某電廠陽離子交換器再生工藝優(yōu)化研究

李瑤，王飛，何鳳元，劉成名(華電電力科學研究院有限公司，遼寧 沈陽 110170)

0 引言

為積極響應國家政策，河北某電廠2020年將設計的深井水置換成南水北調(diào)水，水源的變化對現(xiàn)有水處理設備的運行情況產(chǎn)生一定影響，根據(jù)水質(zhì)變化規(guī)律，需要對整個水處理系統(tǒng)的處理能力進行全面的評估及優(yōu)化，以確保適合新的水源特點。該廠水處理以離子交換法作為最終處理，陽離子交換器運行一段時間后需要對交換能力下降的樹脂進行再生，樹脂的再生程度直接決定了陽離子交換器的使用周期和出水量的多少[1]。在水質(zhì)穩(wěn)定的情況下，樹脂的再生一般與再生劑的質(zhì)量、再生液的用量和濃度有一定的關系[2]。為使制水處理能力與置換水源相匹配，提高陽離子交換器使用效率并降低運行成本，本文選取補給水處理系統(tǒng)中最典型的陽離子交換器進行優(yōu)化再生工藝，根據(jù)新水質(zhì)特點，通過大量的試驗優(yōu)化各個參數(shù)，達到了節(jié)約用酸和節(jié)約用水的目的，并增加預處理設備來降低來水中有機物對樹脂的影響，避免長期運行造成有機物對樹脂的污染。同時，制定工業(yè)合成鹽酸中雜質(zhì)含量的測量方法，減少對設備產(chǎn)生的不利影響。

1.2.1X線檢查 采用日立公司Radnext 50 DR檢查儀，掃描參數(shù)：55～80kV，200mA。拍攝正位、側位X線片，所有X線片均由主治醫(yī)師閱片，并經(jīng)高年資醫(yī)師審核。

1 河北某電廠水源水質(zhì)特點的研究與分析

河北電廠補給水處理設備設計為深井水，設計處理為560 t/h，其工藝流程是：原水→原水泵→化學生水箱→生水泵→高效過濾器→陽離子浮動床→除碳器→中間水箱→中間水泵→陰離子浮動床→混床→除鹽水箱→除鹽水泵→除鹽水母管。該廠置換水源為南水北調(diào)水，深井水有水質(zhì)清澈、水溫穩(wěn)定、分布面廣、礦化度和硬度高，含鐵錳高等特點；而南水北調(diào)水中段是引長江支流的漢江水至河北，屬于典型的地表水，水質(zhì)含鹽量低，硬度低，污染物質(zhì)含量高。對深井水及南水北調(diào)水源進行連續(xù)監(jiān)測，每月定期采樣化驗，進行水質(zhì)全分析。與深井水水質(zhì)相比，南水北調(diào)水質(zhì)在溶解物質(zhì)等指標較好，但是在濁度、有機物等指標較差。所以陽離子交換器再生工藝優(yōu)化試驗需考慮來水中有機物對樹脂的影響，同時需要增加必要的預處理設備降低水中的有機物含量。

2 離子交換設備再生工藝優(yōu)化方案試驗

2.1 再生液流速的影響

再生液流速是指再生溶液通過交換劑層的速度，它是影響再生程度的一個重要因素。維持適當?shù)牧魉偈鞘乖偕号c交換劑之間有適當?shù)慕佑|時間，從而保證再生反應的進行[3]。在其他條件不變的情況下，分別控制再生液流速在5.5 m/h、5.0 m/h、4.5 m/h進行再生試驗，確定最佳再生液流速。測量結果如表1所示。

通常衡量離子交換器再生效果的指標是酸耗和周期制水量，通過表1的數(shù)據(jù)可知，當再生液流速在5.0 m/h和5.5 m/h時，酸耗和周期制水量指標較好，再生液流速在4.5 m/h時酸耗相對有一定的增加，從而確定再生液流速5.0 m/h為最佳值。

表1 再生液流速試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

2.2 再生液用量影響

通過表4的數(shù)據(jù)可知，保證陽床沖洗合格的條件下，控制置換時間為42 min以上、沖洗時間8 min以上可以保證再生效果，為了便于控制，置換時間采用45 min，沖洗時間采用10 min。

表2 再生液用量試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

樹脂再生用鹽酸是影響水質(zhì)和處理的重要因素，再生用鹽酸應采用合成酸，近年隨著氯堿、鉀肥、有機硅等化工行業(yè)快速發(fā)展，大量的副產(chǎn)鹽酸產(chǎn)生。因副產(chǎn)酸來源不同所帶來的雜質(zhì)含量也不相同，所含雜質(zhì)主要有硫酸根和其他鹽類、有機雜質(zhì)等。這就需要在大宗材料采購環(huán)節(jié)對藥品質(zhì)量進行約束，在入廠環(huán)節(jié)對藥品質(zhì)量進行驗收，其標準應滿足GB 320—2006《工業(yè)用合成鹽酸》中相關要求，對酸中的含鐵量、灼燒殘渣、游離氯、含砷量、硫酸根等雜質(zhì)含量進行嚴格管控，必要時可采用離子色譜和原子吸收進行定量分析。同時，在儲存、使用過程中也需要重視，如對儲存再生劑的容器、輸送管道的潔凈程度、定期的清理、沖洗、沖洗水的質(zhì)量等，都是降低進酸質(zhì)量的因素。

2.3 酸濃度的影響

通過表3的數(shù)據(jù)可知，當酸濃度在3.8%、3.5%、3.2%時陽床酸耗值未發(fā)生明顯變化，酸濃度為3.8%時，進酸時間過短，不建議使用。當酸度為3.2%時，進酸時間大幅提升，會產(chǎn)生過多的用水、用電費用。測量1、2號混床出水的TOC值分別為411 μg/L和389 μg/L，說明原水中有機物在整個水處理系統(tǒng)不易被去除。為避免設備長期運行造成有機物對樹脂的污染，采用二步法再生工藝，即先提高進酸濃度去除樹脂附著的有機物，再低濃度進酸進行再生控制藥品消耗。具體操作為首先調(diào)整進酸濃度為3.8%，進酸時間為25 min，再將濃度降至3.2%進酸再生。試驗表明，在酸耗和周期制水量均未發(fā)生明顯變化時，二步法再生工藝可以有效降低進酸時間，進酸時間可以控制50 min左右，樹脂再生效果較好。

在控制流量為5.0 m/h、二步法進酸、用酸量在4.8 t的條件下，測量置換和沖洗指標確定最佳時間。測量結果如表4所示。

表3 用酸量試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

酸濃度對再生也有很大影響，當酸用量一定時，在一定范圍內(nèi)其濃度越高再生程度越高，但過高的酸濃度使再生液體積太小，不易與樹脂均勻接觸，從而降低再生效果。控制流速在5.0 m/h，用酸量為4.8 t，其他指標不變的條件下，控制酸濃度分別為3.8%、3.5%、3.2%進行再生試驗，確定最佳酸濃度。測量結果如表3所示。

與未優(yōu)化參數(shù)前進行試驗對比，該廠用酸量由5.25 t減 少 至4.8 t，鹽 酸 單 價 為215元/t，一 個再生周期可節(jié)約藥品費用96.75元。進再生液時間和置換時間由120 min減少到95 min，沖洗時間由15 min減少到10 min，單次再生可節(jié)約除鹽水用水15.4 t，除鹽水成本單價為20元/t，單次再生可節(jié)約自用水費用308元，單次再生可節(jié)約成本404.75元。2020年—2021年該廠共再生436次，經(jīng)測算，全年可節(jié)約費用約17.64萬元。

2.4 其他指標影響

共享供應鏈是中小跨境電商出口企業(yè)轉型升級的核心。共享供應鏈不是簡單的地理位置上的產(chǎn)業(yè)聚集，而是企業(yè)之間供應鏈的整合，更是戰(zhàn)略同盟、股權合作等深層次的合作關系。在消費者需求導向下，市場需求多變，經(jīng)營風險增加，義烏中小跨境電商出口企業(yè)要想在全球經(jīng)濟中處于價值鏈上游，要著眼于合作共贏的長遠利益，發(fā)揮跨境電商行業(yè)、領軍型企業(yè)等組織的作用與功能，整合區(qū)域內(nèi)企業(yè)，共享供應鏈中的開發(fā)、設計、采購、生產(chǎn)、物流、銷售等優(yōu)質(zhì)資源，將企業(yè)經(jīng)營重心轉移到設計研發(fā)、品牌推廣等領域，將資源集中到供應鏈中最能產(chǎn)生附加值的環(huán)節(jié)。

表4 其他指標試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

再生液用量是影響再生效果的另一個重要因素，它對樹脂交換容量恢復的程度和經(jīng)濟性有直接關系，根據(jù)化學反應平衡原理，增加再生液用量可提高H+濃度，從而提高交換劑的再生程度，但當再生液用量增加到一定程度后，再生程度提高很少。在控制流速為5.0 m/h，其他指標不變的條件下，再生液用量分別為5.25 t、5.00 t、4.75 t、4.50 t進行再生試驗，以確定最佳再生液用量。測量結果如表2所示。

②優(yōu)先實施杜家臺分洪工程行洪道整治工程，即對行洪道河灘地的阻水圍垸實施平垸行洪，拓寬行洪斷面，以提高行洪道的泄洪能力，同時按照分流工況下確保2 000 m3/s、爭取2 500 m3/s分流量的標準，對行洪道兩岸垸堤進行適當加固，積極推進“一河兩堤、夾水出江”方案的實施。

3 樹脂性能檢測

為了檢驗離子交換樹脂性能情況，對樹脂進行了全分析檢測，強酸型陽離子交換樹脂體積交換容量、含水量、圓球率不符合DL/T 673—2015《火電廠水處理用001×7陽離子交換樹脂報廢標準》中表1的要求；強堿性陽離子交換樹脂最大再生容量、強型基團容量、體積交換容量均有所下降，濕真密度有一定上升，圓球率不符合DL/T 807—2019《火電廠水處理用201×7強堿型陰離子交換樹脂報廢標準》中表1的要求。強酸型陽離子交換樹脂和強堿型陰離子交換樹脂不能滿足設備使用要求，建議更換樹脂?？紤]陽樹脂老化造成周期制水量降低帶來的影響，按照陽樹脂體積交換容量1.47 mmol/mL與標準樹脂體積交換1.75 mmol/mL計算，周期制水量將增加19.1%，折算成減少再生次數(shù)可減少16%。更換樹脂后減少再生次數(shù)和優(yōu)化再生預計可以節(jié)約用水用酸費用29.19萬元。

4 進酸質(zhì)量控制

通過表2的數(shù)據(jù)可知，當再生液用量為4.75 t時陽床酸耗值較低并且周期制水量較大，可以確定再生液為4.75 t，保證流速為5.0 m/h陽床再生效果最好，為便于控制與計算，取4.8 t為最優(yōu)值。

5 結語

河北某電廠通過試驗確定再生參數(shù)控制指標：再生液流速為5 m/h，用酸量為4.8 t，置換時間為45 min，沖洗時間為10 min，二步法控制濃度進酸，按照該指標進行幾個周期運行，酸耗和周期制水量等指標未發(fā)生明顯變化，優(yōu)化參數(shù)后該廠全年可節(jié)約費用約17.64萬元。

市場的“冰山”——產(chǎn)品與消費需求脫節(jié)。由于國際經(jīng)濟環(huán)境變化、國內(nèi)經(jīng)濟由高速增長階段轉向高質(zhì)量發(fā)展階段等因素疊加交織，導致企業(yè)的產(chǎn)品與消費需求出現(xiàn)部分脫節(jié)，陷入了價值鏈低端鎖定和產(chǎn)能過剩困境。

對陰陽離子交換樹脂進行分析，強陰樹脂和強陽樹脂的圓球率指標已經(jīng)達到樹脂報廢標準要求，建議更換樹脂。更換樹脂后減少再生次數(shù)和優(yōu)化再生預計可以節(jié)約用水用酸費用29.19萬元。同時嚴格控制陽樹脂再生用酸質(zhì)量，以保證除鹽系統(tǒng)的水質(zhì)處理免受影響。

此式表示出，在第一次操作中，車輪不得離開路面，完成了①和②，車輛轉動的角度與汽車前輪最大扭轉角度、路面寬度和車輛長度的關系．根據(jù)(※)式便可求得車輛轉動角度．

綜上，河北某電廠給水處理系統(tǒng)陽離子交換器經(jīng)過再生工藝優(yōu)化后，在制水品質(zhì)和數(shù)量達到標準要求的前提下，減少了用酸量和用水量，提升了設備運行的安全性和可靠性，提高了電廠的經(jīng)濟效益。