陳利軍，周剛鋒，龐曉波

（華能國(guó)際電力股份有限公司長(zhǎng)興電廠，浙江 湖州 313100）

近年來(lái)，隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，高溫、高壓、大容量機(jī)組不斷出現(xiàn)，對(duì)水質(zhì)的要求越來(lái)越高，以至二級(jí)復(fù)床除鹽也不能滿足要求，若再增加除鹽設(shè)備的級(jí)數(shù)，則會(huì)使除鹽系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜，而隨著工業(yè)化的不斷發(fā)展，國(guó)家也更加重視環(huán)境保護(hù)，企業(yè)發(fā)展建設(shè)既要考慮經(jīng)濟(jì)又要兼顧環(huán)保，因此，水質(zhì)精度更高、污染程度較小的反滲透加混床水處理設(shè)備結(jié)構(gòu)方式越來(lái)越被廣泛采用.混合床中，由于陰陽(yáng)樹脂均勻混合，緊密接觸，陽(yáng)樹脂附近就是陰樹脂，陰樹脂附近就是陽(yáng)樹脂，因此，每一對(duì)陰、陽(yáng)樹脂就相當(dāng)于一級(jí)復(fù)床，這樣可以把混床看作是由無(wú)數(shù)級(jí)復(fù)床的組合.混床的化學(xué)除鹽效果是相當(dāng)好的，現(xiàn)代設(shè)計(jì)中一般將混床作為水處理設(shè)備的最后一級(jí)，而經(jīng)其處理后的工質(zhì)水成份中理論上幾乎可以除去全部鹽類雜質(zhì)離子，以導(dǎo)電度指標(biāo)監(jiān)測(cè)參數(shù)為例，混床出水一般控制導(dǎo)電度0.1～0.2μS／cm，最小可達(dá)0.0 556μS／cm，完全可以滿足大型機(jī)組對(duì)脫鹽水的水質(zhì)要求.

1 水處理設(shè)備概況

安徽華塑股份公司是一家綜合性化工集團(tuán)，其中配有2×330 MW自備熱電廠.根據(jù)安徽定遠(yuǎn)縣高塘湖水質(zhì)資料及熱電廠亞臨界鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)的工藝對(duì)用水品質(zhì)的要求，化學(xué)水處理生產(chǎn)工藝采用“凈水器—多介質(zhì)過(guò)濾器—超濾—反滲透—混床”處理工藝.運(yùn)行流程為：清水→多介質(zhì)過(guò)濾器→自清洗過(guò)濾器→超濾裝置→超濾水箱→超濾水泵→弱酸陽(yáng)床→除碳器→中間水箱→中間水泵→一級(jí)保安過(guò)濾器→一級(jí)反滲透高壓泵→一級(jí)反滲透裝置→一級(jí)淡水箱→一級(jí)淡水泵→二級(jí)保安過(guò)濾器→二級(jí)反滲透高壓泵→二級(jí)反滲透裝置→二級(jí)淡水箱→二級(jí)淡水泵→混床→除鹽水箱→除鹽水泵→用戶.其水源為地表水，含鹽量429 mg／L，硬度4.74 mmol／L，屬中等含鹽量、中等硬度水，系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力為：450 m3／h.

2 水處理系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行情況

2012年4月，安徽華塑股份公司水處理設(shè)備安裝完成，由設(shè)備廠家進(jìn)行單體調(diào)試，5月進(jìn)入整體運(yùn)行階段.整套脫鹽水工藝系統(tǒng)投運(yùn)后，出現(xiàn)了出水異常現(xiàn)象，其中一級(jí)反滲透及二級(jí)反滲透系統(tǒng)運(yùn)行正常，二級(jí)淡水導(dǎo)電度小于10μS／cm，而四臺(tái)混床均出現(xiàn)異常現(xiàn)象：在線電導(dǎo)率數(shù)據(jù)異常波動(dòng)，0.5 h內(nèi)從0.1μS／cm升至0.4μS／cm，運(yùn)行2 h從0.4μS／cm降至0.2μS／cm左右，停運(yùn)后約1 h下降至0.1μS／cm，出水電導(dǎo)數(shù)據(jù)混亂，不符合混床運(yùn)行規(guī)律，制水時(shí)間過(guò)短.在線導(dǎo)電度表校驗(yàn)正確，排除表計(jì)不準(zhǔn)原因，水質(zhì)分析報(bào)告二氧化硅含量超標(biāo).設(shè)備廠家多次再生處理，結(jié)果正洗階段長(zhǎng)時(shí)間導(dǎo)電度超過(guò)0.5μS／cm，出水達(dá)不到合格標(biāo)準(zhǔn).在設(shè)備廠家技術(shù)人員一時(shí)無(wú)處理手段的情況下，又適逢華塑公司熱電廠＃2機(jī)組（容量300 MW）啟動(dòng)調(diào)試過(guò)程中，受甲方領(lǐng)導(dǎo)委托，全權(quán)交由長(zhǎng)興電廠人員分析處理，并提供一切支持.

3 原因分析

3.1 混床中陰陽(yáng)樹脂的選型

眾所周知，如果混床內(nèi)裝填的是新陰、陽(yáng)樹脂，由于它們分別帶有正、負(fù)電荷，在混脂時(shí)是非常容易均勻混合分離的，這是真正理論意義上的混床.但在實(shí)際運(yùn)行中，隨著陰、陽(yáng)樹脂所帶的正、負(fù)電荷的逐步消失，陰、陽(yáng)樹脂的粒度、濕真密度等物理性能會(huì)成為影響樹脂分離的主要因素，樹脂的粒徑，濕真密度愈大則其沉降速度也愈大.兩種樹脂的分離程度取決于它們的沉降速度比，當(dāng)兩種樹脂的沉降速度比達(dá)到3～4倍以上時(shí)，才能得到較為徹底的分離，當(dāng)沉降速度比小于3時(shí)，則分離效果差，小于1則完全不能分離.因此，為了得到較好的分離效果，混床內(nèi)選用的陽(yáng)樹脂的濕真密度應(yīng)比陰樹脂的濕真密度大于10%～15%.我們檢查華塑公司混床選用的樹脂為001＊7強(qiáng)酸陽(yáng)樹脂和201＊7強(qiáng)堿硬樹脂，其質(zhì)量符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，可以排除由于樹脂的選型錯(cuò)誤導(dǎo)致混床運(yùn)行效果差的原因.

3.2 混床內(nèi)樹脂的裝填量

根據(jù)華塑公司提供的設(shè)備規(guī)范資料，對(duì)照混床裝置的實(shí)際設(shè)置，以混床中排裝置為分界點(diǎn)，樹脂的裝填高度應(yīng)在1 500 mm左右.而現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際樹脂的高度超過(guò)混床中間的樹脂觀察孔，經(jīng)放水打開混床人孔門觀察，樹脂的裝填高度達(dá)到近2 500 mm，接近交換器上人孔門的下沿，已把進(jìn)堿裝置填沒，大大超過(guò)其設(shè)備規(guī)范要求的范圍.然而，過(guò)高和過(guò)多的樹脂會(huì)影響到混床的反洗分層，并導(dǎo)致整個(gè)樹脂層的膨脹率達(dá)不到50%的要求，會(huì)造成陰陽(yáng)樹脂分層不徹底，進(jìn)而影響樹脂的再生度，以致混脂不均勻，達(dá)不到多級(jí)復(fù)床的效果，反而會(huì)增大水的阻力，使混床運(yùn)行壓差增大，在離子交換過(guò)程中影響膜的擴(kuò)散，從而降低了混床的除鹽效果.

3.3 陰陽(yáng)樹脂的配比

按我國(guó)化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于陽(yáng)、陰樹脂的配比原則是：陽(yáng)、陰樹脂的比例應(yīng)按等物質(zhì)的量來(lái)選擇，以便使陽(yáng)、陰樹脂幾乎同時(shí)失效，這樣樹脂的工作交換容量能達(dá)到充分發(fā)揮.陽(yáng)樹脂吸收陽(yáng)離子的物質(zhì)的量＝陰樹脂吸收陰離子的物質(zhì)的量，即

式中：E陽(yáng)、E陰為陽(yáng)、陰樹脂的工作交換容量，mmol／m3；V陽(yáng)、V陰為陽(yáng)、陰樹脂的用量，m3.

由于陽(yáng)樹脂的E陽(yáng)大，在混合床中常為E陰的2倍，所以國(guó)內(nèi)混合床中陽(yáng)、陰樹脂體積比常為1∶2.從華塑公司混床的中排窺視鏡中觀察，看不到陰、陽(yáng)樹脂明顯的分界線，從樹脂外觀顏色、大小來(lái)判斷都是陽(yáng)樹脂，再生分層效果不明顯.陰、陽(yáng)樹脂的填裝比例可能有問(wèn)題，也不排除陽(yáng)樹脂受到過(guò)堿污染，形成交叉污染，造成再生效果不好.

3.4 陰陽(yáng)樹脂的混合

一般情況下，混床經(jīng)再生和洗滌后，投運(yùn)前必須將分層的樹脂重新混合均勻.通?；旌蠘渲牟僮魇侄问牵簭幕齑步粨Q器底部通入凈化處理后的壓縮空氣對(duì)樹脂進(jìn)行混合，以防止氣源中油類雜質(zhì)污染樹脂.交換器前的進(jìn)氣壓力一般控制在100～150 k Pa，流量為2～3 m3／（m2＊min），混合時(shí)間約5 min.

陰、陽(yáng)樹脂在混合均勻的離子交換中，其反應(yīng)機(jī)理為：

由于生成的H2SiO3和H2O均為難電離物質(zhì)，所以沒有反離子的影響，離子交換除鹽反應(yīng)可以順利進(jìn)行.陰、陽(yáng)樹脂在混合不均勻的離子交換中，會(huì)造成上層主要為強(qiáng)堿陰樹脂，下層主要為強(qiáng)酸陽(yáng)樹脂，其反應(yīng)如下：

使得陰、陽(yáng)樹脂再生不能徹底進(jìn)行，導(dǎo)致Na HSiO3漏過(guò)下層與RH生成H2SiO3，使出水p H值偏低，且硅含量偏高.另外，華塑公司壓縮空氣系統(tǒng)存在設(shè)計(jì)缺陷：除鹽水站的壓縮空氣儲(chǔ)氣罐，由專門的空壓制氮站提供潔凈氣源，同時(shí)供除鹽水站超濾空氣擦洗、多介質(zhì)反洗、混床再生以及閥門控制用氣，出現(xiàn)搶氣現(xiàn)象，導(dǎo)致壓縮空氣用氣量不穩(wěn)，出現(xiàn)時(shí)斷時(shí)續(xù)的現(xiàn)象.

3.5 混床內(nèi)部結(jié)構(gòu)損壞

混床內(nèi)部進(jìn)酸、堿裝置的完好性檢查.考慮到中排裝置的損壞會(huì)造成再生液的配水不均勻，會(huì)直接影響陰、陽(yáng)樹脂的再生.通過(guò)調(diào)試運(yùn)行中的記錄檢查，結(jié)合混床裝置的檢查，未發(fā)現(xiàn)再生裝置存在配水不均勻的情況，中排出水中也未發(fā)現(xiàn)樹脂漏出，排除混床內(nèi)部結(jié)構(gòu)損壞的原因.

3.6 樹脂的污染

在化學(xué)除鹽系統(tǒng)中，出水水質(zhì)除了與運(yùn)行工況和再生工藝條件有關(guān)外，還與陰、陽(yáng)離子交換樹脂本身的污染有關(guān).陽(yáng)樹脂變質(zhì)的主要原因是水中氧化劑的影響，當(dāng)溫度高時(shí)，陽(yáng)樹脂受氧化劑的侵蝕更為嚴(yán)重.陰樹脂在運(yùn)行中常常會(huì)受到油脂、有機(jī)物和鐵的氧化等雜質(zhì)的污染，從而降低交換容量.

當(dāng)?shù)厥贆z測(cè)機(jī)構(gòu)樹脂檢驗(yàn)報(bào)告如下：

監(jiān)測(cè)報(bào)告結(jié)果顯示，陰、陽(yáng)樹脂交換容量大大降低，陽(yáng)樹脂受到鐵、鈣污染，陰樹脂受到鐵污染.因該公司工藝系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間較短，分析原因可能發(fā)生在樹脂的預(yù)處理環(huán)節(jié)上.離子交換樹脂的工業(yè)產(chǎn)品中，常會(huì)有少量的低聚合物和未參加聚合或縮合反應(yīng)的單體，當(dāng)樹脂與水、酸、堿或其他溶液接觸時(shí)，上述物質(zhì)就會(huì)轉(zhuǎn)入溶液，影響水質(zhì).除了有機(jī)物外，樹脂中往往還含有鐵、鋁、銅等無(wú)機(jī)雜質(zhì).因此，對(duì)于水質(zhì)要求較高的混床或陰陽(yáng)床等化學(xué)除鹽設(shè)備，新樹脂在使用前必須進(jìn)行處理，以除去樹脂中的可溶性雜質(zhì).具體的處理方法有：① 用食鹽水處理；② 用稀鹽酸處理；③ 用稀氫氧化鈉處理.通過(guò)對(duì)該廠鹽酸、氫氧化鈉的化驗(yàn)，未發(fā)現(xiàn)有污染物質(zhì)存在.通過(guò)設(shè)備廠家調(diào)試人員調(diào)查，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題所在：華塑公司是一家鹽化生產(chǎn)企業(yè)，設(shè)備廠家調(diào)試人員曾經(jīng)直接用該公司高濃度的鹽鹵水對(duì)樹脂進(jìn)行浸泡，而未經(jīng)處理的高濃度鹽鹵水帶有大量的雜質(zhì)，造成樹脂受到一定程度的污染.

4 處理情況

4.1 樹脂的復(fù)蘇

鑒于條件限制及時(shí)間關(guān)系，迫于熱電廠機(jī)組調(diào)試節(jié)點(diǎn)，暫無(wú)法對(duì)樹脂進(jìn)行復(fù)蘇處理.建議華塑公司創(chuàng)造條件，更換污染樹脂.

4.2 樹脂的裝填量及配比

一般情況下，混床樹脂層裝填量應(yīng)以樹脂分層后其分界面位于中間排水管的中部為依據(jù).重新組織人員對(duì)混床內(nèi)過(guò)多樹脂進(jìn)行處理，采取頻繁的反洗分層，按照陰、陽(yáng)樹脂2∶1的比例，扒出過(guò)多的樹脂，并控制樹脂層的高度在進(jìn)堿裝置接口以下.考慮受過(guò)堿污染的陽(yáng)樹脂對(duì)出水質(zhì)量影響不大，為減少酸對(duì)陰離子樹脂的污染程度，陽(yáng)樹脂可適當(dāng)多留些（提高約50 mm），避免樹脂層過(guò)高引起酸對(duì)陰樹脂的污染問(wèn)題.同時(shí)考慮長(zhǎng)期運(yùn)行中因樹脂擠壓、摩擦、沖刷影響而造成的樹脂流失，建議華塑方日常加強(qiáng)樹脂層高度的檢查，給于及時(shí)補(bǔ)充.

4.3 陰陽(yáng)樹脂混合的壓縮空氣因素

為了解決混脂時(shí)壓縮空氣壓力不足的問(wèn)題，提出技改方案，由華塑公司實(shí)施壓縮空氣系統(tǒng)改造，將超濾、多介質(zhì)、混床及閥門控制用氣進(jìn)行隔離，保證各母管壓力充足，加裝分路減壓閥控制各用氣回路，同時(shí)滿足各方需求，互不影響.修改后系統(tǒng)流程如下：

4.4 再生工藝

4.4.1 控制好反洗分層，克服“抱團(tuán)”現(xiàn)象

樹脂的分層效果與陰陽(yáng)樹脂的濕真密度差、樹脂粒度的均勻程度、樹脂的失效程度（未失效陽(yáng)離子和已失效的陰離子密度差較小，分層困難）、樹脂的“抱團(tuán)”現(xiàn)象等重要因素有關(guān).操作分層前放空床中水，開進(jìn)堿閥，堿液自上而下通過(guò)樹脂層，使陰樹脂充分轉(zhuǎn)變成OH型，陽(yáng)樹脂轉(zhuǎn)變成Na型，可增加陰、陽(yáng)樹脂在不同離子型的密度差，收到強(qiáng)化分層的效果，使陰、陽(yáng)樹脂層間形成明顯的分界線，達(dá)到理想分層效果.為減少人為因素影響，編制混床再生的操作規(guī)程和步驟，以正確指導(dǎo)并規(guī)范再生過(guò)程.

4.4.2 規(guī)范樹脂的混合操作

混合前將水排至樹脂層上部200 mm～300 mm；用潔凈壓縮空氣在0.10 MPa～0.15 MPa下使樹脂充分?jǐn)噭?dòng)；混合時(shí)間以樹脂是否充分混合為準(zhǔn)；混合后快速做好落床操作，避免出現(xiàn)重新分層.

4.4.3 使用質(zhì)量好的再生劑再生

經(jīng)建議，華塑公司更換了質(zhì)量好的酸、堿液，用雜質(zhì)含量少的鹽酸、離子膜堿對(duì)混床再生.為避免再次發(fā)生因再生劑質(zhì)量差造成樹脂受污染問(wèn)題，協(xié)助建立化學(xué)藥品管理制度，嚴(yán)格規(guī)范酸、堿的到廠驗(yàn)收及日常管理工作，從源頭保證再生劑的質(zhì)量.

5 效果

經(jīng)上述處理，混床除鹽效果非常理想，再生正洗時(shí)間大大縮短，正洗20 min內(nèi)導(dǎo)電度降到0.2μS／cm以下，二氧化硅低于20μg／L，運(yùn)行中進(jìn)出水壓差小于0.02 MPa，出水導(dǎo)電度最低至0.068μS／cm，二氧化硅5μg／L，制水量達(dá)5萬(wàn)噸仍未失效，周期制水量大大提高.采取同樣的措施進(jìn)行其余3臺(tái)混床再生處理，異常全部排除.至今，混床連續(xù)運(yùn)行正常，保證了熱電廠機(jī)組調(diào)試工作按期進(jìn)行，確保了華塑公司長(zhǎng)期以來(lái)水處理系統(tǒng)安全、連續(xù)、穩(wěn)定的運(yùn)營(yíng)生產(chǎn).

回顧這起混床出水異常事件，原因應(yīng)該說(shuō)不復(fù)雜，但卻造成了該公司相當(dāng)?shù)慕?jīng)濟(jì)損失，險(xiǎn)些拖延了機(jī)組的調(diào)試工作，影響可謂較大，教訓(xùn)深刻，該事件充分暴露了安徽華塑股份有限公司在設(shè)備建設(shè)過(guò)程中管理不到位，安裝過(guò)程缺乏監(jiān)督，驗(yàn)收工作不規(guī)范等種種弊端.它山之石，可以攻玉.作為直接參與這次技術(shù)攻關(guān)的長(zhǎng)興電廠化學(xué)人員，感受尤為深刻，該廠充分利用機(jī)組關(guān)停后過(guò)渡階段，通過(guò)大量走出去承接項(xiàng)目培訓(xùn)方式，努力提升人員綜合能力，取得經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)“以干促培”收效十分明顯.目前長(zhǎng)興電廠兩臺(tái)2＊660 MW火電機(jī)組即將動(dòng)工建設(shè)，如何在設(shè)備基建環(huán)節(jié)中把好驗(yàn)收、監(jiān)督把關(guān)，直接關(guān)系到投產(chǎn)后的經(jīng)濟(jì)性和可靠性，因此如何從生產(chǎn)準(zhǔn)備開始做好設(shè)備選型、工程監(jiān)督、調(diào)試驗(yàn)收工作，經(jīng)驗(yàn)的積淀非常重要，是該廠打造“國(guó)際一流發(fā)電企業(yè)”目標(biāo)的鋪墊.

［1］郝樹宏，高志華.混床樹脂分離效果預(yù)測(cè)的探討［J］.工業(yè)水處理，2007，20（7）：8－12.

［2］李紅英，邱嘉祥，彭道元，等.混床樹脂混合狀態(tài)對(duì)其出水水質(zhì)影響的研究［J］.湖北電力，2004（3）：34－35.