凝结水处理混床与单床串联系统的比较

在天然水的除盐中,一级除盐(单床)出水水质纯度不能满足要求时,混床作为提高水质的措施,被认为出水水质优于单床。通过对混床处理工艺的研究,对凝结水处理混床和单床串联系统的技术性和经济性进行了比较,认为凝结水处理出水水质不取决于离子交换设备和床型,而采用单床串联系统更为合理和经济。全文阅读:凝结水处理混床与单床串联系统的比较韩隶传,李志刚西安热工研究院有限公司,陕西西安710032【摘要】在天然水的除盐中,一级除盐(单床)出水水质纯度不能满足要求时,混床作为提高水质的措施,被认为出水水质优于单床。通过对混床处理工艺的研究,对凝结水处理混床和单床串联系统的技术性和经济性进行了比较,认为凝结水处理出水水质不取决于离子交换设备和床型,而采用单床串联系统更为合理和经济。【关键词】电厂;凝结水;除盐;混床;单床串联系统1影响凝结水处理出水水质的因素从化学除盐的机理来看,除盐装置出水中的杂质含量(在接近离子平衡的状态下)决定于树脂的再生度、水的pH值(即H+或OH-的浓度,包括离子交换反应产生的反离子浓度),以及树脂的平衡常数。在凝结水处理设备中,由于进水的含盐量低及树脂的离子交换量小,液固相的离子可在很短时间内达到平衡。因此,可以认为在运行的混床中,树脂相与水中所含的离子是处于平衡状态的,并且完全符合离子交换的质量作用定律。同时,由于凝结水中杂质离子(包括阳、阴离子)含量很低(μg/L级),离子交换产生的反离子的浓度也很小,不足以使水的pH值偏离中性(pH值7左右),对离子交换平衡反应的影响可以忽略不计。所以,在树脂已经选定(平衡常数为定值)的情况下,出水水质只决定于树脂的再生度和出水的pH值,而与离子交换设备及床型无关。出水水质与树脂再生度的关系在氢型混床运行条件下,出水pH值始终保持在7.0左右,出水水质与树脂再生度的关系如表1所列。表1氢型混床的出水pH值为7.0条件下出水水质与树脂再生度的关系在铵型混床运行过程中,由于出水pH值的升高,使出水Na+达到1.0μg/L和Cl-达到1.5μg/L,因此对树脂再生度就要有一定的要求,具体计算结果见表2。表2铵型混床条件下不同出水pH值要求树脂的再生度从表2可以看出,不论是阳树脂还是阴树脂,铵型混床对树脂再生度的要求都非常高。如果将同样再生度的树脂用于氢型混床,则其出水水质可以大幅度提高。3混床与单床的比较3.1树脂再生度的影响(1)为了改善两种树脂的混合状况,混床树脂层的总高度不得超过(1.0～1.2)m,按阳∶阴=1∶1考虑,其阳、阴树脂层高分别只有(0.5～0.6)m。树脂层的降低,必然会造成树脂工作交换容量的降低,使混床的运行周期缩短。单床工艺在水流阻力允许的情况下,可以适当提高树脂层的高度,对改善出水水质、提高树脂的工作交换容量和延长运行周期有利。(2)混床失效后,不论采用体内再生还是体外再生,都必须进行阳、阴树脂的分离,分离过程彻底破坏了树脂的失效层态,因此混床的再生都采用效率很低的顺流再生。单床工艺尤其是浮床工艺可以很好地保持树脂失效时的层态,使用对流再生方式可明显提高交换器出水端树脂的再生度,从而可改善出水水质和延长运行周期。(3)混床的阳、阴树脂分离过程中不可避免地存在树脂的交叉污染,即使采用复杂的分离设备,仍然不能彻底防止交叉污染的存在,这会直接造成树脂再生度的降低;单床工艺可彻底防止两种树脂的交叉污染。(4)混床的阳、阴树脂再生后,由于存在残留的再生废液和浸出物,在两种树脂混合时它们会被另外一种树脂吸收,从造成污染并降低树脂的再生度,对出水水质和运行周期产生不利的影响。单床工艺可彻底防止两种树脂的混合污染。(5)采用体外再生的混床失效后,树脂必须全部输送到再生系统内,但这对于直径较大的交换器来说,总会有数量不等的失效树脂残留在交换器内,难以送出,这部分树脂不经过再生,留在交换器内将影响下一个周期的出水水质和运行周期。3.2工艺过程的影响(1)由于凝结水采用加氨防腐,使水的pH值偏离了中性,变为碱性(pH值9.2～9.6),在混床内两种树脂混合不好的情况下,高pH值的进水与阴树脂接触,不仅达不到除盐的作用,还有可能将树脂相中的杂质离子排代出来,使得出水水质恶化。采用串联单床工艺,进水首先经过装有氢型阳树脂的阳床,去掉了凝结水中的氨,使水的pH值降低到7.0左右,进入阴床后能提高阴树脂的交换能力,对改善出水水质和提高运行周期有利,也即在同样的树脂再生度下,采用单床串联系统,可以获得比混床更好的水质。(2)经过再生的树脂送回到混床交换器内,由于阳树脂的沉降速度大于阴树脂,不同程度地存在二次分离现象,造成树脂层上部阴树脂多于阳树脂,下部阳树脂多于阴树脂,在顺流(自上而下)运行中,高pH值的进水先与阴树脂接触,影响了离子交换的进行,使混床出水水质恶化并缩短运行周期;当混床中的阳、阴树脂混合不好,同时存在凝汽器少量泄漏使凝结水的含盐量升高时,水中的盐类离子在混床顶部接触阴树脂,因水的pH值较高无法进行阴离子交换,而至混床底部与氢型阳树脂进行交换,将造成出水中含有酸性物质,从而使炉水的pH值降低。采用单床工艺,由于凝结水先经过氢离子交换,使水变为中性或微酸性,对阴离子的交换有利,尤其是对除硅将产生明显的效果;同时,简化了再生操作,提高了运行的可靠性和经济性。3.3对经济性的影响(1)混床失效时,由于凝结水中含有较多的氨,使阳树脂先失效,而大部分阴树脂并未失效,仍然保持氢氧型,但在混床内也必须与阳树脂同时再生,造成大量烧碱的浪费,同时产生的废碱液还必须用酸中和后才能排放,使混床的经济性大幅度降低。采用单床后,阳、阴床可分别再生,阳床失效时不必再生阴床,节省了再生费用。(2)由于交叉污染,失效混床中未失效的阳树脂混入阴树脂后再生过程中会遇到烧碱,因渗透压的冲击,树脂颗粒很容易破裂或破碎,因而降低树脂寿命。同样,未失效的氢氧型阴树脂混入阳树脂后,遇到酸也会造成损坏。(3)采用单床工艺,由于阴树脂不与高pH值的水接触,树脂的再生度可以适当降低,因此能够明显地降低树脂的再生剂耗量。同时,也减少了废酸碱的排放量,提高了运行的经济性。如果采用对流再生,则酸碱耗量将进一步降低。(4)单床工艺不需要进行树脂的输送、分离与混合操作,大大节省了自用水率。(5)单床出水水质纯度高,能够改善热力系统中锅炉给水的品质,对防止热力设备和系统的腐蚀、结垢和积盐有利。4结论(1)通过离子交换平衡的计算,可以看出离子交换的出水水质取决于树脂的再生度和水的pH值,与交换器的床型(混床或单床)无关。(2)凝结水处理采用单床串联系统在防止两种树脂的交叉污染和混合污染方面比采用混床更为合理。(3)在同样的树脂再生度下,采用单床串联系统,可以获得比混床更好的水质。(4)单床的再生剂耗量和自用水率低于混床,运行经济性好。