離子交換設(shè)備與運(yùn)行

1、鍋爐與鍋爐房設(shè)備施工 教案模塊三：鍋爐房工藝系統(tǒng)及輔助設(shè)備單元八：鍋爐的水處理技術(shù).4離子交換設(shè)備與運(yùn)行學(xué) 院 內(nèi)蒙古建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 院 （部） 機(jī)電與暖通工程學(xué)院 教 師 王思文 離子交換設(shè)備與運(yùn)行教學(xué)目的通過(guò)課程教學(xué)，挖掘?qū)W生潛在創(chuàng)造力，激發(fā)學(xué)生的工程設(shè)計(jì)能力。以工作任務(wù)形式組織學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)意識(shí)，組織協(xié)調(diào)能力、創(chuàng)新思維能力，溝通交流能力，自我學(xué)習(xí)能力、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。通過(guò)學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠?qū)﹀仩t房工藝系統(tǒng)及輔助設(shè)備有更全面的理解。教學(xué)目標(biāo)能力（技能）目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)素質(zhì)目標(biāo)1 能運(yùn)用鍋爐用水評(píng)價(jià)指標(biāo)。 2 能分析各種水處理技術(shù)的特點(diǎn)。1 掌握鍋爐用水評(píng)價(jià)指標(biāo)及水中雜質(zhì)

2、的危害。2 熟悉各種水處理技術(shù)的原理。3 掌握各種水處理技術(shù)的工作過(guò)程。1挖掘?qū)W生潛在創(chuàng)造力，激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)積極性；2培養(yǎng)學(xué)生的與人交流、與人合作的能力，培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題、自我學(xué)習(xí)能力。任務(wù)與案例任務(wù)：根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，能夠熟悉各種水處理技術(shù)的工作原理及特點(diǎn)。案例：1. 利用課堂教學(xué)進(jìn)行深入學(xué)習(xí)。 2. 校內(nèi)鍋爐房水處理設(shè)備。重點(diǎn)難點(diǎn)及解決方法重點(diǎn)：1.鍋爐水處理技術(shù)的原理及特點(diǎn)。 難點(diǎn)：無(wú)。 參考資料鍋爐與鍋爐房設(shè)備 夏喜英主編 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社鍋爐及鍋爐房設(shè)備杜漸主編 中國(guó)電力出版社工業(yè)鍋爐設(shè)備 丁崇功主編 機(jī)械工業(yè)出版社工具與媒體計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、錄像、課件、圖紙、筆、橡皮、專(zhuān)業(yè)相關(guān)資

3、料等。授 課 教 案一、鈉離子交換設(shè)備及其運(yùn)行(一) 固定床離子交換器是指運(yùn)行時(shí)交換器中的交換劑層是固定而不流動(dòng)的，一般原水由上而下經(jīng)過(guò)交換劑層，使水得到軟化，簡(jiǎn)稱(chēng)固定床。固定床交換器常用的規(guī)格用筒體的直徑表示。有500mm-2000mm等多種，交換劑層高有、2m及。固定床離子交換按其再生運(yùn)行方式不同，可分為順流再生和逆流再生兩種。1. 順流再生鈉離子交換器及其運(yùn)行順流式再生是指交換運(yùn)行時(shí)再生液的流動(dòng)方向和原水流動(dòng)方向相同，一般均由上向下。1) 結(jié)構(gòu) 順流再生固定床離子交換器結(jié)構(gòu)如圖所示。 鈉離子交換器1進(jìn)水閥 2排水閥 3分配漏斗 4法蘭 5環(huán)行管 6噴嘴 7排水閥 8軟水出水閥 9沖洗水進(jìn)

4、水閥 10三通 11泄水帽 12集水管 13排氣管 14排水管 15排氣閥 16泄水管它由交換器殼體、進(jìn)水裝置、再生液分配裝置、底部排水裝置和頂部排氣管等組成。2) 順流再生離子交換器運(yùn)行操作（見(jiàn)圖）。a. 軟化 目的：使原水軟化。過(guò)程：上進(jìn)下出。操作：閥門(mén)1和2開(kāi)起，其余閥門(mén)關(guān)閉。要求：應(yīng)定時(shí)對(duì)水質(zhì)進(jìn)行化驗(yàn)；當(dāng)出水硬度達(dá)到規(guī)定的允許值時(shí)，應(yīng)立即停止軟化。b. 反洗 目的：松動(dòng)軟化時(shí)被壓實(shí)了的交換劑層，同時(shí)帶走交換劑表層的污物和破碎的交換劑顆粒。為還原創(chuàng)造條件過(guò)程：下進(jìn)上出。操作：閥門(mén)3和5開(kāi)起，其余閥門(mén)關(guān)閉。要求：反洗強(qiáng)度以不沖走完好的交換劑顆粒為宜，一般為15m/h，反洗時(shí)間一般為1015

5、min。 順流再生離子交換器操作示意圖c. 再生目的：使失效的交換劑恢復(fù)交換能力。過(guò)程：再生液下進(jìn)上出。操作：閥門(mén)4和6開(kāi)起，其余閥門(mén)關(guān)閉。要求：再生流速一般為48m/h。d. 正洗 正洗的目的是清除交換劑中殘余的再生劑和再生產(chǎn)物。廢鹽液放盡后，開(kāi)始正洗，正洗水耗通常為36m3/m3樹(shù)脂，正洗速度為68m/h，正洗時(shí)間為3040min，正洗后期階段的含鹽分的正洗水可送入反洗水箱貯存起來(lái)，供下次反洗使用，以節(jié)省用水量和耗鹽量。正洗結(jié)束后，又可開(kāi)始軟化。3) 順流再生固定床的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行維修方便，水質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)。缺點(diǎn)是再生鹽液耗量大。2. 逆流再生鈉離子交換器及其運(yùn)行逆流式再生是指再生

6、時(shí)再生液的流向和原水軟化運(yùn)行時(shí)的流向相反。通常鹽液從交換器下部進(jìn)入，上部排出。新鮮的再生液總是先與交換器底部尚未完全失效的交換劑接觸，使其得到很高的再生程度，隨著再生液繼續(xù)向上流動(dòng)，交換劑的再生程度逐漸降低，當(dāng)再生液與上部完全失效的交換劑接觸時(shí)，再生液仍具有一定的“新鮮性”，再生液被充分利用。在軟化運(yùn)行時(shí)，水中鈣、鎂離子含量隨著水流向下越來(lái)越少，而下部交換劑的再生程度很高，因此，交換反應(yīng)仍能持續(xù)進(jìn)行下去，使交換器的出水水質(zhì)較好。綜上所述，逆流再生離子交換具有出水質(zhì)量高、鹽耗低等優(yōu)點(diǎn)，所以被廣泛采用。在逆流再生時(shí)，由于再生液是從交換劑下部進(jìn)入的，當(dāng)再生液流速較高時(shí)，會(huì)使交換劑層產(chǎn)生擾動(dòng)現(xiàn)象。這樣

7、，交換劑層上下層次被打亂，稱(chēng)為亂層。如果發(fā)生亂層現(xiàn)象，就失去了逆流再生的特點(diǎn)。為了防止亂層，逆流再生交換器在結(jié)構(gòu)上和運(yùn)行上都有一些相應(yīng)的措施。在結(jié)構(gòu)上，在交換劑表面層設(shè)有中間排水裝置，使向上流動(dòng)的再生液或沖洗水能均勻地從排水裝置排走，而不使交換劑層發(fā)生擾動(dòng)，另外在交換劑表面鋪設(shè)150200mm厚的壓實(shí)層，可用2530目的聚乙烯白球或直接用失效樹(shù)脂作為壓實(shí)層。壓實(shí)層還可以起過(guò)濾的作用，把水中帶進(jìn)的懸浮物擋住，保護(hù)交換劑。 壓縮空氣頂壓法是從交換器頂部送入0.03的壓縮空氣，這是防止亂層的理想措施，但需增加空壓機(jī)設(shè)備。 1) 壓縮空氣頂壓法逆流再生操作步驟如下：a. 小反洗 交換器運(yùn)行失效時(shí)停止運(yùn)

8、行，反洗水從中排裝置引進(jìn)，經(jīng)進(jìn)水裝置排走，以沖去積聚在表面層及中排裝置以上的污物。反洗流速控制在510m/h，時(shí)間35min，如圖所示。b. 排水 開(kāi)起空氣閥和再生液出口閥，放掉中排管上部的水，使壓實(shí)層呈干態(tài)，如圖所示。c. 頂壓 關(guān)閉空氣閥和排再生液閥，開(kāi)起壓縮空氣閥，從頂部通入壓縮空氣，并維持0.030.05MPa頂壓，如圖所示。d. 再生 在頂壓情況下，開(kāi)起底部進(jìn)再生液閥門(mén)，使再生液以25m/h的流速?gòu)南虏克腿耄S適量空氣從中排裝置排出，如圖所示。再生時(shí)間一般為4050min。e. 逆流沖洗 當(dāng)再生液進(jìn)完后，關(guān)閉再生閥門(mén)，開(kāi)啟底部進(jìn)水閥，在有頂壓的狀態(tài)下進(jìn)行逆流沖洗，從中排裝置排水，如圖

9、所示。時(shí)間一般為3040min。 f. 小正洗 停止逆流沖洗和頂壓，放盡交換器內(nèi)的剩余空氣，從頂部進(jìn)水，由中間排水裝置放水，以清洗滲入壓實(shí)層中及其上部的再生液，如圖所示，流速1015m/h，時(shí)間約為10min。g. 正洗 水從上部進(jìn)入，由下部排放，如圖所示，直到出水符合給水標(biāo)準(zhǔn)，即可投入運(yùn)行。氣頂壓法逆流再生操作示意圖a）小反洗 b）排水 c）頂壓 d）再生e）逆流沖洗 f）小正洗 g）正洗一般交換器在運(yùn)行20個(gè)周期之后，要進(jìn)行一次大反洗，以除去交換劑層中的污物和破碎的交換劑顆粒，此時(shí)從交換器底部進(jìn)水，從頂部排水裝置排水。由于大反洗松動(dòng)了整個(gè)交換劑層，所以大反洗第一次再生時(shí)，再生劑用量要加大一

10、些。2) 浮動(dòng)床浮動(dòng)床水處理是固定床逆流再生的另一種形式，它是樹(shù)脂層(也稱(chēng)床層)的運(yùn)行和再生兩種工況交替循環(huán)的過(guò)程，如圖所示。浮動(dòng)床工作示意圖a) 運(yùn)行狀態(tài)b)再生狀態(tài)1-上部分配裝置2-床層3-下部分配裝置在運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，原水由底部進(jìn)入浮動(dòng)床，經(jīng)下部分配裝置后，均勻地進(jìn)入床層，靠上升水流將整個(gè)樹(shù)脂層以密實(shí)的狀態(tài)向上浮起至頂部(稱(chēng)為成床)，同時(shí)水在向上流動(dòng)的過(guò)程中完成離子交換反應(yīng)，處理后的合格水經(jīng)上部分配裝置引出本體外。當(dāng)交換劑層失效后，停止進(jìn)水使樹(shù)脂層整體下落(稱(chēng)為落床)，停止運(yùn)行。 再生時(shí)，再生液由上部進(jìn)入，經(jīng)上部分配裝置均勻地自上而下流過(guò)床層，進(jìn)行再生。然后，再用合格的水自上而下繼續(xù)進(jìn)行清

11、洗，直至出水合格為止。a. 浮動(dòng)床離子交換器結(jié)構(gòu)。浮動(dòng)床本體結(jié)構(gòu)如圖所示。 浮動(dòng)床殼體一般是鋼制的，出力不大時(shí)也可用玻璃鋼或有機(jī)玻璃制造。在殼體上設(shè)有視鏡，以觀察床層的運(yùn)行情況。殼體內(nèi)有如下裝置。浮動(dòng)床離子交換器本體結(jié)構(gòu)1-上部配水裝置2-惰性樹(shù)脂層3-體內(nèi)取樣裝置4-樹(shù)脂層5-水墊層6-下部配水裝置a) 上部配水裝置。其作用是收集處理好的水、分配再生液和清洗水。常用的有多孔板、多孔管及弧形管等幾種形式。b) 下部配水裝置。其作用是分配待處理的進(jìn)水和匯集廢再生液。常用的有石英砂墊層(多用于大型浮動(dòng)床)、多孔板擰水帽和環(huán)形管等幾種形式。c) 惰性樹(shù)脂層。其作用主要是防止破碎樹(shù)脂堵塞濾網(wǎng)、提高水流

12、分配的均勻性和采用阻力較小的大網(wǎng)眼濾網(wǎng)。 由于惰性樹(shù)脂的濕真密度小于1g/cm3，在浮動(dòng)床充滿水后自動(dòng)浮到頂部，且下表面平整，運(yùn)行時(shí)不會(huì)和離子交換樹(shù)脂混層，用水力裝卸離子交換樹(shù)脂時(shí)，也不會(huì)跟出。 惰性樹(shù)脂層的高度一般為200mm。d) 床層和水墊層。位于上、下分配裝置間，在運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，床層在上部，水墊層在下部；在再生狀態(tài)時(shí)，床層在下部，水墊層在上部。 床層(樹(shù)脂層)高度，一般為1.53.0m。 水墊層的作用：一是作為床層體積變化時(shí)的緩沖高度；二是使水流或再生液分配均勻。水墊層的高度應(yīng)適中，水墊層過(guò)高，易使床層在成床和落床時(shí)產(chǎn)生亂層現(xiàn)象；水墊層過(guò)低，則床層膨脹時(shí)，沒(méi)有足夠的緩沖高度，會(huì)使樹(shù)脂受到

13、擠壓，產(chǎn)生結(jié)塊、破碎、清洗時(shí)問(wèn)長(zhǎng)、運(yùn)行阻力大等不良現(xiàn)象。水墊層高度以50100mm為宜。b. 浮動(dòng)床運(yùn)行。浮動(dòng)床的運(yùn)行操作自交換劑層失效開(kāi)始，依次分為落床、再生、置換和正洗(水流向下清洗)、成床(起床)、順洗(水流向上清洗)及制水等程序，如圖所示。浮動(dòng)床運(yùn)行操作程序a) 落床b)再生c)置換和正洗d）起床、清洗和制水a(chǎn)) 落床。浮動(dòng)床交換劑層運(yùn)行失效后，關(guān)閉原水進(jìn)水閥和凈化水出水閥樹(shù)脂依靠自身重力逐層下落，稱(chēng)為落床。b) 再生。落床后，開(kāi)啟再生液進(jìn)口閥和倒U形管(為防止再生時(shí)空氣進(jìn)入樹(shù)脂層而設(shè)，倒U形管頂端應(yīng)高于交換器上封頭50100mm)上的排廢液閥，使再生液自上而下流經(jīng)床層，與交換劑進(jìn)行還

14、原反應(yīng)，產(chǎn)生的廢液由倒U形管排出。浮動(dòng)床再生不會(huì)引起樹(shù)脂亂層，所以，能保證出水質(zhì)量和周期制水量穩(wěn)定。 浮動(dòng)床再生時(shí)的參數(shù)：再生時(shí)間為3060min；鈉型離子交換浮動(dòng)床，NaCl(再生液)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為34，鹽液流速57m/h；氫型離子交換浮動(dòng)床，酸液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為23，酸液流速為36m/h。c) 置換。再生液進(jìn)完后，關(guān)閉再生液進(jìn)口閥，稍開(kāi)正洗水進(jìn)口閥，用與進(jìn)再生液相同的流速進(jìn)行置換，置換時(shí)必須使用處理后的水，置換廢水仍由倒U形管排出，置換時(shí)間一般為2030min。d) 正洗。置換完畢后，關(guān)閉排廢液閥，全開(kāi)正洗水進(jìn)水閥和下部排水閥，進(jìn)行正洗，通過(guò)調(diào)整排水閥的開(kāi)度，使正洗水流速控制在1015m/h；正洗時(shí)

15、間一般為1530min。e) 起床、清洗和運(yùn)行。正洗結(jié)束后關(guān)閉正洗水進(jìn)口閥和下部排水閥，開(kāi)啟下部進(jìn)水閥和上部排水閥，用高流速水將整個(gè)樹(shù)脂層平穩(wěn)地托起，稱(chēng)為起床(或稱(chēng)為成床)。為了保證起床時(shí)樹(shù)脂呈壓實(shí)狀態(tài)和不亂層，水流速度要高，一般控制在2030m/h，起床時(shí)間為23min。樹(shù)脂起床后，即可調(diào)整至正常流速進(jìn)行清洗，一般清洗時(shí)間為35min，清洗到出水合格后，即可開(kāi)啟浮動(dòng)床出水閥，關(guān)閉上部排水閥，投入運(yùn)行，運(yùn)行流速為1020m/h。f) 樹(shù)脂清洗。浮動(dòng)床運(yùn)行一段時(shí)間后，在樹(shù)脂內(nèi)截留了較多的懸浮雜質(zhì)及破碎樹(shù)脂。為此，樹(shù)脂需要定期清洗。由于交換器內(nèi)基本充滿了樹(shù)脂，沒(méi)有反洗空間，必須將部分或全部樹(shù)脂卸入

16、專(zhuān)用的體外清洗罐內(nèi)清洗。一般運(yùn)行1520周期清洗一次。 清洗好的樹(shù)脂送回交換器內(nèi)再生，第一次再生時(shí)再生劑用量是正常再生劑用量的l2倍，以保證達(dá)到原來(lái)的出水質(zhì)量和周期制水量。(二) 流動(dòng)床離子交換器原水的處理和交換劑的再生，分別在不同的容器內(nèi)進(jìn)行，該裝置稱(chēng)為流動(dòng)床離子交換器。流動(dòng)床離子交換器的交換、再生、清洗等過(guò)程是以逆流、懸浮形式進(jìn)行的，沒(méi)有周期性的“起床”、“落床”等工序，全部過(guò)程都具有連續(xù)性，完全實(shí)現(xiàn)了連續(xù)供水。圖11一17所示為雙塔式流動(dòng)床離子交換器及其工藝流程。流動(dòng)床離子交換器及其工藝流程1-交換塔2-再生清洗塔3-樹(shù)脂噴射器4-再生液制備槽5-原水流量計(jì)6-清洗水流量計(jì)7-再生液流量

17、計(jì)8-再生液泵1. 流動(dòng)床離子交換器工藝流程1) 交換流程。流動(dòng)床交換塔通常由三塊塔板分隔成四個(gè)區(qū)間，每塊塔板上設(shè)有浮球裝置及若干個(gè)過(guò)水單元，原水從塔底進(jìn)入交換塔后均布上升，穿過(guò)塔板上的過(guò)水單元，與從塔頂送人并通過(guò)浮球裝置逐層下落的樹(shù)脂進(jìn)行逆流、懸浮狀態(tài)下的離子交換，原水被軟化后從塔頂溢流槽排出，送入軟化水箱，供鍋爐使用；失效樹(shù)脂落入塔底，靠水噴射器送至再生清洗塔(上半部分為再生段、下半部分為清洗段)頂部。 塔板中央浮球裝置的啟閉依靠水動(dòng)力自動(dòng)實(shí)現(xiàn)。交換時(shí)，浮球被上升水流頂起，使樹(shù)脂從上而下沿塔板逐級(jí)下落；而停止交換時(shí)，浮球靠自重下落，關(guān)閉錐孔，樹(shù)脂停止運(yùn)動(dòng)。每個(gè)過(guò)水單元有56個(gè)水孔，孔的上方裝有覆蓋面積較大的蓋板，在任何工況下都能阻擋樹(shù)脂穿過(guò)水孔下落。2) 再生流程。輸送至再生清洗塔頂?shù)氖?shù)脂，從上而下流經(jīng)回流斗(如輸送的失效樹(shù)脂量過(guò)多，由回流斗自流返回交換塔底部)、儲(chǔ)存斗(失效樹(shù)脂浸泡在儲(chǔ)存斗內(nèi)廢再生液中，進(jìn)行預(yù)處理)后進(jìn)入再生段，與自下而上的再生液進(jìn)行逆流、懸浮再生，逐步恢復(fù)交換能力。再生液由再生段底部進(jìn)入，沿再生段向上流動(dòng)，與失效樹(shù)脂進(jìn)行離子交換反應(yīng)后，變成廢液，由儲(chǔ)存斗上部的廢液管排出。3) 清洗流程。經(jīng)過(guò)再生后的樹(shù)脂，依靠自重下落至清洗段，