復(fù)床在鍋爐除鹽水系統(tǒng)技術(shù)改造中的應(yīng)用

于勝輝

(中國(guó)鋁業(yè)山東分公司, 山東 淄博 255052)

復(fù)床在鍋爐除鹽水系統(tǒng)技術(shù)改造中的應(yīng)用

于勝輝

(中國(guó)鋁業(yè)山東分公司, 山東 淄博 255052)

介紹了鍋爐除鹽水系統(tǒng)混床單獨(dú)運(yùn)行存在的問(wèn)題。改造后增加了復(fù)床，利用復(fù)床作為一級(jí)深度除鹽設(shè)施，提高了產(chǎn)水量和質(zhì)量，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

除鹽水； 混床； 復(fù)床

1 原有設(shè)備概況

圖1 鍋爐除鹽水系統(tǒng)工藝流程圖

隨著生產(chǎn)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，該系統(tǒng)已不能滿足日益擴(kuò)大的生產(chǎn)用水需求。為了提高系統(tǒng)產(chǎn)水量、延長(zhǎng)混床運(yùn)行周期，在科學(xué)論證和試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了技術(shù)改造：在混床前增加一級(jí)離子交換除鹽設(shè)施，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)。

2 改造前運(yùn)行情況

2.1 混床運(yùn)行工況

除鹽水系統(tǒng)投入運(yùn)行以來(lái)，不能滿足生產(chǎn)需求?；齑泊嬖谶\(yùn)行時(shí)間偏短、反洗再生頻繁等問(wèn)題?；齑策B續(xù)運(yùn)行周期短時(shí)僅有60 h左右，造成反洗頻繁，增加了員工的勞動(dòng)強(qiáng)度和系統(tǒng)倒組次數(shù)，且產(chǎn)水量?jī)H為30～40 m3/h。特別是當(dāng)生產(chǎn)工序的優(yōu)質(zhì)冷凝回水量少而不能滿足鍋爐給水時(shí)，若混床系統(tǒng)處于反洗再生期，則鍋爐只能被動(dòng)停爐。

2.2 除鹽水系統(tǒng)水質(zhì)

2臺(tái)45 t/h鍋爐給水水質(zhì)要求標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。運(yùn)行以來(lái)，供鍋爐除鹽水出水水質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表2。除鹽水系統(tǒng)進(jìn)水為反滲透產(chǎn)水，其水質(zhì)指標(biāo)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表1 鍋爐給水水質(zhì)控制指標(biāo)

表2 除鹽水系統(tǒng)出水水質(zhì)

表3 除鹽水進(jìn)水水質(zhì)

由表2、3可以看出，供鍋爐除鹽水出水達(dá)到了用水指標(biāo)，但出水水質(zhì)指標(biāo)中SiO2、電導(dǎo)率數(shù)值波動(dòng)較大；除鹽水系統(tǒng)進(jìn)水水質(zhì)中電導(dǎo)率波動(dòng)大，數(shù)值較高，勢(shì)必造成混床運(yùn)行周期波動(dòng)，影響生產(chǎn)。

3 技術(shù)分析

離子交換法是目前應(yīng)用最多、技術(shù)最成熟的化學(xué)除鹽方法，結(jié)合混床、復(fù)床等離子交換器及同行業(yè)應(yīng)用等，對(duì)該鍋爐除鹽水系統(tǒng)的技術(shù)改造進(jìn)行了科學(xué)論證。

從回歸系數(shù)t的數(shù)值來(lái)看，進(jìn)口的對(duì)外直接投資彈性系數(shù)顯著，方程的擬合優(yōu)度比較低，變量Aij和RTAij的t值也沒(méi)通過(guò)檢驗(yàn).于是，本文對(duì)模型變量進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整采用“后向法”.根據(jù)顯著性檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，首先剔除變量RTAij，若仍不顯著則剔除變量Aij和常數(shù)項(xiàng)β0，直到新方程篩選出合適的變量組合.依據(jù)上述原理，本文在方程(6)的基礎(chǔ)上剔除RTAij和Aij以后，得到如下方程：

3.1 混床優(yōu)缺點(diǎn)

混床的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)為陽(yáng)離子交換產(chǎn)生的H+和陰離子交換產(chǎn)生的OH-同時(shí)出現(xiàn)，相互中和，反應(yīng)過(guò)程中水的pH值基本穩(wěn)定，從而消除了pH值變化所產(chǎn)生的不利影響。含鹽水在流經(jīng)混床混合樹(shù)脂的過(guò)程中，經(jīng)歷了多級(jí)陰、陽(yáng)離子交換，從而得到高純度的除鹽水。此外，混床還具有出水水質(zhì)穩(wěn)定、交換終點(diǎn)明顯及易于自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)。

混床的缺點(diǎn)是當(dāng)樹(shù)脂飽和后，需要將混合樹(shù)脂分開(kāi)，分別進(jìn)行再生、清洗，然后再混合，再生過(guò)程復(fù)雜。特別是當(dāng)一部分陽(yáng)樹(shù)脂混雜在陰樹(shù)脂層時(shí)，經(jīng)堿液再生，該部分陽(yáng)樹(shù)脂轉(zhuǎn)為Na型，造成運(yùn)行后Na+泄漏，即“交叉污染”。同時(shí)由于分層、混合等操作，導(dǎo)致樹(shù)脂徹底亂層，交換容量利用率低，再生液消耗量大，樹(shù)脂磨損大，另外，混床對(duì)有機(jī)物污染也很敏感。

3.2 復(fù)床與混床組合優(yōu)點(diǎn)

復(fù)床與混床串聯(lián)是當(dāng)前制取純水以至高純水的有效方法，其出水電阻率可達(dá)到10×106Ω·cm，硅含量達(dá)到0.02 mg/L的水平。

3.3 同行業(yè)鍋爐除鹽水運(yùn)行模式

目前國(guó)內(nèi)大部分鍋爐除鹽水系統(tǒng)，選用經(jīng)反滲透膜組初步除鹽后，再進(jìn)入復(fù)床、混床串聯(lián)或二級(jí)混床串聯(lián)設(shè)施進(jìn)行深度除鹽的方法，除鹽出水可滿足生產(chǎn)所需，所以原有系統(tǒng)可參照先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)及應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行技術(shù)改造，從而保證其可行性。

4 系統(tǒng)技術(shù)改造

4.1 改造方案

通過(guò)利用除鹽水崗位4臺(tái)閑置離子交換器，填充適合工藝要求的陰、陽(yáng)離子樹(shù)脂，將除鹽水系統(tǒng)工藝改為反滲透產(chǎn)品水先進(jìn)陽(yáng)離子交換器、除CO2塔、中間水箱、中間水泵、陰離子交換器、一級(jí)復(fù)床處理后，再通過(guò)混合離子交換器及熱泵機(jī)組。其中陽(yáng)床、陰床各2臺(tái)，互為備用，系統(tǒng)產(chǎn)水量設(shè)計(jì)為80 m3/h，改造后的工藝流程見(jiàn)圖2。

圖2 改造后除鹽水系統(tǒng)工藝流程

4.2 樹(shù)脂選型及反滲透原水流程改造

結(jié)合除鹽水系統(tǒng)實(shí)際情況，改造中陰、陽(yáng)床樹(shù)脂均選用凝膠型苯乙烯系樹(shù)脂，其中陽(yáng)床樹(shù)脂選用001×7FC(Na型)，陰床樹(shù)脂選用201×7FC(Cl型)，樹(shù)脂性能參數(shù)見(jiàn)表4。

表4 陰、陽(yáng)床樹(shù)脂性能參數(shù)

在改造中因反滲透原水為地下水和地表水的混合液，水質(zhì)有變化，本流程中加裝了兩組控制閥門(mén)，一處為反滲透產(chǎn)品水進(jìn)除鹽水系統(tǒng)前，來(lái)水可進(jìn)復(fù)床也可直接進(jìn)混床，另一處為復(fù)床出水處，復(fù)床出水可進(jìn)混床也可直接進(jìn)熱泵機(jī)組。該流程可以達(dá)到以下目的：當(dāng)反滲透產(chǎn)品水水質(zhì)較好時(shí)，可以不通過(guò)復(fù)床直接進(jìn)混床處理，也可以經(jīng)過(guò)復(fù)床處理后不通過(guò)混床直接進(jìn)熱泵機(jī)組，以此優(yōu)化除鹽水生產(chǎn)。

4.3 指標(biāo)控制及再生技術(shù)要求

運(yùn)行期間，每2 h對(duì)復(fù)床系統(tǒng)進(jìn)行取樣分析，監(jiān)控指標(biāo)見(jiàn)表5，復(fù)床運(yùn)行終點(diǎn)的控制指標(biāo)主要是電導(dǎo)率和SiO2。系統(tǒng)采用并聯(lián)運(yùn)行手動(dòng)控制，若發(fā)生鈉離子超標(biāo)，投用備用陽(yáng)床，運(yùn)行陽(yáng)床停運(yùn)并再生；若發(fā)生陰床電導(dǎo)率超標(biāo)或SiO2超標(biāo)，則投用備用陰床，運(yùn)行陰床停運(yùn)并再生。陰、陽(yáng)床再生步驟按照小反洗、排水、再生、置換、小正洗、正洗進(jìn)行。

5 運(yùn)行效益分析

系統(tǒng)改造后運(yùn)行以來(lái)，產(chǎn)水量可達(dá)70 m3/h左右，確保了生產(chǎn)所需?；齑策\(yùn)行周期大幅提高至約1 100 h左右，減少了反洗再生頻次，同時(shí)陽(yáng)床、陰床運(yùn)行周期約100 h。進(jìn)一步確保了系統(tǒng)出水水質(zhì)，水質(zhì)優(yōu)于鍋爐給水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，表6為投運(yùn)以來(lái)出水水質(zhì)指標(biāo)。

表5 陰、陽(yáng)床水質(zhì)控制指標(biāo)

對(duì)比表2中數(shù)據(jù)可以看出，出水水質(zhì)指標(biāo)中的硅、鐵、電導(dǎo)率明顯優(yōu)于改造前。

不考慮前后再生消耗增減等成本因素，產(chǎn)水量增加30 m3/h以上，在確保鍋爐給水所需的同時(shí)，可以將優(yōu)質(zhì)冷凝回水外供其他工序，增加經(jīng)濟(jì)收益。

按照年穩(wěn)定運(yùn)行300 d、水價(jià)16.2元/t、增加30 m3/h、80%時(shí)間水量計(jì)算年創(chuàng)效為：

30 m3/h×24 h×300 d×80%×

16.2元/t=279.94萬(wàn)元

經(jīng)濟(jì)效益顯著。

表6 改造后系統(tǒng)出水水質(zhì)指標(biāo)

6 結(jié)束語(yǔ)

鍋爐除鹽水系統(tǒng)的技術(shù)改造，保證了系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)行。對(duì)于以地下水或地表水為原水的除鹽水系統(tǒng)，在反滲透膜法初步除鹽及混床深度處理之間，從生產(chǎn)實(shí)際和經(jīng)濟(jì)效益出發(fā)，再增加一級(jí)復(fù)床處理設(shè)施，可使系統(tǒng)產(chǎn)水水質(zhì)優(yōu)于給水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，且可保證產(chǎn)水量穩(wěn)定，其中復(fù)床的應(yīng)用是保證長(zhǎng)周期運(yùn)行的關(guān)鍵所在。

[1] 崔玉川. 水的除鹽方法與工程應(yīng)用[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.1.

[2] 唐受印，戴友芝. 水處理工程師手冊(cè)[K]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000.4.

[3] 嚴(yán)煦世，范瑾初. 給水工程[M]. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2006.2.

Application of Compound-Bed in Technical Improvement of the Boiler Desalting Water System

YU Sheng-hui

The paper lists the problems of boiler desalination water system when the mixed bed ran separately, and introduces an improvement method by adding a compound-bed in the process flow. The added compound-bed is used as the first facility for deep desalination, which improves water production and quality, and also achieves significant economic benefits.

desalting water; mixed bed; compound-bed

2013-11-25

于勝輝(1983—)，男，山東茌平人，大學(xué)本科，工程師，主要從事給排水、熱力管理工作。

TK229

B

1008-5122(2014)05-0031-03