凝結(jié)水混床的混合及水流分布的研究

1、凝結(jié)水混床的混合及水流分布的研究錢勤(武漢大學(xué)水質(zhì)工程系,湖北武漢 430075)內(nèi)容摘要 研究了對運(yùn)行狀態(tài)下的凝結(jié)水混床樹脂層,用專用樹脂取樣管理,取出在橫截面不同位置、不同深度的樹脂樣，分析陰、陽樹脂的比例、失效度和主要離子成分，了解了混床內(nèi)陰、陽樹脂混合的均勻性及水流分布情況，進(jìn)而分析凝結(jié)水混床出現(xiàn)問題的原因，并提出對策。關(guān) 鍵 詞 凝結(jié)水床 離子交換樹脂 水流分布Study on the Resins Mixing Pattern of The Mixed Bed for Condensate Polishing and Water Flow distributionQian Qin(

2、Department of Water Quality Engineering,wuhan University,wuhan 430072,China)Abstract This study directed mainly natural state resins of the condensate polishing mixed bed.Resins from different depths and places from the equipments were taken with on a pipe sampler.The proportion of anion resins to c

3、ation resins,degree of losing efficacy and main ion component of anion resins and cation resins were analyzed.so that the state of mixing of anion resins with cation resins and distribution of water fiow throughout a mixed bed were thus clarified.This method is useful to analyse and solve the proble

4、ms of the condesate polishing mixed bed.Keywords condensate polishing mixed bed ion-exchang resins water flow distribution 我校曾在對陽邏電廠和首陽山電廠凝結(jié)水處理混床運(yùn)行問題的研究中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)混床中陰、陽樹脂混合很不均勻的情況，并分析了由此造成混床出水水質(zhì)不良和運(yùn)行周期短的原因及機(jī)理1。同時(shí)在對首陽山電廠凝結(jié)水處理混床的問題研究中發(fā)現(xiàn)了混床樹脂層面不平和水流分布不均勻的情況1，2。為了更具休地了解混床樹脂層內(nèi)陰、陽樹脂混合的均勻性及水流分布均勻性，在對另一個(gè)電廠凝結(jié)水混床

5、運(yùn)行問題的研究中，對其中兩臺運(yùn)行中的混床，打開上部入孔測量了樹脂層面的平整性，并在橫截面不同位置不同深度處取樹脂樣，分析其陰、陽樹脂的比例和樹脂的離子成分。1 混床基本情況該電廠為300MW亞臨界參數(shù)機(jī)組，鍋爐為中間再熱自然循環(huán)汽包爐。凝結(jié)水處理為低壓混床系統(tǒng)，不設(shè)前置過濾器。機(jī)組的凝結(jié)水100%進(jìn)行精處理，凝結(jié)水處理系統(tǒng)共設(shè)置A、B、C三臺直徑為2.2m、設(shè)計(jì)運(yùn)行流速為100m/h的高速混床，兩臺運(yùn)行，一臺備用，并設(shè)置一套體外再生、空氣擦洗系統(tǒng)。高速混床內(nèi)裝漂來特凝膠均粒NJ001和NJ201樹脂共3.8m3，陽樹脂與陰樹脂的體積比為2：1。在樹脂再生時(shí)觀察及取樣分析發(fā)現(xiàn)，由于體外再生分離設(shè)

6、備高度不足，有12%的陰樹脂未從陽樹脂中分離出來。陰、陽樹脂的基本性能測定結(jié)果見表1。表1 陰、陽樹脂主要基本性能一覽表項(xiàng) 目 陽樹脂 陰樹脂外觀 淡褐色半透明球狀顆粒 褐色半透明球狀顆料全交換容量 干態(tài) 4.391(RNa),4.857(RH) 3.375(RCl)(mmol/g) 濕態(tài) 2.309(RNa),2.244(RH) 1.878(RCl),1.555(ROH)體積交換容量（mmol/ml） 1.822(RNa),1.672(RH) 1.283(RCl)陰樹脂強(qiáng)堿基團(tuán)（mmol/g） - 1.476(ROH濕)濕視密度（g/ml） 0.789(Rna) 0.683(RCl)濕真密度

7、（g/ml） 1.259(Rna) 1.10(RCl)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)粒徑范圍 0.71mm-1.25mm 0.4mm-0.9mm內(nèi)樹脂量（%） 51 99有效粒徑（mm） 0.59 0.522均一系數(shù) 1.23 1.122、取樣分析方法由于該設(shè)備自投運(yùn)以來，一直存在混床出水水質(zhì)不穩(wěn)定，出水電導(dǎo)率偏高（一般在0.2-0.4s/cm）、運(yùn)行周期短的現(xiàn)象，為了查明問題的原因，我們對運(yùn)行了36h的B床和運(yùn)行了一周的C床樹脂層，采用“設(shè)備內(nèi)樹脂取樣管”，取出床層中不同部位（中心和四周）的樹脂，分析各個(gè)樣品的陰、陽樹脂比例、失效度和主要離子成份，以便更直觀、準(zhǔn)確地分析其床內(nèi)陰、陽樹脂分布的均勻性。運(yùn)行前陰樹脂

8、采用了低純度的30%工業(yè)堿再生，故極限再生度很低。圖1 樹脂取樣部位分布圖打開人孔后，通過直接觀察發(fā)現(xiàn)，B、C床內(nèi)樹脂層面都不平，中心部位比邊緣高約10-15cm。取樣點(diǎn)分布如圖1所示，圖中虛線表示該點(diǎn)取樣時(shí)取樣點(diǎn)插入床層的傾斜方面，傾斜角度約為30度。取樣器為長約1.2m的聚乙烯管。外徑為約35mm，內(nèi)徑為31mm,縱向每隔10cm有一直徑為5mm的小孔，取樣前先用膠條將小孔封住，其插入端約呈450角坡面。取樣管中樹脂樣編號如下，B床中1取樣管中所取出樣品，按其在原樹脂層中自上而下的順序，依次編號為B1-1、B1-2、B1-3；2取樣管依次編號為B2-1、B2-2、B2-3。C床取樣管中樹脂

9、編號以此類推。2.1樹脂樣在床層中深度的推算對于垂直插入床層的取樣器中樹脂樣在混床內(nèi)深度，可由取樣器插入深度及樣品在取樣管中位置直接得出；對于斜插入床層的取樣器中樹脂在混床內(nèi)深度，可據(jù)斜插角度及樣品在取樣管中的位置計(jì)算得出。2.2 樣品分析陰、陽樹脂的混合比例測定是，將混合樹脂樣品置于小交換柱中進(jìn)行反洗分離，然后對反洗分離后的陰、陽樹脂分別用濃鹽水浸泡檢驗(yàn)，可確認(rèn)已基本達(dá)到完全分享的效果后，得出陰、陽樹脂的體積比。失效度及離子成分通過化學(xué)分析方法測定并計(jì)算得出。3 凝結(jié)水處理混床內(nèi)樹脂層態(tài)分析3.1混床內(nèi)陰、陽樹脂比例的測定混床內(nèi)陰、陽樹脂比例測定結(jié)果如圖2、圖3所示。圖2 B床內(nèi)陰、陽樹脂混

10、合狀態(tài)分析圖圖3 C床內(nèi)陰、陽樹脂混合狀態(tài)分析圖由圖2、3可見：B、C床內(nèi)樹脂分布狀態(tài)有所不同。C床內(nèi)陰、陽樹脂混合比較均勻；B床內(nèi)陰、陽樹脂混合不均，上層陰樹脂偏多，下層陽樹脂偏多。由此說明：混床內(nèi)樹脂分布具有一定的偶然性。本運(yùn)行周期的運(yùn)行記錄也表明，陰、陽樹脂混合較均勻的C床運(yùn)行出水水質(zhì)（電導(dǎo)率0.39s/cm）好于B床（電導(dǎo)率0.65s/cm）制水周期也較B床長。據(jù)現(xiàn)場了解，上述B、C床出現(xiàn)的分布差別，是由于C床是在樹脂輸送至混床后，就地空氣擦洗并排水至混床內(nèi)樹脂層面后直接投入運(yùn)行的，而B床內(nèi)樹脂是空氣擦洗后未排水而儲存在混床內(nèi)一段時(shí)間的備用樹脂，在投運(yùn)前未進(jìn)行空氣擦洗。由此說明，混床內(nèi)

11、混合樹脂在投運(yùn)前是否進(jìn)行空氣擦洗及排水狀況是影響混床內(nèi)陰、陽樹脂分布狀態(tài)的一個(gè)因素。3.2混床內(nèi)陽樹脂再生度分析B、C床取樣陽樹脂再生度分析結(jié)果如圖4、5所示。圖4 B床陽樹脂再生度測定結(jié)果分析圖圖5 C床陽樹脂再生度測定結(jié)果分析圖3.3混床內(nèi)陰樹脂再生度及離子成份分析混床內(nèi)陰樹脂再生度及離子成份測定結(jié)果如圖6所示：圖6 陰樹脂再生度測定結(jié)果分析圖注：由于陰樹脂的再生度及離子成份的測定比較復(fù)雜，只對C床2#、3#及B床2#的取樣點(diǎn)所取樣品進(jìn)行分析測定。按陰樹脂體積交換量為1.283mmol/ml(RCl)進(jìn)行分析計(jì)算。（1）圖6中深度0.3-0.6m處其再生度低，為混床工作層。（2）下面未工作

12、層（按較高ROH再生度判斷）處，測得的陰樹脂最高再生度約為29%，遠(yuǎn)低于再生后陰樹脂的平均再生度45%，這除了陰樹脂吸收陽樹脂再生殘留的HCI和運(yùn)行了一段時(shí)間難免消耗了一部分ROH外，主要還是因?yàn)榛齑仓嘘帢渲腔烊肓思s12%再生度為0的全RCI型樹脂，該陰樹脂是再生前混在陽樹脂中未分離出的部分。（3）床面層陰樹脂再生度反而高于位于其下層的陰樹脂，可推測在面層陽樹脂失效后，發(fā)生過堿性凝結(jié)水（ph約為9.0-9.3）與前段運(yùn)行已失效陰樹脂的反交換反應(yīng)：OH-+RCI ROH+CI-，反交換產(chǎn)生的CI向下移動，在有RH型樹脂存在的H型混合層部分CI-又會發(fā)生反應(yīng)：CI-+ROH RCI+OH-，從而

13、導(dǎo)致混床內(nèi)面層陰樹脂再生度反而高于較下層陰樹脂的情況；陰樹脂中RHCO3型含量不高，說明凝汽器真空正常，無明顯空氣漏入汽側(cè)情況。4 結(jié)論（1）樹脂層層面有不平現(xiàn)象，會使床層內(nèi)產(chǎn)生偏流，出現(xiàn)同一截面（同一深度）不同位置處水流分布不均；（2）陽、陰樹脂的混合均勻與否，與操作方法有關(guān)，混合操作不當(dāng)時(shí)，可存在陽、陰樹脂嚴(yán)重混合不均，且主要是面層上陰樹脂多；（3）即使在混合較均勻的情況下，在混床層內(nèi)各處陰樹脂的混合比例也不相同，即不是絕對均勻；（4）該廠條件下混床中陰樹脂存在反交換，導(dǎo)致混床內(nèi)面層陰樹脂再生度反而高于較下層陰樹脂。另外，采用所述取樣管取樣方式，成功地取出了運(yùn)行混床樹脂層內(nèi)部位的樹脂樣品，對運(yùn)行狀態(tài)下的凝