陽(yáng)床再生困難原因分析及處理措施

王 平，馬東偉 ，李亞靜，莫宗寶，冀納新

(1.河北省電力公司電力科學(xué)研究院，石家莊 050021；2.大唐保定熱電廠，河北 保定 071003)

1 概述

某熱電廠技改工程為2臺(tái)125 MW汽輪發(fā)電機(jī)組。配套的鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)出力為200 t/h。結(jié)合水源含鹽量較小、水質(zhì)較好的特點(diǎn)，水處理系統(tǒng)采用活性炭過(guò)濾、一級(jí)除鹽加混床的處理工藝。

工程水處理陽(yáng)床為固定床，裝填001×7型離子交換樹(shù)脂。陽(yáng)床設(shè)計(jì)為底部穹形孔板布水、多級(jí)石英砂墊層，設(shè)備中排為母支管套管式結(jié)構(gòu)，床體直徑3 000 mm，工作壓力0.6 MPa，采用逆流頂壓方式進(jìn)行再生，設(shè)計(jì)再生流量35 t/h，再生流速5 m/h，采用鹽酸進(jìn)行再生，再生濃度為2.5%～3.0%。

2 存在的問(wèn)題

工程投運(yùn)以后的8年時(shí)間里，水處理系統(tǒng)一直能夠穩(wěn)定運(yùn)行，出水質(zhì)量和制水量、酸堿耗等均能滿足設(shè)計(jì)要求。但自2010以來(lái)，運(yùn)行操作中先后發(fā)現(xiàn)3臺(tái)陽(yáng)床均出現(xiàn)不同程度的再生亂層現(xiàn)象：在正常再生條件下，有時(shí)在再生過(guò)程中會(huì)在底部窺視窗處形成水墊層、有時(shí)樹(shù)脂會(huì)自底部向上不停翻滾，造成陽(yáng)床再生失敗。

為滿足制水需要，生產(chǎn)中不得不采取降低流量的方式進(jìn)行再生。經(jīng)過(guò)多次反復(fù)的調(diào)整和試驗(yàn)，只有將再生流量從35 t/h降低到12 t/h左右時(shí)，才能維持床體的樹(shù)脂不發(fā)生亂層，保證陽(yáng)床系統(tǒng)再生效果。

低流量再生存在2個(gè)問(wèn)題：一是由于再生流量偏低而導(dǎo)致酸噴射器帶入的酸濃度降低(再生流量12 t/h左右時(shí)酸濃度最高只能達(dá)到1.0%左右)，再生酸濃度偏低；二是由于再生流量偏低使得相應(yīng)預(yù)噴射及置換流量都偏低。上述2個(gè)問(wèn)題導(dǎo)致的直接后果是預(yù)噴射、再生和置換的時(shí)間較長(zhǎng)，使得陽(yáng)床再生時(shí)間由原來(lái)的2 h增加到了6 h，既耗時(shí)耗力又影響了系統(tǒng)安全性。因此迫切需要查明陽(yáng)床再生不成功原因，制定方法措施、恢復(fù)正常生產(chǎn)秩序。

3 原因分析

3.1 樹(shù)脂分析

3.1.1 樹(shù)脂檢測(cè)

由于在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題前后進(jìn)行了陽(yáng)床離子交換樹(shù)脂的更換工作，所以首先對(duì)陽(yáng)床樹(shù)脂的性能進(jìn)行了檢測(cè)。樹(shù)脂檢測(cè)分析結(jié)果見(jiàn)表1。

由樹(shù)脂檢測(cè)結(jié)果可以看出，現(xiàn)場(chǎng)所使用的001×7型陽(yáng)樹(shù)脂的各項(xiàng)指標(biāo)均符合電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 519-2004《火力發(fā)電廠水處理用離子交換樹(shù)脂驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》中的技術(shù)指標(biāo)要求，基本排除了由于樹(shù)脂粒度、密度、均一性等原因?qū)е碌年?yáng)床再生困難的問(wèn)題。

表1 樹(shù)脂檢測(cè)結(jié)果

檢測(cè)項(xiàng)目化驗(yàn)結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)全交換容量/(mmol·g-1)4.79≥4.50含水量/%47.5345.00～50.00濕視密度/(g·mL-1)0.840.77～0.87濕真密度/(g·mL-1)1.2791.250～1.290有效粒徑/mm0.5850.400～0.700均一系數(shù)1.43≤1.60范圍粒度(0.315～1.250 mm)/% 99.9≥95.0下限粒度 (<0.315 mm)/%0.1≤1.0滲磨圓球率/%97.02≥60.00

3.1.2 樹(shù)脂裝填

樹(shù)脂裝填高度是影響再生效果的一項(xiàng)重要因素。按照DL/T 1076-2007《火力發(fā)電廠化學(xué)調(diào)試導(dǎo)則》的要求，一般陽(yáng)床樹(shù)脂裝填高度應(yīng)控制在超過(guò)中排200～300 mm的位置。現(xiàn)場(chǎng)檢查樹(shù)脂裝填高度后發(fā)現(xiàn)，更換樹(shù)脂后陽(yáng)床壓脂層大約在中排以上50～100 mm，據(jù)此考慮到造成再生不成功的原因可能與壓脂層高度不夠有關(guān)。

3.2 頂壓調(diào)整

陽(yáng)床系統(tǒng)再生采用氣頂壓逆流再生方式，設(shè)計(jì)頂壓壓力為0.02～0.05 MPa，為了最大限度抑制亂層的發(fā)生，現(xiàn)場(chǎng)決定進(jìn)行提高再生頂壓力試驗(yàn)。經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)整，提高再生頂壓力后，再生過(guò)程中樹(shù)脂斷層界面高度有所下移，但當(dāng)再生頂壓力達(dá)到0.08 MPa左右時(shí)依然有斷層和亂層，不能維持正常操作，再生效果仍然不能達(dá)到理想的要求。據(jù)此說(shuō)明頂壓調(diào)整不是造成再生困難的原因。

3.3 中排檢查

出現(xiàn)再生亂層很有可能會(huì)是中排出現(xiàn)堵塞、破口等問(wèn)題而引起的水流偏流所致。因此在對(duì)樹(shù)脂進(jìn)行檢測(cè)和對(duì)再生頂壓力進(jìn)行試驗(yàn)后開(kāi)展了中排的檢查工作。該陽(yáng)床中排型式為母管支管式，母管直徑108 mm，支管直徑57 mm，支管與母管由法蘭連接，支管底部布置四根槽鋼作支管橫梁，以加強(qiáng)支管強(qiáng)度，材質(zhì)全部采用不銹鋼1Cr18Ni9Ti。

采用中排進(jìn)水的方式以25 t/h、35 t/h、45 t/h、55 t/h流量檢查中排的布水情況，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)中排布水不勻，靠近進(jìn)水口的母管兩側(cè)布水較少，四周及母管末端的支管布水較多，流量越大，靠近進(jìn)水口的母管兩側(cè)附近布水越少。由于受重力條件的影響和頂壓操作，發(fā)現(xiàn)陽(yáng)床中排母管中部彎曲，呈上弧形，支管上的濾網(wǎng)有不同程度的破損；將中排拆出，支管部分排水孔有毛刺，因此判斷再生不成功可能與中排系統(tǒng)布水不均勻有關(guān)。

3.4 設(shè)備底部檢查

按照陽(yáng)床設(shè)備的設(shè)計(jì)圖紙，該批設(shè)備的底部布水系統(tǒng)采用穹形孔板加石英砂工藝。由于石英砂墊層受多年運(yùn)行影響可能發(fā)生級(jí)配不合理、污染、混雜和數(shù)量變化等情況，電廠進(jìn)行了石英砂墊層反洗布水檢查。具體方法為：掏空樹(shù)脂，使陽(yáng)床逆流進(jìn)水，檢查石英砂布水情況。當(dāng)陽(yáng)床進(jìn)水時(shí)，石英砂出水在同一水平面，但床體中間有大量氣泡冒出，中間水面呈現(xiàn)沸騰狀，因此確定再生不成功由底部布水不均引起。

3.4.1 石英砂墊層檢查

在樹(shù)脂自陽(yáng)床中掏出后，檢查中發(fā)現(xiàn)石英砂表層上有幾十塊大小不一的以前床體檢修時(shí)遺留的膠皮，這些膠皮平面攤開(kāi)放置，這必然影響陽(yáng)床布水，對(duì)再生影響較大，應(yīng)予以清理。檢查沒(méi)有發(fā)現(xiàn)石英砂亂層和級(jí)配不合理的現(xiàn)象。

3.4.2 穹形孔板檢查

掏出石英砂后，對(duì)陽(yáng)床底部穹形孔板進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)其與床體的安裝間隙不合格，一側(cè)間隙大于10 mm，另一側(cè)間隙小于5 mm。

4 處理措施及效果

4.1 處理措施

4.1.1 增加壓脂層

由于檢查壓脂層不符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，所以現(xiàn)場(chǎng)采取了補(bǔ)加樹(shù)脂、增加壓脂層的措施。在壓脂層達(dá)到250 mm左右后,進(jìn)行再生操作，在調(diào)整再生預(yù)噴射流量分別為15 t/h、20 t/h的情況下，樹(shù)脂沒(méi)有出現(xiàn)亂層現(xiàn)象，但進(jìn)酸后，當(dāng)流量達(dá)到25 t/h以上時(shí)樹(shù)脂就又會(huì)出現(xiàn)斷層和亂層現(xiàn)象。

4.1.2 維修中排

針對(duì)中排存在的問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)組織進(jìn)行了重新維修、安裝、防腐，更換了濾網(wǎng)。中排重新裝入后觀察中排布水，在小流量(20 t/h)時(shí)，支管各處基本都有水，靠近進(jìn)水口的母管兩側(cè)布水較少；加大流量(最大至50 t/h)后靠近進(jìn)水口的母管兩側(cè)布水有所減少，但總體布水較之前有較大改善。

中排處理后再次進(jìn)行再生時(shí)，發(fā)現(xiàn)樹(shù)脂也出現(xiàn)斷層，斷層的界面邊緣為弧線形，不過(guò)斷層上的樹(shù)脂較為穩(wěn)定，亂層現(xiàn)象有所緩解，這表明床體底部配水有“附壁”效應(yīng)，陽(yáng)床底部還有配水不勻的問(wèn)題存在。

4.1.3 調(diào)整穹形孔板間隙

為了避免破壞設(shè)備防腐，對(duì)穹形

孔板進(jìn)行了對(duì)稱調(diào)整，即調(diào)整對(duì)角間隙大小相同。對(duì)陽(yáng)床內(nèi)的石英砂墊層進(jìn)行重新篩選和裝填。裝填時(shí),嚴(yán)格參照設(shè)計(jì)要求逐級(jí)裝填，分層高度誤差控制在±10 mm，總高度允許誤差控制在±50 mm。石英砂重新鋪墊后檢查布水情況有所改善，中間水面沸騰現(xiàn)象變小，但出水仍然不均勻。

4.1.4 增加石英砂墊層高度

為進(jìn)一步改善水流運(yùn)行條件，使陽(yáng)床底部布水更加均勻，電廠對(duì)原有石英砂墊層進(jìn)行了重新的篩選和鋪設(shè)，使墊層級(jí)配達(dá)到了表2所列的級(jí)配要求。

表2 石英砂墊層的粒度和高度

層數(shù)粒度/mm高度/mm第1層16～32300第2層8～16200第3層4～8100第4層2～4150第5層1～2200

經(jīng)過(guò)調(diào)整和試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：原有石英砂級(jí)配和高度水平下仍不能達(dá)到理想的效果。因此電廠采用了補(bǔ)加細(xì)紗墊層提高布水均勻性的做法，即在原有石英砂墊層的基礎(chǔ)上補(bǔ)加了約50 mm的細(xì)紗墊層，并將裝填好的石英砂墊層用清水進(jìn)行正反沖洗直至出水澄清，取得了良好的效果。

4.2 實(shí)施效果

通過(guò)補(bǔ)加壓脂層、檢修更換中排、穹形孔板調(diào)整

和增加底部石英砂墊層等處理措施，陽(yáng)床再生流量可以達(dá)到30 t/h左右、再生濃度可以達(dá)到2.5%以上，基本滿足了制水的要求，使整個(gè)再生時(shí)間縮短到了2 h，單床周期制水量達(dá)到2 500～3 500 m3，提高了經(jīng)濟(jì)性，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，恢復(fù)了設(shè)計(jì)出力。

5 建議

離子交換技術(shù)是水處理行業(yè)中應(yīng)用比較成熟的技術(shù)，系統(tǒng)布水不均和偏流是造成再生困難的主要原因。在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中,為避免出現(xiàn)陽(yáng)床再生困難的問(wèn)題，提出以下建議：

a. 對(duì)底部穹形孔板進(jìn)行設(shè)計(jì)工藝的改進(jìn)和設(shè)備改造，從源頭提高布水均勻性;

b. 嚴(yán)格控制每個(gè)操作環(huán)節(jié)、嚴(yán)把設(shè)備和樹(shù)脂質(zhì)量關(guān)、做好運(yùn)行調(diào)整和優(yōu)化工作。

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