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混床离子交换法与EDI超纯水装置的比较分析

文章出处:作者:发表时间:2013-02-26 09:35:14

  EDI与混床离子交换法的经济性比较

  Resin transfer technology in condensate polishing system of off-line regeneration

  [摘 要] 对于体外再生型凝结水处理系统而言,树脂作为流动介质在各设备间进行来回的输送。考虑到树脂在水中的流动性能,设备内部的结构型式及布置应合理,同时还要求掌握合适的操作技术,以保证树脂的彻底输送。

  Abstract: As far as condensate polishing system of off-line regeneration is concerned, resin is transferred between vessels as mobile object. To take into account the mobility of resin in water, model and layout of the internal structure of vessels should be reasonable. At the same time, it is necessary to command the right operating skill in order to transfer resin thoroughly.

  Key words: condensate polishing resin transfer

  一、前言

  在体外再生型凝结水处理系统中,树脂作为被转移的对象在混床及各再生设备间进行来回的输送。当树脂从一设备向另一设备内输送时,如果输送得不彻底,将会造成混床间树脂量有的多有的少,并且会带来阳阴树脂的体积比失调、混床的出水水质变差等一系列不良后果。

  根据树脂在设备间的输送情况,树脂的送出率主要与设备的内部结构、树脂本身的流动性能及操作方式等因素有关。由于球形树脂颗粒在水溶液中并非是自由流动的,因而将树脂视为自由流体或忽视设备内部结构的布置,都将影响到树脂的输送效果。

  二、树脂的流动性能

  对于树脂在水中的流动能力,可以用树脂颗粒在水中的休止角(Angle of repose)来表示,休止角的大小随测量方法的不同而稍有差异,一般情况下,当粒状物料的休止角小于30°时较易流动,大于30°时其流动能力将受到一定的限制。在试验室条件下,可以采用容器倾斜法测试不同类型树脂的休止角,即在一装有除盐水的圆柱体中加入树脂样,使树脂完全沉浸于水中,然后逐渐地倾斜圆柱体,至树脂层表面有树脂颗粒流动为止,此时树脂层表面与水平面所形成的夹角称为树脂的休止角。

  树脂休止角的大小与其密度、粒度、形状及阳阴树脂颗粒间的静电效应等因素有关,对于凝结水处理系统中应用的D001、D201普通型树脂,其休止角一般为23—27°;对于高速混床专用的D001MB、D201MB型树脂(粒度性能较好),其休止角通常在21—24°的范围内。一般来说,阴树脂的流动性能较阳树脂好,混合树脂较阳、阴树脂的流动能力要差,粒度分布较均匀的D001MB、D201MB型树脂的流动性能较粒度分布较差的D001、D201型树脂要好。

  实际上,树脂颗粒的流动能力还与树脂层的压实情况有关,例如将混匀的树脂层敲实后,可测得树脂对应的休止角约增大2—4°。

  三、分离器内树脂分层后的送出

  在一些体外型再生系统中,对于分离器内反洗分离后的阴树脂及中间混脂层树脂的送出,一般采用由下往上的方式进行抽取,例如国产T塔型再生系统中,分离器内的阴树脂及混脂的送出装置均为支管与分配器连接的辐射形分布型式。 

  由于混脂的流动性能所限,加上输脂支管的分布情况,在将分离器内的阴树脂及混脂送出后,阳树脂层表面的树脂呈高度不一的丘陵状。此外,从输脂支管的开孔情况来说,一方面开孔率较低(0.22%),另一方面越靠近分离器的器壁,相邻支管间孔与孔的间距也越大,即越靠近分离器的器壁,所形成的树脂小丘越高。因而在将分离器内的阴树脂、混脂送出后,保留下来的阳树脂表面总是残留有一层30—50mm厚的阴树脂。

  还有不少类型的凝结水处理再生系统中,仅在分离塔的侧面开一个输送孔而试图将界面上方的树脂送出,实际应用的情况表明,由于树脂的流动性能所限,由分离塔的上部进水后不可能将界面上方的树脂较完全地送出。

  有一些电厂采用从分离器的底部进反洗水将树脂层托起的方法,以改善表面层树脂的流动能力而将界面层上方的树脂送出,但此种送脂方式存在着反洗水流量不易掌握及界面下的阳树脂过多送出等问题。故从根本上来说,要较好地解决阳树脂层中混杂阴树脂量过多的问题,还应当在树脂的送出方式上加以考虑,例如送出上部阴树脂层后,再由分离器的底部送出下部的阳树脂层,中间的混脂层树脂可另作处理。

  四、再生器内树脂的送出技术

  1.再生器底部的结构型式对树脂送出效果的影响

  在体外再生型设备中,下部的出水装置一般采用母支管、平面多孔板水帽及碟形多孔板水帽等型式,再生器的输脂底面相应地为下封头、平板及碟形板(表面衬胶)等构成。实际应用的情况表明,当再生器内的树脂通过水力送出后,视再生器底部结构形式的不同,器内树脂的送出效率各不相同。

  为了解再生器底部的结构型式对器内树脂送出率的影响,在汉川电厂I期工程的T塔型再生系统及II期工程的三塔式二次反洗分离再生系统中,对出水装置分别采用母支管及平面多孔板两种型式的阳再生器进行了树脂的送出试验,其中阳再生器中心树脂输出口的直径均为?80。

  在采用上部进水的方式将阳再生器内的树脂送出后,再由阳再生器的下部通入约240m3/h的大流量低压力空气将器内的残脂充分地搅动起来,然后由阳再生器的上部通入0.30MPa左右的再生用压缩空气将器内的残脂送出至贮存罐。上述的操作可重复进行,直至器内残留的树脂量极少时为止,然后测出树脂输送至贮存罐前后罐内树脂层高度的变化,估测出阳再生器内树脂送出后的残留量。

  注:根据对阳再生器开塔检查的结果表明,采用上部进水的方式将树脂送出后,器内残留的树脂层与出水装置(距底部100—110mm)几乎持平,即残脂量约有200L左右,与上述的测量结果相符。

  由此可见,尽管采用下封头的阳再生器器内残留的树脂量相对要少一些,但器内的树脂送出后均有较多的残留量。

  2.送脂方式对树脂送出效果的影响

  在利用水力将再生器内的树脂送出的过程中,不同的进水方式对树脂送出后的残留量有较大的影响。当再生器采用下部进水的方式送脂时,由于水流经过再生器底部的进水装置后具有扰动的作用,加强了底部树脂的流动性,从而使树脂在器内的残留量有所减少。表二是在T塔型再生系统中,对阳、阴再生器内的树脂分别通过上部进水及下部进水的方式将器内的树脂送出后。

  按照T塔型再生系统中对送脂方式的操作要求,阳再生器内的阳树脂采用上部进水的方式送出、阴再生器内的阴树脂采用下部进水的方式送出,由上述的测定结果可知,阳、阴再生器内的树脂送出后,器内平均的残留量分别占阳、阴树脂总量的13.5%、2.4%。

  因此,要将再生器内的树脂较完全地送出,应使送脂的水流通过再生器内的反洗进水装置后对底部的树脂层有一定的扰动作用,这样才能提高树脂的送出率。在T塔型再生系统中,阳、阴再生器内的反洗进水装置均由12根呈辐射形分布的支管组成,阳再生器内的每根支管上水平开有2×7只?8的孔(支管上包网二层);阴再生器内的每根支管上水平开有2×4个?6的孔。由此可知,由于阳、阴再生器内的反洗出水孔在器内呈水平分布,水流对底部树脂层的扰动作用不强,故器内的树脂送出后仍有一定的残留量。

  在三塔式二次反洗分离再生系统中,根据对底部反洗进水装置采用碟形多孔板水帽的阴再生器、贮存罐送脂情况的检查,由于反洗的水流经多孔板上分布的不锈钢绕丝水帽后,对再生器底部的树脂层有较强的扰动作用,故采用下部进水的方式将器内的树脂送出后,通过再生器的窥视窗观察底部几乎无残留的树脂存在。

  四、混床树脂的输送

  1.输脂管管材的选用及管道的布置

  前几年投产的一些凝结水处理工程中应用喷塑管作树脂的输送管,经过一段时间的运行后管内的喷塑层出现脱落,致使树脂在向混床内送入时,由于混杂在树脂中的碎塑片卡在床内的进脂支管中,引起了树脂的堵塞现象;还有的工程在输脂管的法兰口处衬胶,也因衬胶脱落而将输脂管堵住,因此对于包括法兰在内的树脂输送管管系,均应采用不锈钢材质。

  在树脂输送管道的布置方面,应尽量避免采用过多的弯头,尤其是一些90°的直角弯头,此外在树脂输送管系的尽头,还可以接入冲洗水,以便在树脂输送完后对输脂管死角处的树脂进行反冲。

  2.混床底部结构型式的选择

  体外再生型混床底部出水装置的结构型式大致可分为三类,即平板多孔板水帽、碟形多孔板水帽及支管带出水水帽的母支管等型式,根据再生器底部的结构型式对树脂送出效果的影响可知,要保证混床内失效的树脂有较完全的送出,采用碟形多孔板的型式应是较好的选择。例如Beclo混床,其出水装置为支管带出水水帽(共60个)的母支管型式,混床的下部为水泥浇灌结构,底面周边向树脂输出口中心倾斜5°,树脂输出口直径100mm,在对失效树脂采用普通的水送、气送方式进行操作时,床内总残留有约100—300L的失效树脂(约占树脂总量的3—8%左右)。

  3.旋流水管的设置

  由于凝结水处理混床底部的截面积较大,加上床内的树脂经运行压实后流动性较差,使得混床内树脂的送出较再生器内树脂的送出要困难,故一般来说床内应设置有进旋流水的装置(旋流水水量以控制在10m3/h左右为宜)。

  至于旋流水管在混床内的安装有两处可供选择,一是设置在混床的上部即位于树脂层表面,二是设置在混床的下部即位于树脂层的底部。从实际应用的情况来看,两种设置方式使用的效果相差不大,但如果旋流水管设置在混床的底部,则应在管中采取加装滤网之类的措施,以防止混床运行时床内的树脂倒灌造成旋流水管的堵塞。

  4.混床内树脂送出的操作技术

  就树脂的输送而言,保证混床内失效树脂的彻底送出是至关重要的,通常采用水送、气送等方式送脂时,床内不免总是多多少少地残留有一些树脂,因而掌握混床内树脂的送出技术也是关键性的一环。

  目前混床内树脂的送出方式一般是先进行水送操作,即由混床的底部通入20-30m3/h的反洗水,并同时通入10m3/h左右的旋流水,利用水力将床内的树脂搅动后压出。待树脂的水送操作完毕后,停止向床内进水,再由混床的上部通入0.30MPa左右的压缩空气,将床内残留的树脂压出。

  在树脂输送的过程中,采用气力送脂的目的主要是为了将混床内反冲起来并处于悬浮状态的少量树脂送出,事实上在水力送脂的后期,由于水流的带动作用,送脂初期扰动的树脂颗粒已逐渐地沉降下来,因而在气力送脂时,悬浮于水中的树脂颗粒通常是极少量的,实际上只有在气送树脂临近结束时,从树脂管监视窗中才会观察到有一些树脂送出来。

  需要指出的是,对于排水后的湿态树脂,由于树脂颗粒间水分的表面张力作用,其休止角视粘结情况一般在60—120°之间,因此这种形态树脂的流动性是非常差的。从这一结论上可知,水力压出后残留在床底的湿态树脂是难以被气流带出的,至于在气送后期能送出一部分残脂,可以认为是由于气送后期床内水面波动的影响,使与水面接触的那部分树脂随水面的下降而下滑到水中,并随水流被气力压出。

  根据上述对送脂过程的分析,较好的操作方法应为:当混床内的树脂水送操作完后,继续保持10m3/h左右的旋流水量,使床内残余的树脂在旋转水流的作用下充分地带动起来,再从混床的顶部通入压缩空气,利用气力将悬浮于水中的树脂从床内压出。

  在不同的水送及气送方式下,将Beclo混床内的失效树脂送出至阳再生器后,再采用多次水送、气送的方法将床内的残脂尽量地送入至阳再生器中,然后根据残留树脂送入至阳再生器后器内树脂层的高度差,估算出混床内树脂送出后在床内的残留量。

  从上述的测量结果可知,尽管气送时采取了同时进旋流水的措施,但树脂送出后仍有一定的残留量,故在实际的操作中,气送树脂这一步可重复进行一次。

  五、总结

  对于体外再生型凝结水处理系统中树脂的输送而言,树脂的送出率与设备内部的结构型式、树脂本身的流动能力、送脂水流的分布及操作技术等因素有关,综合前面的分析可得出下述几点结论:

  1.在选用树脂方面,考虑到树脂的湿真密度越小、粒度分布越均匀,在水中的流动能力也越强,故应尽量选用粒度分布均匀的树脂。

  2.对于分离器内阴树脂及混脂输脂装置的型式,应能达到排脂孔均匀分布的目的,同时还必须保证装置的开孔率满足要求(可选用≥0.5%)。

  3.不论是混床,还是各再生设备,在树脂输出管的布置方面,要有利于树脂的送出(例如直径较大的混床可采用两个输脂孔);设备的底部应有一定的倾角;底部的进水装置要有利于水流将边角的树脂层扰动起来。

  4.在操作技术方面,要求选用适当的送脂方式,当树脂的输送不彻底时,应进行重复的送脂操作,保证器内树脂的送出率达99%以上。

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