(kuò)散、顆粒細(xì)孔擴(kuò)散和微孔表面吸附三個(gè)過(guò)程。水處理應(yīng)用中，希望過(guò)渡孔使用率高即有利于吸附和脫附。在鍋爐補(bǔ)給水處理過(guò)程中，污染陰樹脂的物質(zhì)主要是腐殖酸、富維酸、木質(zhì)磺酸等一些酸性物質(zhì)，故有的電廠將活性炭床設(shè)置在陽(yáng)床之后，以有利于防止這些酸性有機(jī)物污染陰樹脂。活性炭在達(dá)到飽和吸附后，必須進(jìn)行脫附再生，才能重復(fù)使用。脫附是吸附的逆過(guò)程，即在吸附劑結(jié)構(gòu)不變化或變化極小的情況下，用某種方法將吸附質(zhì)從吸附孔中去除，恢復(fù)它的吸附能力。通過(guò)再生使用，可以降低處理成本，減少?gòu)U渣排放；對(duì)于鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)中的活性炭床失效后如能及時(shí)再生，就可以防止大量的有機(jī)物、膠體硅等流入后續(xù)處理工藝的設(shè)備及出水中。一般當(dāng)活性炭床對(duì)CODMn去除率小于或等于20%時(shí)判斷為失效，需要再生。目前活性炭的再生方法主要是回爐加熱再生，該方法需要將失效的活性炭從過(guò)濾器中取出，并且在再生過(guò)程中將活性炭吸附的有機(jī)物排放到了大氣中從而污染了大氣，造成二次污染。本項(xiàng)目研究針對(duì)活性炭具有多孔的性質(zhì)對(duì)H2O2有較強(qiáng)的吸附能力，以Cu、Fe、Mn及某些貴重金屬等為催化劑在酸性條件下生成大量的OH·（氫氧自由基）與活性炭吸附的有機(jī)物RH反應(yīng)，使其碳連斷裂，最終氧化為CO2和H2O等并釋放大量的熱量。該反應(yīng)大部分在活性炭的微孔內(nèi)進(jìn)行的，大量的反應(yīng)熱迅速將孔內(nèi)的水汽化，水蒸汽、CO2以及H2O2分解的O2使的微孔內(nèi)壓力迅速升高，可以將微孔內(nèi)的機(jī)械雜質(zhì)和未反應(yīng)的有機(jī)物吹出微孔。經(jīng)過(guò)此步驟處理，活性炭便基本恢復(fù)了其原有的吸附性能，達(dá)到再生的目的。由于水處理用活性炭過(guò)濾器是耐酸、堿腐蝕的，因此活性炭的再生可以在其體內(nèi)進(jìn)行?；钚蕴拷?jīng)過(guò)催化氧化處理后，為了防止催化劑中的金屬離子污染鍋爐補(bǔ)給水后續(xù)水處理設(shè)備（陽(yáng)離子交換器）中的樹脂，須進(jìn)一步將活性炭進(jìn)行酸處理。催化氧化再生活性炭的原理本實(shí)驗(yàn)選用的催化劑為某些金屬的硫酸鹽和硝酸鹽，組成為Fe、Cu、Mn鹽等。以Fe2+與H2O2為例說(shuō)明其原理如下：Fe2+＋H2O2→Fe3+＋OH·＋OH-Fe2+＋OH·→Fe3+＋OH-Fe3+＋H2O2→Fe2+＋HO2·＋H+HO2·＋H2O2→O2＋H2O＋OH·RH＋OH·→R·＋H2OR·＋Fe3+→R+＋Fe2+O2＋R+→ROO+→CO2＋H2O上述反應(yīng)Fe2+起催化劑的作用，它與H2O2之間反應(yīng)很快，生成氧化能力很強(qiáng)的OH·。有三價(jià)鐵共存時(shí)，由于Fe3+與H2O2緩慢地形成Fe2+，之后Fe2+再與雙氧水迅速反應(yīng)，生成OH·，OH·與有機(jī)物RH反應(yīng)生成有機(jī)自由基R·，R·進(jìn)一步氧化最終使有機(jī)物發(fā)生碳連斷裂，氧化為二氧化碳和水，從而降解了有機(jī)物。實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)情況2.1儀器與試劑SP2000分光光度計(jì)，pH精密酸度計(jì)，康氏振蕩器，ESPEC1C—213鼓風(fēng)干燥箱，粉碎機(jī)，200目網(wǎng)篩，有機(jī)玻璃交換柱。濃硫酸，催化劑（自制），失效活性炭（取自馬鞍山萬(wàn)能達(dá)發(fā)電有限公司鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)），測(cè)定活性炭碘吸附值、亞甲基蘭吸附值、CODCr的全部試液（均按標(biāo)準(zhǔn)方法配制）。2.2試驗(yàn)方法取失效活性炭樣100g，填入有機(jī)玻璃交換柱中，對(duì)pH、催化劑配方、H2O2濃度、處理時(shí)間、再生流速進(jìn)行優(yōu)選。2.3再生工藝的篩選試驗(yàn)2.3.1再生效果檢驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)A活性炭在實(shí)驗(yàn)室有機(jī)玻璃交換柱中再生，測(cè)定其再生前、后的碘吸附值、亞甲基蘭吸附值。實(shí)驗(yàn)B根據(jù)在馬鞍山萬(wàn)能達(dá)發(fā)電有限公司活性炭過(guò)濾器進(jìn)行再生試驗(yàn)，所測(cè)定的活性炭碘吸附值、亞甲基蘭吸附值的結(jié)果來(lái)評(píng)價(jià)再生效果。2.3.2再生液的pH值對(duì)活性炭再生的影響再生液的pH值對(duì)活性炭再生均有較大的影響，當(dāng)pH值為2.0～4.5時(shí)實(shí)驗(yàn)柱內(nèi)催化氧化反應(yīng)較劇烈，溫升速度較快；再生后的活性炭其外觀呈黑色且有金屬光澤，碘及亞甲基蘭吸附值較高，其中亞甲基蘭吸附值恢復(fù)率較明顯。2.3.3再生液溫度對(duì)再生效果的影響溫度通常是化學(xué)反應(yīng)的重要條件，在本實(shí)驗(yàn)中再生液溫度從5℃升高到40℃，活性炭再生效果并沒有顯著提高，只是需要適當(dāng)?shù)难娱L(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間。為了便于控制和節(jié)約能源，我們認(rèn)為在進(jìn)行活性炭的再生過(guò)程中選擇室溫為好。2.3.4催化劑含量及種類對(duì)再生效果的影響在眾多此類催化劑配方中以Fe:Cu:Mn…＝5:4:1…的催化性能與價(jià)格比最高。催化劑的加入量為100～200mg/L（以Fe計(jì)），其再生廢水可以不做特別處理，可直接排入廢水池集中處理。2.3.5H2O2濃度對(duì)再生效果的影響在實(shí)驗(yàn)室中再生液H2O2的含量按失效的活性炭吸附有機(jī)物的飽和值的1.0、1.5、2.0、2.5倍加入，結(jié)果對(duì)活性炭的再生效果沒有顯著影響。這可能是因?yàn)殡S著催化氧化反應(yīng)的進(jìn)行，釋放大量的反應(yīng)熱使H2O2熱分解為H2O和O2。為此，對(duì)H2O2的加入方式進(jìn)行了試驗(yàn)，以期提高H2O2的利用率。在保證適量H2O2的初始濃度的條件下分次加入，在同樣的反應(yīng)時(shí)間內(nèi)活性炭再生效果有顯著提高。通過(guò)試驗(yàn)證明H2O2連續(xù)加入利用率最高。2.4實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)果根據(jù)國(guó)家水處理用木質(zhì)活性炭標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)指標(biāo)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)方法，檢測(cè)各編號(hào)活性炭在液相中吸附亞甲基藍(lán)的吸附值，結(jié)果見表1。其中#1、#16活性炭樣品再生效果最佳，在液相中吸附亞甲基藍(lán)值接近國(guó)標(biāo)新活性炭一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，其它大部分樣品再生度達(dá)到50%以上。表1活性炭樣品的碘及亞甲基藍(lán)的吸附值編號(hào)#1#2#3#4#5#6#7#8#9V亞甲基藍(lán)8.897.456.388.977.146.927.467.06.84碘吸附值mg/g770734568770725712764.2689652編號(hào)#10#11#12#13#14#15#16#17#18V亞甲基藍(lán)5.995.798.407.408.528.648.9409.41碘吸附值mg/g574560750738765764782453.2779.4備注：V亞甲基藍(lán)為亞甲基藍(lán)（1.5g/L標(biāo)準(zhǔn)液）在液相中被活性炭的吸附值，單位：mL/0.1g活性炭（樣品粉碎為71為#17樣品為2001.11從馬鞍山萬(wàn)能達(dá)發(fā)電有限公司#B2活性炭床表面樣#18樣品為新活性炭樣（新購(gòu)買的江蘇栗陽(yáng)某活性炭廠活性炭樣）活性炭再生工業(yè)性試驗(yàn)根據(jù)實(shí)驗(yàn)室中我們已經(jīng)篩選出的活性炭清洗劑、再生劑配方及再生工藝條件，在萬(wàn)能達(dá)發(fā)電有限公司鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)#B2活性炭床中進(jìn)行工業(yè)性活性炭再生試驗(yàn)。3.1活性炭床設(shè)備規(guī)范直徑：2800mm；活性炭高度：2600mm；膨脹高度；1300mm；工作壓力：0.6MPa；運(yùn)行流速：10m/h；筒體內(nèi)為鋼襯膠，交錯(cuò)貼膠兩層，每層厚2mm；進(jìn)水裝置為母管支管式，材質(zhì)為1Cr18Ni9Ti（母管中間引出）；活性炭：椰殼顆粒型。3.2再生工藝活性炭床的再生采用無(wú)頂壓逆流再生工藝（見圖1），再生液未進(jìn)行加熱（馬鞍山市天氣情況：小雨夾雪，氣溫為0℃左右）。66663987541101．進(jìn)水；2．反洗排水；3．反洗進(jìn)水；4．壓縮空氣進(jìn)口；5．出水；6．排氣；7．正洗排水；8．再生用水進(jìn)口（與陽(yáng)床再生進(jìn)酸管相連）；9．A進(jìn)藥口；10．B進(jìn)藥口。圖1活性炭過(guò)濾器系統(tǒng)示意圖放水：放水至活性炭層上200mm左右；空氣擦洗：時(shí)間15～20min，擦洗強(qiáng)度≤15～20L/（m2.s）；水反洗：反洗至排水變清結(jié)束，反洗強(qiáng)度≤8～10L/（m2.s）；水正洗：至出水變清時(shí)結(jié)束，正洗強(qiáng)度≤1.5L/（m2.s）；排水：將活性炭床中水排盡；進(jìn)試劑HH-201K-22A1、HH-201K-22B1溶液：進(jìn)至活性炭層200mm左右，然后進(jìn)壓縮空氣進(jìn)行攪拌，反應(yīng)150min左右；水反洗：反洗至排水變清結(jié)束，反洗強(qiáng)度≤8～10L/（m2.s）；進(jìn)試劑HH-201K-22A2、HH-201K-22B2溶液，0.5～1.0L/（m2.s），時(shí)間：60min；靜置反應(yīng)80min；水反洗：洗至反排出水變清，反洗強(qiáng)度≤8～10L/（m2.s）；進(jìn)試劑HH-201K-22A2、HH-201K-22B2溶液，0.5～1.0L/（m2.s），時(shí)間：120min；進(jìn)酸浸泡：時(shí)間50min，HCl濃度為2%～4%；水置換：時(shí)間80min；水正洗：至運(yùn)行指標(biāo)（水硬度≤1mol/L、濁度≤0.5mg/L、CODCr≤3.0mg/L）合格后取樣測(cè)定活性炭的相關(guān)吸附性能指標(biāo)。3.3活性炭床再生前、后吸附性能指標(biāo)的檢測(cè)結(jié)果根據(jù)國(guó)家水處理用木質(zhì)活性炭標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)指標(biāo)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)方法，檢測(cè)活性炭床再生后的活性炭在液相中吸附亞甲基藍(lán)的吸附值：再生前樣品約為0ml/0.1g，再生后樣品約7.0ml/0.1g(樣品均取自活性炭床上部炭層，單位ml/0.1g含義：25℃時(shí)0.1g200目活性炭樣品吸附濃度為15g/L亞甲基藍(lán)溶液的毫升數(shù))；碘吸附值為：再生前樣品為453mg/g，再生后的樣品為692mg/g。與熱再生工藝經(jīng)濟(jì)、技術(shù)比較表2國(guó)內(nèi)幾種活性炭熱再生法與濕式催化氧化再生法應(yīng)用效果與經(jīng)濟(jì)效益比較爐型項(xiàng)目沸騰爐立式移動(dòng)床爐轉(zhuǎn)爐立式多段爐盤式爐直接電流加熱爐微波加熱爐濕式催化氧化法加熱方式直接間接間接直接間接直接直接微波無(wú)須加熱再生規(guī)模Kg/h再生方式62體外體外60~70體外20體外54~90體外65~87體外10~30體外體內(nèi)活化段溫度/℃700704~794700~750750~850850850850/炭在爐內(nèi)停留時(shí)間/h0.54.312~30.4~0.50.75~3~5消耗指標(biāo)煤氣耗量蒸汽耗量Kg/Kg電能Kw/Kg總耗能Kcal/Kg化學(xué)藥劑Kg/Kg4.80.1611341//0.850.14/1.21.8//0.231.0/1.0~1.2/0.231400~1600/1.0/0.02~0.10.3炭再生損失/%1522.953.18.23~5.8再生恢復(fù)率碘值新炭/(mg/g)恢復(fù)率/%74567374099.473867473799.990~95540336625805215559690左右779.4453.269289%55002500300022002500280025001800在水處理過(guò)程中活性炭不但吸附了水中的有機(jī)物還吸附了大量的固體懸浮物。這些固體懸浮物直徑很小，容易堵塞活性炭的過(guò)渡孔使有機(jī)物不能到達(dá)其微孔，用熱再生的方法無(wú)法將之去除。因此，經(jīng)熱再生過(guò)的活性炭其外表往往呈磚紅色，雖然再生后的活性炭碘吸附值較高但其運(yùn)行效果并不佳（兩家安徽省某電廠）。根據(jù)我們實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)果，水處理用活性炭吸附水中有害的有機(jī)物（如腐植酸）性能與其碘吸附值高低沒有線性關(guān)系，而與亞甲基藍(lán)的吸附值呈線性關(guān)系。其原因可能是碘、亞甲基藍(lán)、腐植酸等吸附質(zhì)分子半徑大小與活性炭吸附過(guò)渡孔的幾何尺寸有關(guān)。表2為各再生活性炭工藝經(jīng)濟(jì)與技術(shù)的比較結(jié)果。結(jié)論從上述試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明用本方法再生水處理用活性炭效果好，工藝簡(jiǎn)單，成本低，再生時(shí)間短，活性炭損失率小，且不影響設(shè)備的運(yùn)行，經(jīng)濟(jì)效益特別顯著。#B2炭床中活性炭經(jīng)再生后主要性能指標(biāo)已達(dá)到國(guó)家新活性炭二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。工業(yè)試驗(yàn)中炭床采用逆流再生工藝再生，在進(jìn)行再生效果的檢查時(shí)所取樣品為炭床上部活性炭，其再生效果優(yōu)良，可以預(yù)測(cè)炭床下部的活性炭的再生效果會(huì)更好。因此，本次活性炭再生試驗(yàn)可以說(shuō)取得了成功，效果令人滿意，可以在相關(guān)的企業(yè)中推廣應(yīng)用。參考文獻(xiàn)雷樂成，汪大翠，水處理高級(jí)氧化技術(shù)，化學(xué)工業(yè)出版社，2001唐受印，戴友之等編，水處理工程師手冊(cè)，化學(xué)工業(yè)出版社，2000

火電廠水處理改造中應(yīng)用EDI技術(shù)的可行性曹培剛河北省電力試驗(yàn)研究所（河北石家莊050021）卞志勇馬樂農(nóng)滄州發(fā)電廠（河北滄州）摘要本文針對(duì)火電廠水處理增容改造和廢水回用項(xiàng)目中設(shè)備選型，介紹了電去離子(EDI)技術(shù)的原理和應(yīng)用情況，對(duì)應(yīng)用EDI的可行性進(jìn)行了探討。關(guān)鍵詞離子交換膜EDI水處理引言隨著火電廠建設(shè)的發(fā)展，水處理系統(tǒng)的增容改造以及廢水回用項(xiàng)目逐漸增多，考慮場(chǎng)地、投資以及水質(zhì)特點(diǎn)，電去離子(EDI)技術(shù)逐漸納入電廠化學(xué)工作者的視線，本文就其在電廠應(yīng)用的可行性作一簡(jiǎn)要闡述，以供參考。三種可選的水處理工藝對(duì)于電廠的補(bǔ)給水處理，一般有三種可選工藝，即：PT/預(yù)處理系統(tǒng)PT/預(yù)處理系統(tǒng)IE/離子交換一級(jí)除鹽MB/混床系統(tǒng)PT/預(yù)處理系統(tǒng)PT/預(yù)處理系統(tǒng)UFMB/混床系統(tǒng)EDI/電去離子技術(shù)RO/反滲透系統(tǒng)RO/反滲透系統(tǒng)傳統(tǒng)工藝一改良工藝綠色工藝第一種是采用傳統(tǒng)的除鹽方式，即預(yù)處理后全部依靠離子交換的方式除去水中的各種離子，需要較高的投資和運(yùn)行費(fèi)用。離子交換樹脂的再生須用酸和堿，為了除去1摩爾的離子，則需要超過(guò)1摩爾量的酸或堿把樹脂“吃”掉的離子置換下來(lái)，而含有酸堿的再生廢液排回到周邊環(huán)境中，其污染可想而知。改良的除鹽方式，采用反滲透除去水中的鹽類，因去除離子的驅(qū)動(dòng)力可用電能帶動(dòng)高壓泵實(shí)現(xiàn)，就減少了酸堿的使用，環(huán)境污染也大大減輕，運(yùn)行成本可大幅度下降，目前反滲透在河北南網(wǎng)得到廣泛推廣，現(xiàn)已有6套運(yùn)行。但作為高參數(shù)鍋爐的補(bǔ)給水，要求水的電導(dǎo)在0.2μｓ/cm以下，而反滲透出水質(zhì)量目前不可能實(shí)現(xiàn)，后處理須加混床，從而避免不了酸堿的使用，對(duì)環(huán)境還存在一定的污染。第三種作為綠色的除鹽方式，徹底擺脫了酸堿的使用，實(shí)現(xiàn)了全過(guò)程的綠色無(wú)污染。其核心就是RO+EDI的應(yīng)用，如果預(yù)處理采用超濾、微濾等其他膜技術(shù)，則被稱為“全膜處理工藝”。EDI技術(shù)的特點(diǎn)電去離子（也稱電除鹽）的概念早在45年前就被提出，直到近10年才被推向工業(yè)應(yīng)用，其間經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的探索研發(fā)和推廣完善過(guò)程。1987年美國(guó)Millipore公司推出了第一臺(tái)商品化的電去離子系統(tǒng)，由于能連續(xù)不斷的脫除離子（continuoμSdeionization）因此又稱之為CDI。90年代起，國(guó)外電去離子技術(shù)逐漸成熟，我國(guó)的用戶也越來(lái)越多。電去離子（Electrodeionization，簡(jiǎn)稱EDI）過(guò)程，實(shí)際上就是離子交換技術(shù)（性能優(yōu)越的離子交換均相膜）和離子電遷移技術(shù)（電滲析）有機(jī)結(jié)合形成的。我國(guó)稱之為填充床電滲析，就是電滲析器的除鹽室中填充陰陽(yáng)離子交換劑，將兩種過(guò)程內(nèi)在的融為一體的電除鹽過(guò)程，是離子交換膜在水處理除鹽工藝中的一個(gè)新的應(yīng)用。它利用電滲析過(guò)程中水的極化現(xiàn)象對(duì)填充的離子交換樹脂進(jìn)行電化學(xué)再生，巧妙的集中了電滲析與離子交換這兩種方法的優(yōu)點(diǎn)：并克服了他們的缺點(diǎn)，即電滲析過(guò)程的極化現(xiàn)象和離子交換的化學(xué)再生過(guò)程，提高了出水水質(zhì)。EDI裝置包括陰/陽(yáng)離子交換膜、離子交換樹脂、直流電源等設(shè)備。其中陰離子交換膜只允許陰離子透過(guò)，不允許陽(yáng)離子通過(guò)，而陽(yáng)離子交換膜只允許陽(yáng)離子透過(guò)，不允許陰離子通過(guò)。離子交換樹脂充夾在陰/陽(yáng)離子交換膜之間形成單個(gè)處理單元，并構(gòu)成淡水室。單元與單元之間用網(wǎng)狀物隔開，形成濃水室。在單元組兩端的直流電源陰/陽(yáng)電極形成電場(chǎng)。來(lái)水水流流經(jīng)淡水室，水中的陰/陽(yáng)離子在電場(chǎng)作用下通過(guò)陰/陽(yáng)離子交換膜被清除，進(jìn)入濃水室。在離子交換膜之間充填的離子交換樹脂大大地提高了離子被清除的速度。同時(shí)，水分子在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生氫離子和氫氧根離子，這些離子對(duì)離子交換樹脂進(jìn)行連續(xù)再生，以使離子交換樹脂保持最佳狀態(tài)。EDI裝置將給水分成三股獨(dú)立的水流：純水、濃水、和極水。純水（90-95%）為最終得到水，濃水（5-10%）可以再循環(huán)處理，極水（1%）排放掉。圖1是一個(gè)簡(jiǎn)單的三隔室EDI裝置，中間淡水室有混合陰、陽(yáng)離子交換樹脂或裝填離子交換纖維等，兩邊是濃室（與極室在一起）。其作用原理主要有三個(gè)過(guò)程：陰膜原水陽(yáng)膜SO42-陽(yáng)極Na+陰極SO42-Na+Na+OH-H+OH-SO42-OH-H+H+純水濃水（沖洗水）圖1電除鹽基本原理圖=1\*GB2⑴電滲析過(guò)程在外電場(chǎng)作用下，水中電解質(zhì)通過(guò)離子交換膜進(jìn)行選擇性遷移，從而達(dá)到去除離子的作用。=2\*GB2⑵離子交換過(guò)程此過(guò)程靠離子交換樹脂對(duì)水中電解質(zhì)離子的交換作用，去除水中的離子。=3\*GB2⑶電化學(xué)再生過(guò)程利用電滲析的極化過(guò)程中水解離產(chǎn)生的氫離子和氫氧根離子及樹脂本身的水解作用對(duì)失效樹脂進(jìn)行電化學(xué)再生。EDI所使用的離子交換劑的再生不用酸堿，只消耗電，解決了除鹽水處理系統(tǒng)離子交換再生采用酸堿造成的環(huán)境污染；設(shè)備運(yùn)行的同時(shí)自行進(jìn)行電再生，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，不需備用設(shè)備；產(chǎn)水率和產(chǎn)水水質(zhì)都得到提高。3.1穩(wěn)定優(yōu)質(zhì)的出水水質(zhì)EDI裝置是一個(gè)連續(xù)凈水過(guò)程，省去了停機(jī)再生環(huán)節(jié)。因此其產(chǎn)品水水質(zhì)穩(wěn)定。而混床離子交換設(shè)備的制水過(guò)程是間斷式的，再生之初，其產(chǎn)品水水質(zhì)較高，而隨著失效終點(diǎn)的接近，其出水水質(zhì)慢慢變差。EDI與普通的電滲析相比，提高了極限電流密度和電流效率；使除鹽的深度大大提高，所以EDI的出水水質(zhì)純度很高，因此要優(yōu)于混床出水。電阻率一般為15MΩ·cm，最高可達(dá)18MΩ·cm。美國(guó)TVA核電站補(bǔ)給水中EDI使用效果如下：

EDI進(jìn)水EDI出水電站指標(biāo)電阻率（MΩ.cm）17.8—18.0〉16.7電導(dǎo)率(μｓ/cm)6.0二氧化硅（ppb）55.04.06〈5.0TOC(ppb)110--12030—32〈5.0山東諸城熱電廠補(bǔ)給水中使用的EDI情況如下：EDI進(jìn)水EDI出水電站指標(biāo)電阻率（MΩ.cm）17.0—17.5〉5.0電導(dǎo)率(μｓ/cm)2.0二氧化硅（ppb）30.02.5〈20可以看到，EDI對(duì)電廠最關(guān)注的弱電解質(zhì)硅也具有較好的脫除率，通常EDI對(duì)硅的脫除率在90%—98%之間。3.2投資略高，運(yùn)行費(fèi)用低目前，工業(yè)化的EDI均依靠進(jìn)口，其噸水造價(jià)已低于2萬(wàn)元RMB。與混床離子交換設(shè)備相比投資量要高約20%左右，但如果考慮到混床需要酸堿儲(chǔ)存及其配套的廢水處理設(shè)施和后期維護(hù)，兩者費(fèi)用相差僅在10%左右。隨著技術(shù)的提高與批量生產(chǎn)，EDI裝置成本還會(huì)大大的降低，最新的噸水造價(jià)僅為1.7萬(wàn)元RMB。EDI裝置運(yùn)行費(fèi)用包括電耗、水耗、藥劑費(fèi)及設(shè)備折舊等費(fèi)用，省去了酸堿消耗、再生用水、廢水處理和污水排放等費(fèi)用。在電耗方面，EDI裝置一般是0.5kWh/t水，也有新的介紹僅為0.21kWh/t水〔4〕，甚至低于混床工藝0.35kWh/t水的費(fèi)用，電耗的成本在電廠來(lái)說(shuō)是比較經(jīng)濟(jì)的，可以用廠用電的價(jià)格核算。在水耗方面，EDI裝置產(chǎn)水率高，不用再生用水，因此在此方面運(yùn)行費(fèi)用低于混床。藥劑費(fèi)和設(shè)備折舊費(fèi)則兩者相差不大（藥劑費(fèi)EDI要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于混床，主要是由于混床再生需要消耗相當(dāng)量的酸堿，而EDI在幾乎不消耗藥劑；設(shè)備折舊費(fèi)二者差別不大。而由于EDI元件的膜的壽命在3—5年，EDI相比混床增加了一個(gè)EDI元件的更換費(fèi)用）。計(jì)算表明，EDI裝置本身噸水運(yùn)行成本在0.6元以下，低于常規(guī)混床噸水運(yùn)行成本。因此，EDI裝置多投資的費(fèi)用在2—4年內(nèi)完全可以回收。3.3設(shè)備緊湊，占地面積小電廠水處理改造中，很主要的一個(gè)限制條件就是場(chǎng)地不充分。EDI與系統(tǒng)出力的混床相比，占地面積要小得多，約為1/3。而且EDI產(chǎn)品已模塊化，具有良好的組合靈活性，可根據(jù)具體的場(chǎng)地“量體裁衣”。EDI在電廠應(yīng)用的可行性4.1EDI裝置屬于精處理水系統(tǒng)，進(jìn)水要求為電阻率為0.025-0.5MΩ·cm，反滲透裝置完全可以滿足要求。這種預(yù)處理、反滲透、EDI的超純水處理系統(tǒng)在技術(shù)上是完全可行的。目前在山東等地的多個(gè)電廠有應(yīng)用的實(shí)例，單個(gè)系統(tǒng)處理水量已達(dá)300T/h，總處理水量則超過(guò)了2000T/h。4.2從經(jīng)濟(jì)比較上看，EDI設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用低，較混床高出的10%--20%的投資費(fèi)可在幾年內(nèi)收回。4.3EDI設(shè)備小巧，模塊組合靈活，占用面積小。4.4可以連續(xù)運(yùn)行制水，出水水質(zhì)穩(wěn)定，容易實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制。4.5如與RO配合，可完全擺脫酸堿的使用，不僅節(jié)省了再生用水及再生污水處理設(shè)施，而且產(chǎn)水率高達(dá)95%，實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保生產(chǎn)，可以說(shuō)是鍋爐補(bǔ)給水制備的清潔生產(chǎn)工藝。4.6EDI裝置安裝簡(jiǎn)單，可大大縮短施工和調(diào)試的工期。參考文獻(xiàn)王方.電去離子軟水法.工業(yè)水處理，1999.19(2)：8-9.劉茉娥，等.膜分離技術(shù).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000：238.趙亮，劉紅兵，劉忠洲，劉新濤膜分離技術(shù)在電廠給水和循環(huán)水處理中的作用山東電力技術(shù)，2000.3：38-40.榮幼豐譯電除鹽一種新穎的離子交換與電膜技術(shù)結(jié)合的純水處理法.華東電力1999，11：51-52.[作者簡(jiǎn)介]：曹培剛（1972--）男，工學(xué)碩士，主要從事電廠化學(xué)以及膜技術(shù)的應(yīng)用研究。

雙流式弱酸陽(yáng)離子交換器的再生及運(yùn)行控制張興仁華能平?jīng)鲭姀S（甘肅平?jīng)?44000）摘要雙流式弱酸陽(yáng)離子交換器是近年來(lái)開發(fā)的新型水處理設(shè)備，具有體積小，出力大的特點(diǎn)，主要用于大型火力發(fā)電機(jī)組循環(huán)水及其補(bǔ)充水的處理工藝。由于該設(shè)備在全國(guó)范圍內(nèi)使用極少，可供借鑒的理論資料及實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)匱乏，給該設(shè)備的正常運(yùn)行帶來(lái)了一定的困難。本文就平?jīng)鲭姀S對(duì)該設(shè)備在再生和運(yùn)行工藝控制方面進(jìn)行的研究和探索進(jìn)行分析總結(jié)，以供同類型設(shè)備參考借鑒。關(guān)鍵詞雙流式弱酸陽(yáng)離子交換器再生運(yùn)行控制引言平?jīng)鲭姀S安裝4×300MW凝汽式燃煤發(fā)電機(jī)組。為了提高循環(huán)水濃縮倍率，達(dá)到節(jié)約水資源，防止凝汽器銅管結(jié)垢的目的，安裝了雙流式弱酸陽(yáng)離子交換器，對(duì)50%的循環(huán)水補(bǔ)充水進(jìn)行處理。2000年9月，平?jīng)鲭姀S雙流式弱酸離子交換器通過(guò)調(diào)試，并投入了運(yùn)行。投運(yùn)初期，再生一次耗用98%的硫酸達(dá)2687kg，酸耗最高達(dá)155g/mol，運(yùn)行周期僅為12h左右，周期制水量也只有3740m3～5420m3左右。具體運(yùn)行情況見表1。表12000年9月1日~5日弱酸陽(yáng)床再生及運(yùn)行情況時(shí)間進(jìn)酸濃度再生流速用酸量酸耗工交進(jìn)水出水運(yùn)行周期制水量硬度堿度硬度堿度%m/hkgg/molmol／m3mmol/Lmmol/Lhm31/91.0112687130220~2.6-2.5~1.21244102/91.0112687151189~2.6-3.0~1.21137402/91.0112687155184~3.0-4.5~1.41443403/91.0112687108265~3.8-2.0~1.21054205/91.0112687115248~4.2-2.0~1.2135420由于其運(yùn)行周期短、制水量少、再生頻繁，嚴(yán)重影響了＃1機(jī)組168h試運(yùn)期間的正常補(bǔ)水，循環(huán)水水質(zhì)嚴(yán)重惡化，堿度高達(dá)13.7mmol/L。使#1機(jī)組運(yùn)行僅445.2h，凝汽器銅管已發(fā)生結(jié)垢現(xiàn)象。不但影響了機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，而且對(duì)弱酸處理及其廢水處理系統(tǒng)的使用壽命構(gòu)成了嚴(yán)重的危害。針對(duì)這種狀況，我們對(duì)該設(shè)備進(jìn)行了研究和調(diào)整試驗(yàn)，逐步摸清和掌握了設(shè)備性能，確定了設(shè)備再生及運(yùn)行工藝操作步驟及相關(guān)的控制指標(biāo)，使該設(shè)備在運(yùn)行穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性方面不但優(yōu)于設(shè)計(jì)值，而且出水質(zhì)量完全能夠滿足循環(huán)水濃縮倍率4.8的要求，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。設(shè)備結(jié)構(gòu)及原理平?jīng)鲭姀S安裝有七臺(tái)ф3000mm的雙流式弱酸陽(yáng)離子交換器，上層樹脂層高500mm，下層樹脂層高800mm，由江蘇蘇青水處理有限公司生產(chǎn)。內(nèi)裝丙烯酸系D113弱酸陽(yáng)離子交換樹脂。1.1設(shè)備結(jié)構(gòu)雙流式弱酸陽(yáng)離子交換器在結(jié)構(gòu)上與常規(guī)的壓力式機(jī)械過(guò)濾器和離子交換器內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常相似，都是一種密閉式的立式圓柱形鋼制容器。除在頂部和底部都設(shè)置了配水裝置之外，在樹脂層中間設(shè)置了出水集水裝置，在樹脂層上面設(shè)置了再生液分配裝置。雙流式離子交換器在運(yùn)行時(shí)，由頂部和底部同時(shí)進(jìn)水，上、下水流分別流經(jīng)樹脂層進(jìn)行離子交換后，由設(shè)置在樹脂層中間的出水集水裝置引出。所以，雙流式離子交換器運(yùn)行時(shí)的出水量為上、下進(jìn)水量的總和，由于分流的結(jié)果，相同流量的水處理設(shè)備直徑可大大減少。設(shè)備失效后再生時(shí)，再生液由位于樹脂層上部的再生液分配裝置引入，自上而下順序流經(jīng)上半部和下半部樹脂進(jìn)行交換后，由中間配水裝置或底部配水裝置排出。增加了再生液與樹脂的接觸時(shí)間，可以充分保證再生效果，也有利于對(duì)再生排酸量的控制。1.2工作原理當(dāng)被處理水流經(jīng)D113弱酸陽(yáng)離子交換樹脂時(shí)，樹脂與水中重碳酸鹽發(fā)生以下交換反應(yīng)：2R－COOH+Ca（HCO3）2→（R－COO－）2Ca+2CO2↑+2H2O2R－COOH+Mg（HCO3）2→（R－COO－）2Mg+2CO2↑+2H2O當(dāng)水中有非碳酸鹽硬度或鈉的中性鹽時(shí)，有以下微弱反應(yīng)：R－COOH+NaCl→R－COONa+HCl2R－COOH+Na2SO4→2R－COONa+H2SO4反應(yīng)的結(jié)果，不僅去除了水中的碳酸鹽硬度，也同時(shí)去除了水中的堿度，所以它適宜處理硬度和堿度均較大的水。反應(yīng)中生產(chǎn)的CO2可在冷卻塔中自然散失，不必再另外設(shè)置除碳器。至于水中的非碳酸鹽硬度和鈉的中性鹽變成相應(yīng)的無(wú)機(jī)鹽。由于弱酸性陽(yáng)樹脂的活性基團(tuán)為弱酸基，對(duì)H+的親合力比對(duì)任何金屬離子都大，所以，只是在運(yùn)行初期出水呈弱酸性，水中硬度與堿度比值越大，出水維持酸性的時(shí)間就越長(zhǎng)。樹脂失效后必須用酸再生，因此它可視為塔外加酸，它雖也消耗酸，但不增加水中酸根的含量。本工程循環(huán)水補(bǔ)充水采用50%原水+50%弱酸處理水，利用弱酸處理的酸性出水中和部分堿度，再利用加穩(wěn)定劑來(lái)限制循環(huán)水中CaCO3的析出。設(shè)計(jì)濃縮倍率約為4.8倍。系統(tǒng)及運(yùn)行方式平?jīng)鲭姀S設(shè)計(jì)安裝有7臺(tái)雙流式弱酸陽(yáng)離子交換器，采用并聯(lián)運(yùn)行方式，單臺(tái)出力353m3/h。正常運(yùn)行時(shí)4臺(tái)運(yùn)行，2臺(tái)備用，另設(shè)1臺(tái)為檢修備用及最大工況下投運(yùn)。設(shè)備系統(tǒng)的投運(yùn)、再生采用氣動(dòng)閥門小程序控制，輔助系統(tǒng)均為手操。地下水經(jīng)深井泵，通過(guò)供水管線，到清水池，再經(jīng)清水泵打入雙流式弱酸陽(yáng)離子交換器，由流量表分別控制上下進(jìn)水流量，出水由中間集水管引出，進(jìn)入冷卻塔。弱酸陽(yáng)床及其系統(tǒng)連接見圖1。采取的措施3.1再生劑用量及濃度的調(diào)整3.1.1再生劑用量的調(diào)整設(shè)計(jì)交換器出水控制堿度0.4mmol/L～1.0mmol/L（以HCO3-計(jì)）；再生采用98%的濃硫酸，濃硫酸由自卸式硫酸槽車運(yùn)來(lái)，并用自身的壓縮空氣將濃硫酸壓入高位酸槽，然后自流至硫酸計(jì)量箱，經(jīng)噴射器稀釋至0.5%～1.5%送入雙流式弱酸陽(yáng)離子交換器。通過(guò)對(duì)樹脂的分析，該批D113型弱酸樹脂的體積交換容量為4.84mmol/ml。按理論酸耗計(jì)算，再生一次需98%的濃硫酸約1392kg。可見耗用98%的硫酸2687kg顯然是大大過(guò)量的，再生一次直接排掉98%的硫酸達(dá)1295kg。在用1%的硫酸進(jìn)行再生時(shí)，當(dāng)進(jìn)酸時(shí)間約2h后，再生液出口濃度可達(dá)1.0%左右，即進(jìn)、出口濃度相同。通過(guò)對(duì)再生排放廢液的實(shí)際測(cè)定也證實(shí)了這一判斷。至循環(huán)水冷卻塔池流量計(jì)稀硫酸至循環(huán)水冷卻塔池流量計(jì)稀硫酸高位堿罐高位堿罐加堿中和加堿中和清水泵廢水處理裝置清水泵廢水處理裝置清水池再生廢水來(lái)排放廢水池清水池再生廢水來(lái)排放廢水池供水管線來(lái)供水管線來(lái)圖1弱酸處理及廢液處理排放系統(tǒng)圖這樣，一方面不但浪費(fèi)了大量的硫酸；另一方面在工業(yè)廢水處理方面還需30%的氫氧化鈉約3453kg來(lái)中和弱酸處理系統(tǒng)排出的過(guò)量硫酸；同時(shí)對(duì)廢水池、廢水泵等其它廢水處理系統(tǒng)的腐蝕是非常嚴(yán)重的。因此，在考慮了實(shí)際工作交換容量要小于全交換容量的因素后，對(duì)再生濃硫酸用量進(jìn)行了調(diào)整，使再生一次的用酸量降低至1465kg。3.1.2再生劑濃度的調(diào)整小型試驗(yàn)在六個(gè)燒杯中各裝入50ml完全失效后的D113樹脂，加入兩倍于樹脂體積的除鹽水分別加入不同濃度的硫酸溶液，進(jìn)行察硫酸鈣沉淀的析出試驗(yàn)。具體結(jié)果如表2。表2硫酸鈣沉淀析出小型試驗(yàn)情況序號(hào)硫酸濃度（%）樹脂量（ml）硫酸鈣沉淀析出時(shí)間（秒）現(xiàn)象11.6%505細(xì)小白色顆粒狀沉淀，搖晃后懸浮與水中21.4%5018細(xì)小白色顆粒狀沉淀，搖晃后懸浮與水中31.2%5073細(xì)小白色顆粒狀沉淀，搖晃后懸浮與水中41.0%50284細(xì)小白色顆粒狀沉淀，搖晃后懸浮與水中50.8%50/放置1h后無(wú)細(xì)小白色顆粒狀沉淀60.6%50/放置1h后無(wú)細(xì)小白色顆粒狀沉淀用硫酸再生時(shí)，盡管從理論上來(lái)說(shuō)，再生劑濃度在0.5%～1.5%都是可行的，但是由于各地原水水質(zhì)情況等其它因素的差異，析出硫酸鈣垢的時(shí)間會(huì)差別很大。從小型試驗(yàn)可以看出，對(duì)于平?jīng)鲭姀S使用的原水來(lái)水，再生用硫酸濃度在小于1.0%時(shí)，才不會(huì)析出硫酸鈣沉淀。但是，根據(jù)雙流式弱酸陽(yáng)離子交換器運(yùn)行時(shí)的離子交換特點(diǎn)，以及再生劑流經(jīng)樹脂層的時(shí)間，最后選定上層再生濃度為0.8%、下層再生濃度為1.0%進(jìn)行相關(guān)應(yīng)用試驗(yàn)。應(yīng)用試驗(yàn)情況為了防止實(shí)際應(yīng)用中發(fā)生樹脂被硫酸鈣垢污染樹脂的現(xiàn)象，在用以上濃度進(jìn)行再生時(shí)，進(jìn)行了觀察驗(yàn)證。（1）用0.8%的稀硫酸溶液對(duì)上層樹脂進(jìn)行再生，再生廢液由中排排出。用無(wú)色錐形瓶接取一定量的再生廢液進(jìn)行觀察，剛開始未見硫酸鈣沉淀析出，放置50秒后有明顯的白色顆粒狀硫酸鈣垢析出，并懸浮于水中，放置10分鐘后沉淀于錐形瓶底部。隨著再生時(shí)間的延長(zhǎng)，接取的再生廢液中白色顆粒狀沉淀逐步減少，在再生38分鐘終止后，廢液中基本上無(wú)沉淀析出。（2）用1.0%的稀硫酸溶液對(duì)下層樹脂進(jìn)行再生，再生廢液由底排排出。用無(wú)色錐形瓶接取一定量的再生廢液進(jìn)行觀察，剛開始就發(fā)現(xiàn)有明顯的白色硫酸鈣顆粒懸浮于水中，放置10分鐘后沉淀于錐形瓶底部。隨著再生時(shí)間的延長(zhǎng)，接取的再生廢液中白色顆粒狀沉淀逐步減少，在下層樹脂再生81分鐘終止后，廢液中基本上無(wú)沉淀析出。再生劑濃度的確定雙流式弱酸陽(yáng)離子交換器運(yùn)行時(shí)是在樹脂層的上、下同時(shí)進(jìn)水，出水由中間排水裝置引出，因此，完全失效層分布在樹脂層的上、下部。再生時(shí)0.8%濃度的稀硫酸再生液以11m/h的流速進(jìn)入上層失效完全的樹脂層，經(jīng)中排排出，縮短了再生廢液流經(jīng)路徑，有效地防止了硫酸鈣沉淀物在樹脂層中的析出，避免了樹脂結(jié)塊現(xiàn)象的發(fā)生；1.0%濃度的稀硫酸再生液以11m/h的流速進(jìn)入下層失效完全的樹脂層，經(jīng)底排排出，盡管在開始再生時(shí)就有硫酸鈣沉淀析出，但完全失效層由于本身處于樹脂層的最底層，流經(jīng)路徑極短，一般情況下不會(huì)造成硫酸鈣沉淀物在樹脂層中而發(fā)生結(jié)塊現(xiàn)象，只要在再生過(guò)程結(jié)束后，立即進(jìn)行置換至出水酸度小于5mmol/L，不會(huì)對(duì)樹脂造成危害。因此，選用0.8%和1.0%的稀硫酸再生液，對(duì)該設(shè)備上、下層樹脂分別進(jìn)行再生是安全的，也是可靠的。后經(jīng)過(guò)對(duì)底部樹脂的檢查，未發(fā)現(xiàn)有硫酸鈣沉淀污染樹脂的現(xiàn)象。3.2運(yùn)行流量的確定通過(guò)對(duì)雙流式弱酸陽(yáng)離子交換器用酸量和再生濃度的調(diào)整，酸耗由110g/mol以上下降到了80g/mol左右，但是，相對(duì)于減少的硫酸用量來(lái)說(shuō)，酸耗仍然偏高。通過(guò)分析，上、下層流量比例不合理和運(yùn)行流速高，可能是造成酸耗高的重要因素。3.2.1上、下層流量比例的調(diào)整為了防止上層樹脂再生時(shí)硫酸鈣沉淀污染樹脂的現(xiàn)象發(fā)生，一般情況下，雙流式弱酸陽(yáng)離子交換器上層樹脂層要小于下層樹脂層高度。平?jīng)鲭姀S使用的該設(shè)備上層樹脂層高度為500mm，下層樹脂層高度為800mm。在上、下層樹脂都得到徹底再生的情況下，由于上、下層樹脂層高度的不同，在整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中其出水質(zhì)量也不盡相同。為了達(dá)到上、下層出水質(zhì)量一致，增加周期制水量的目的，根據(jù)樹脂層比例，首先將上、下層流量調(diào)整2:3。3.2.2運(yùn)行流量的確定該設(shè)備設(shè)計(jì)流量為353m3/h，運(yùn)行流速為50m/h；在實(shí)際運(yùn)行中最高達(dá)到了400m3/h，流速高達(dá)56m/h。這樣，由于雙流式弱酸陽(yáng)離子交換器本身樹脂層就比較低，再加上運(yùn)行流速過(guò)高，水流流經(jīng)樹脂層時(shí)“停留”的時(shí)間較短，離子交換尚未完全完成的情況下，已經(jīng)流出了樹脂層，因而失效點(diǎn)提前，導(dǎo)致了周期制水量的減少和酸耗的增加。因此，采用了逐步減少運(yùn)行流量的方法來(lái)觀察設(shè)備運(yùn)行情況，即選取總流量400m3/h、350m3/h、300m3/h、280m3/h、250m3/h、200m3/h六個(gè)流量點(diǎn)進(jìn)行的試驗(yàn)，結(jié)果在前三個(gè)流量點(diǎn)酸耗在85g/mol～68g/mol之間，后三個(gè)流量點(diǎn)酸耗在62～55g/mol之間。因此，最后確定了該設(shè)備運(yùn)行總流量小于300m3/h的運(yùn)行控制參數(shù)。3.3出水控制指標(biāo)的確定一般情況下，把漏過(guò)20%的堿度作為雙流式弱酸陽(yáng)離子交換器運(yùn)行時(shí)的出水控制指標(biāo)。平?jīng)鲭姀S也是依據(jù)這根據(jù)，初步確定了運(yùn)行控制標(biāo)準(zhǔn)。但是，通過(guò)我們對(duì)部分循環(huán)水補(bǔ)充水采用弱酸處理方式的火力發(fā)電廠的調(diào)研了解，大部分均放寬了該指標(biāo)，這一方面為增加周期制水量和降低酸耗；另一方面可以提高弱酸處理出水堿度，減少因出水酸度的增加，引起對(duì)水泥基體及碳鋼管的酸腐蝕問(wèn)題；同時(shí)，也能夠滿足提高循環(huán)水濃縮倍率的目的。因此，將出水堿度由原來(lái)控制的小于1.2mmol/L放寬到小于2.0mmol/L，效果顯著。運(yùn)行周期提高到38h左右，制水量將近8000m3，酸耗在42～48g/mol之間；通過(guò)對(duì)弱酸處理系統(tǒng)及循環(huán)水系統(tǒng)的檢查，未發(fā)現(xiàn)補(bǔ)充水池和冷卻塔水泥基體、補(bǔ)水系統(tǒng)碳鋼管、凝汽器銅管等腐蝕問(wèn)題。運(yùn)行情況匯總平?jīng)鲭姀S的雙流是弱酸離子交換器自2000年9月開始研究調(diào)整，2001年元月完成所有工作，至2002年底，七臺(tái)該設(shè)備共計(jì)運(yùn)行1654個(gè)周期，制水1271萬(wàn)m3，運(yùn)行穩(wěn)定，為平?jīng)霭l(fā)電公司＃1、＃2機(jī)組的正常運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。有關(guān)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)平均值如下：進(jìn)水：平均堿度4.86mmol/L，平均硬度6.13mmol/L。出水：平均堿度0.76mmol/L，平均堿度泄漏量0.156；平均硬度3.12mmol/L?？傊扑浚?2715952m3。弱酸樹脂平均工作交換容量：3430mol／m3·R。平均酸耗：45.54g/mol，再生劑比耗只有0.93?？偨Y(jié)交換劑的再生程度是增加設(shè)備運(yùn)行周期