弱酸阳床程控技术优化及实现

弱酸阳床程控技术优化及实现

安红丽

中油电能热电一公司黑龙江大庆市163000

摘要：通过对顺流再生固定弱酸阳床来水水质、制水化学反应机理、床体因素、程控工艺等方面进行研究分析，提出床体树脂压实，自耗水量明显增加以及循环冷却水浓缩倍率增加，结垢问题日趋严重的技术解决方案，同时该项优化技术还能够进一步提高弱酸阳床的周期制水量，降低再生酸耗。

关键词：双流弱酸阳床；循环冷却水；碱度

1运行现状及存在的问题

大庆热电厂共计200MW燃煤供热机组三台、300MW燃煤供热机组一台。公司生产用水源自大庆水库水，化学水处理系统设计出力为3000t/h，生水经弱酸阳床（即弱酸阳离子交换器，以下简称弱酸阳床）软化后作为发电机组循环冷却水、热网补充水和生活消防水，其中循环冷却水补充水量为1560t/h。

弱酸阳床为顺流再生固定床，全公司共计12台。单台出力150t/h，高5.238m直径3.024m，弱酸阳离子树脂高1.5m，树脂采用D113型丙烯酸系弱酸阳树脂，工作交换容量3000mol/m3。

弱酸阳床共计就地手动、远方操作、程控三种运行方式，全年共再生弱酸阳床约523台。

1.1床体树脂压实，导致自耗水量明显增加。

由于连续制水运行，树脂逐渐压实结块，不仅使水流阻力增加，而且容易偏流。特别在夏季运行时，水库来水含盐量及有机物含量（溶解固形物）小，因此，床体的制水周期更长，结块现象更加明显，再生反洗时，需将程控反洗流量提升至220t/h，才能将树脂清洗干净，上述问题导致自耗水量明显增加。

1.2随着循环冷却水浓缩倍率的增加，结垢问题日益突出。

弱酸阳床提供的水塔循环冷却水含有一定的残留硬度，在凉水塔中连续蒸发浓缩过程中，循环冷却水浓缩倍率的逐渐增加，相应造成循环水的碱度提高，水中二氧化碳减少，随着碳酸钙的析出、沉淀，200MW机组三个凉水塔结垢日趋严重。

2问题研究及技术改进

由于树脂压实、循环浓缩倍率增加，导致生产废水残留硬度、自耗水率不断上升，直接导致生产用水成本及节能减排压力大幅上升，为此，我们围绕生水水质、制水化学反应机理、床体因素、程控工艺等方面进行以下分析：

2.1生水水质分析：

大庆热电厂所用水源为大庆水库来水。夏季时，由于嫩江水向水库补充江水，所以来水水质较好，水中杂质离子少，含盐量低，在这一阶段，弱酸阳床制水周期长。冬季时，水库来水浓缩、水质差，水中杂质离子多，含盐量高，这一阶段，弱酸阳床制水周期相对较短。

2.2弱酸阳床的制水化学反应机理分析：

生水经过弱酸阳离子交换处理，能将水中主要结垢成份如Ca2+、Mg2+、HCO3-去掉一大部分，其化学反应如下：

2RCOOH+Ca（HCO3）2→（RCOO）2Ca+2CO2+2H2O

2RCOOH+Mg（HCO3）2→（RCOO）2Mg+2CO2+2H2O

经过分析还可能存在的以下反应：

2RCOOH+CaCl2→（RCOO）2Ca+2HCl

2RCOOH+MgCl2→（RCOO）2Mg+2HCl

2RCOOH+CaSO4→（RCOO）2Ca+H2SO4

2RCOOH+MgSO4→（RCOO）2Ca+H2SO4

2.3床体因素分析：

影响弱酸阳床的主要因素有：弱酸树脂的性能，再生工艺参数、床体结构，对这三个方面的因素分析如下：

树脂的性能，弱酸阳床内填装了10000升D113弱酸树脂，经核算其工作交换容量为3mmol/l，符合D113树脂的性能范围，说明D113树脂的性能不存在问题，再生工艺参数。

弱酸阳床采用顺流再生，其采用的再生流速为3m/h．再生盐酸浓度为3%，进酸时间为40分钟，置换时问60分钟，再生参数符合常规工艺要求。

弱酸阳床自身结构存在一定不足：其床体直径为3.024m，流量偏小，靠近进口侧分配的再生液流量会偏大，而远离进口侧分配的再生液的流量会偏小，如果加大再生液的流量，流量分配不均问题会减轻，因此，我们加大了再生液的流量，再生液流量加大后的再生流速为4.68m/h通过试验把进酸量整到4.2t，同时把每个运行周期的制水量调整到11000m3，再生比耗值为2.03仍然偏大。

2.4程控工艺分析：

2.4.1反洗：以手动入口门控制反洗流量最大不超过150t/h，监测排水不得跑树脂，反洗到水清为止。

2.4.2正洗：控制正洗流量为100t/h，正洗到排水硬度（1/2Ca、Mg）≤0.8mol/l。

2.4.3再生：清水母管压力达到0.2MPa后，开启酸喷射器出、入口水门，调整再生流量30~35t/h。开启酸喷射器酸入口门，调整再生液浓度为2.4％。

2.5技术改进

针对生水水质变化情况和上述制水机理，经过研究分析，并通过近年的探索和运行实践，总结改进以下弱酸阳床程控技术。

2.5.1优化反洗时间、反洗流量，消除树脂压实对床体再生影响：

改造前在弱酸阳床再生时，床体程控反洗流量为220t/h，需30分钟才能将树脂洗净。经过研究，我们将反洗流量调整为260t/h，反洗3分钟，待冲开树脂层充分冲开后，立即将反洗流量减至120t/h，防止因反洗流量过大，造成树脂流失；反洗12分钟后，再将反洗流量重新增至260t/h，反洗3分钟，再次将反洗流量降为120t/h，反洗12分钟。经过优化的反洗程控，即能保证将树脂洗净，又能可节约反洗水量。

2.5.2优化正洗时间，实现节水防垢目地：

改造前弱酸阳床正洗流量为100t/h，正洗时间为30分钟。经过计算，用水存在过量问题。

弱酸阳床横截面积为7m2，弱酸阳床树脂层高度为1.5m，当流量为100t/h时，经过计算流速约为14.3m/h，仅需7分钟正洗，即可将床体内的再生残液冲洗干净，因此，将正洗时间由30分钟改为20分钟，在保证一定冲洗余量的前提下，还可以降低自用水耗。

同时，将正洗程控时间减至20分钟后，弱酸阳床出口水PH值同步降低，水中氢离子随之增加，同水中碳酸氢根反应后，有效降低碳酸盐类的含量，同步实现防垢的目的。

2.6改进后主要技术指标：

（1）、弱酸阳床自用水消耗由220t降为167t；

（2）、弱酸阳床周期制水量由10889t升至11696t；

（3）、弱酸阳床自耗水率由2.10%降为1.49%；

3成果应用情况

由于弱酸阳床是顺流再生固定床，在每一个制水周期都要进行再生，公司2017年共计再生弱酸阳床523台。

自2018年1月开始上述程控改进技术，已经全部应用在公司12台弱酸阳床的354台再生。（2018年1月~9月）

3.1应用效果

弱酸阳床是公司制水的重要设备，2018年全年预计再生弱酸阳床约487台，随着程控技术改进的应用，基本消除自耗水率不断上升、生产废水残留碱度提高的问题。

每年可为公司节约生产成本约30万元，同时降低产废水碱度，对于全公司节能减排具有更加重要的意义。

3.2经济效益分析

3.2.1弱酸阳床自耗水量下降产生的经济效益：

弱酸阳床自用水耗：包括反洗、再生、置换和正洗用水之和。

弱酸阳床程控技术改进前：

反洗：220t/h×0.5h=110t；再生：30t/h×1h=30t

置换：30t/h×1h=30t；正洗：100t/h×0.5h=50t

弱酸阳床自用水耗：110t+30t+30t+50t=220t

技术改进前弱酸阳床生产数据统计表

由上表可以看出月平均周期治水量由10889t，单台消耗：220T，自耗水率：2.10%

弱酸阳床程控技术改进后：

反洗：260t/h×0.1h+120t/h×0.4h=74t；再生：30t/h×1h=30t

置换：30t/h×1h=30t；

正洗：100t/h×0.33h=33t

弱酸阳床自用水耗：74t+30t+30t+33t=167t

改进后弱酸阳床生产数据统计表

由上表看出月平均周期治水量11696t；，单台消耗：167t，自用水率：1.49%。

同改进前2017年12个月比较，每台弱酸阳床再生自耗水量由220t降至167t，单台弱酸阳床可节水：220t-167t=53t，以水库来水每吨6.85元计算，按照年再生523台，每年可节约生产用水成本：

53t×523台×6.85元/t=189875（元）

3.2.2弱酸阳床单台制水量增大产生的经济效益：

2017年单台制水量平均10889t，改进后2018年单台制水量平均11696t，周期制水量增加807t，为此，节约弱酸阳床再生台数：

523-（523×10889&pide;11696）=36台

即改进后全年减少弱酸阳床再生36台，按照每台再生耗水量220t，每年可节约生产用水成本：

36台×220t×6.85元/t=54252（元）

3.2.3弱酸阳床再生节酸产生的经济效益：

由于减少弱酸阳床再生36台，按照每台再生使用盐酸3.5t，每吨盐酸385元计算，每年节约用酸成本共计：

36台×3.5t×385元/t=48510（元）

3.2.4弱酸阳床再生节碱产生的经济效益：

由于再生弱酸阳床36台产生的废酸液需加碱中和，按照每台中和需加0.3t碱，每吨碱950元计算，每年节约用碱成本共计：

36台×0.3t×950元/t=10260（元）

189875+54252+48510+10260=302897（元）

上述4项合计产生直接经济效益总计：302897（元）

3.2.5通过改变弱酸阳床正洗程控时间，提高循环水的酸度，降低PH值，达到水塔防垢的目的。

3.2.6全年减少36台弱酸阳床再生，节省人力物力，直接经济效益总计302897元，同时，对于公司节能减排具有更加重要的实际意义。

3.4前景预测

弱酸阳床程控技术改进，思路清晰，技术实用，可操作性强，对于国内同类型电厂机组或同类型弱酸阳床，都可以采用此优化技术，具有一定的推广作用，在节约用水、节酸碱成本的基础上，同时降低生产废水碱度，对于节能减排具有更加重要的实际意义。

作者简介：

安红丽（1971-），女，吉林省公主岭市，成人大学学历，技师，研究方向电厂热工自动化。