化学制水处理系统制水工艺研究与节能实践

Posted 2023-01-13 树脂

篇首语：听闻少年二字，当与平庸相斥。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了化学制水处理系统制水工艺研究与节能实践相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

1工艺概况及问题的提出
1.1东滩电厂化学制水处理系统于1997年10月投入运行，担负全厂3台75t/h煤泥循环流化床锅炉(我国第一台循环流化床煤泥锅炉)的用水、制水任务。众所周知，电厂制水系统是电厂安全生产的一个极其重要的生产环节，该系统能否安全、高效、稳定运行，直接关系到电厂全厂能否实现安全生产的问题。化学制水系统存在制水量不足、运行成本居高不下等一系列问题，已经严重制约到锅炉安全、可靠及稳定用水，尤其在锅炉负荷调整状态下，矛盾更加突出。
1.2化学制水系统存在和需研究解决的主要问题
该系统采用二级复床除盐设计，即：阳床一除碳器一阴床一阳床一阴床。投运7年来主要存在以下问题：
(1)一级除盐系统运行周期已由投运初期的8h降为现在的3.5～4.5h，再生极为频繁。
(2)树脂的机械强度、性能劣化使得工作交换容量大大降低，树脂破碎率明显增加。
(3)一级阳床周期制水量已由原来的500～550m0An降至现在的280～350m3An；一级阴床的周期制水量由原来的350～400m0An降至现在的180～200m3An。
(4)阳床再生酸耗量由原来的2kg/吨水增加至4.3kg/g0g水；阴床再生碱耗量由原来的2.3kg/吨水增加至4.5kg/吨水。
(5)吨水成本由2.48元增加到近6.54元。
(6)酸、碱废水排放量大增，环保效益越来越差。
(7)越来越多地影响到锅炉给水水质：在锅炉启炉、检修、调试、冬季供暖或事故状态大量用水情况下，除盐水供应严重不足，常常因除盐水不足，影响锅炉的正常运行，由于频繁连续地制水，运行人员劳动强度很大，致使电厂水处理系统多项工作被动，激增的年制水成本，也直接影响到电厂的整体效益。因此，通过化水系统的制水工艺研究，解决化水系统长期以来存在的上述问题，对保证锅炉用水安全、降低运行成本、降耗节能、减少废水排放、洁净生产、降低劳动强度、改善工劳动条件均具有重要的实际意义。
2.存在问题的原因分析
针对化学制水系统存在的上述问题，我们进行了大量的调查、分析及研究，进行了详细生产统计后认为，造成目前化学制水系统现状的主要原因如下：
(1)系统配置不合理。现系统二级除盐仅作为一级除盐的辅助设备使用，常常2-3个月才需要再生一次，不能有效缓解一级除盐交换压力。
(2)无顶压逆流再生固定床工作交换容量低。目前运行的无顶压逆流再生固定床采用强酸和强碱两种树脂，工作交换容量低，按国家设计规程规定工交量分别为800～900mol/m和250～300mol/m3。如此低的工交量对处理含盐量高的原水必然引起制水周期短、酸碱耗量高的问题。
(3)电厂原水水质劣化(通过多次的权威部门水质化验得到进一步证实)。
(4)树脂的机械强度、性能劣化使得工作交换容量大大降低，树脂破碎率明显增加。
3.化学制水处理系统制水工艺方案的选择
根据我公司的水质情况，我们先后提出了三个可选方案：在原系统上进行大修方案；采用“反渗透+固定床"工艺；采用满室床制水工艺。经过对上述三个方案从投资回收、适用现场水质状况、运行成本、技术先进性、酸碱消耗、日常维护工作量、制水系统流量、制水指标等多个方面进行了对比研究与论证认为：双室满室床制水工艺具有投资省、制水工艺先进、运行成本低、维护量小、制水指标好、设备占地空间小等优势，因此确定采用双室满室床制水工艺对电厂化学制水系统进行工艺技术改造。
4双室满室床制水工艺
4.1满室床技术简介
满室床是美国罗门哈斯公司(Rohm&HaasCo.)针对其均粒树脂(Amberjet)而发明的专利技术(满室床结构见图1)。具有结构和操作简单、运行费用低、再生剂耗量少、再生效率高、自用水量少，交换容量高、出水水质好(电导率0.1～1.0uS/cm，硅含量≤10ug/1)等优点。在正常条件下，18个月内无需反洗。

4.2.3Amberjet均粒树脂强度高、不易破碎，具有性能卓越的机械强度，良好的抗渗透冲击性能；树脂之间空隙一致，设备压降减小，故障率大大降低。
4.2.4更低的水耗
由于Amberjet均粒树脂内部结构均化，颗粒一致，所以再生剂扩散时间缩短，再生剂用量减少，水耗降低50%(见图2)。

4.2.5有良好的水力学特性，压降低，摩擦少，易转
化，更充分的离子交换，不易产生偏流(见图3)。
4.2.6洗淋水少(见图4)
4.2.7使用寿命长
均粒树脂使用寿命是国产普通树脂的3.0倍。
4.2.8良好的抗有机污染性能
随着水中有机物含量的增高，均粒树脂的抗污染能力将更加明显。Amberjet系列树脂通过强化污染试验表明，该树脂具有比普通树脂更强的抗污染能力。
4.2.9优异的性能指标
Arnberjet1200Na树脂的体积交换容量高达2.2mmol/ml，而001×7#树脂一般为1.7mmol/ml，最大不会超过1.9mmol/ml；Arnberjet1200Na的磨后圆球率高达99%，而001×7#一般为95%～98%；Amberjet4200C1的体积交换容量高达1.3mmol/ml，而201×7一般为1.0～1.1mmol/ml。
5制水工艺流程设计
结合电厂的水质情况设计的制水工艺流程(见图5)，将原来的4个阴阳床罐减少到2个。

5.1技术特点
采用目前国内领先水平的双室满室床水处理技术，具有结构和操作简单、运行费用低、出水水质好、制水量大、再生剂耗量少、交换容量大、废水产生量少等诸多优点(一般电厂水质电导率不超过1000us/C1TI，而东滩电厂地下水电导率高达1500～$/can)。
5.2工艺创新
5.2.1均粒树脂的应用
均粒树脂克服了传统生产工艺的搅拌反应静态聚合球体所造成的受力不均现象，采用连续孔道喷射成型工艺，具有优点如下：
(1)更高的交换容量(制水量可提高20%以上)；
(2)具有良好的机械强度及抗洒渗透冲击性能，水耗降低50%，故障率大大降低；
(3)优异的性能指标，体积交换容量高达2.2mmol/ml，磨后圆球率则高达99%。
5.2.2双室满室床制水工艺
该技术是目前最先进的制水工艺，效率高、运行稳定可靠、成本低、几乎没有维护量，该技术与电厂原水水质的科学、合理结合(经过反复几十次的磨合试验，最终获得成功)是东滩电厂化学制水系统制水工艺改进创新的关键点。
6改进后技术性能指标及参数对比
该研究改进方案实施前、后主要参数对比见表1。系统运行综合数据对比见表2。

以2004年10月10～20日的典型三次制水周期计算，平均制水量805t，达到原水电导率1550uS/cm制水780t的要求(原水电导率1430～S/cm制水960t)，最大制水能力已超过预期(80t/h)，达到90t/h，863高效过滤器各项指标均达到设计要求，制水周期超过设计要求达到55h。
由上述运行统计数据及分析计算看出：化学制水系统制水工艺研究成果实施后，制水各项指标优良，均已超过预期指标及目标。
7经济、社会效益分析
7.1安全效益
通过该研究项目的实施，排除了化水系统周期制水不足引起的频繁停炉、停机或降负荷运行带来的生产安全隐患，该化学制水系统制水工艺的改进实施经验对同类电厂具有重要的借鉴及推广意义。
7.2社会效益
通过采用先进制水工艺与现场实际相结合进行研究及试验，积累了大量的工艺研究、运行控制经验，不仅达到了锅炉用水的各项技术指标，而且极大地延长了制水周期，制水成本也大大下降，节支降耗效益突出，降低了职工的劳动强度，废水排放大大减少，环保效益明显。
7.3经济效益
此次化学制水系统工艺研究成果实施后，其经济效益显著。项目实施后系统制水周期长、制水量大，完全可满足3台锅炉的煮炉、启炉、校安全阀或紧急状态下的大量用水需求，确保了机组的安全运行，大大减少了不必要的负荷损失，年效益增加。
(1)吨水成本由6.54元降为3.1元，年产水量按实际需求75000t计，仅此一项年可节约75000X(6.54—3.1)=25.8万元。
(2)每台锅炉按2个月启停一次，每次因除盐水不足影响其他2台锅炉正常带负荷4h计4000kW(每炉影响负荷4()(]0kw)，由此可减少发电损失效益为4000kWX2台X4hX18次X0.5元/kWh=28.8万元。
(3)每台锅炉6个月校一次安全阀，每次影响其他2台锅炉正常带负荷4h(每炉影响负荷3000kW)，减少影响发电效益为3()(]0kwX2台X4hX6次X0.5元/kWh=7.2万元。
(4)因运行周期加长，制水量增大，可保证热网系统补充软化水，由此可大大延长热网交换器的清洗费用，年节约费用约3万元。
(5)减少废水排放环保交费。年减少废水排放量为(75000吨水÷2l0吨水/N期X52吨水做一75000吨水/年÷720吨水/N期X85吨水做)X1元/t=0.97万元(排污费1元/t)。全年增加效益共计65.77万元，经济效益非常可观。