高参数、大容量机组对凝结水质量有严格的要求，凝汽器泄漏、金属腐蚀产物的污染或补给水带入少量杂质均可使机组水汽品质下降，进而面临停机风险。某超超临界机组凝结水精处理系统包括前置过滤器、高速混床、树脂捕捉器及体外再生装置，可以连续去除凝结水中的悬浮物、胶体以及溶解性物质，防止锅炉腐蚀结垢及汽轮机叶片积盐。

调试期间，在锅炉蒸汽吹管阶段，投运前置过滤器可快速去除杂质，加快吹管进程，节约制水成本；在机组整套启动试运行阶段，投运高速混床可去除水中溶解性物质，使水汽品质尽快达标。本文以某超超临界机组凝结水精处理系统为研究对象，重点对调试过程中树脂再生系统出现的问题进行了分析，以期对今后新建火电厂树脂再生系统的调试起到借鉴作用。

1、系统概况

某火电厂凝结水精处理系统包括前置过滤器、高速混床、水汽取样架、体外再生装置及程控部分。每台机组设置2台处理50%凝结水量的前置过滤器和4台处理33%凝结水量的高速混床，正常情况下2台前置过滤器和3台高速混床连续运行，1台高速混床备用，同时设置100%旁路系统，2台机组公用1套树脂体外再生系统（高塔分离再生），系统的主要参数见表1。单台机组凝结水精处理系统设计水量为1 650 m3/h，产水水质须达到GB/T 12145—2016《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》标准要求。

表1系统主要参数

2、高速混床的调试

2.1 水压试验

水压试验可以及时发现安装缺陷，并通过评价结果指导设备优化和维护管理[1]。高速混床水压试验的压力一般为工作压力的1.25倍，按照正常运行情况下工作压力为3.5 MPa，通过试压泵升压至4.2 MPa时发现进出水管道法兰、差压变送器、树脂捕捉器等多处漏水，运行人员不得不加强巡检，多次联系安装单位进行消缺。

2.2 联锁保护试验

程控联锁保护试验是保护设备和精处理系统安全运行的必要措施。高速混床的联锁保护有：①高速混床旁路母管压差大于0.35 MPa，凝结水进水温度大于50℃，高速混床进口水压大于5 MPa或小于1 MPa，符合上述任一条件时，高速混床旁路电动阀全开，所有高速混床退出运行；②单台高速混床进出水压差大于0.2 MPa，单台高速混床流量大于587 m3/h，树脂捕捉器进出水压差大于0.1 MPa，符合上述任一条件时，高速混床旁路电动阀开33%，该台高速混床解列。

超压保护可以防止水锤冲击而避免损坏布水装置，超温和超流量保护可使树脂在最佳运行条件下进行离子交换反应，保证产水水质合格，延长树脂使用寿命；而树脂捕捉器压差大说明该台高速混床有树脂泄漏，可能是出水蝶形多孔板泄漏或水帽孔隙较大等[2]。

2.3 程序调试

树脂在高速混床内失效后需要及时送入体外再生系统进行再生，输送过程分为气送（底部进气）20min和气/水合送（底部进气、上部进水）5 min，输送压缩空气压力约为0.3 MPa，输送水流量为43m3/h，输送完成后对混床及树脂管道进行冲洗，以保证所有树脂送入分离塔中。

再生后的树脂由阳再生塔送至高速混床，阳再生塔先充水至顶部排气阀出水，输送过程分为气送（阳再生塔上部进气）20 min、气/水合送（阳再生塔上部进气、底部进水）2 min、阳再生塔淋洗（上部进水、底部进水）6 min，输送压缩空气压力约为0.3 MPa，底部进水流量为10 m3/h，上部进水流量为48 m3/h，输送完成后观察阳再生塔底部双蝶形板无残留树脂。

由于2台机组的高速混床排列位置至分离塔输送管道长度略有差异，气送时间可进行适当调整，观察所有树脂送入分离塔或高速混床为止，气/水合送可将管道内残留的树脂冲洗至要送入的分离塔或高速混床。

3、体外再生存在的问题及优化

3.1 树脂分离

高速混床内失效树脂送入分离塔，分离塔先充水（上部进水）至满水，进水流量为39 m3/h，后依靠重力排水（下部排水）10 min冲洗树脂，通过罗茨风机从底部进风5 min松动并擦洗树脂以除去表面悬浮杂质和金属腐蚀产物，进风量为8.15 m3/min，空气擦洗完成后反复进行充水、排水，直至出水澄清为止。通过调整底部进水流量由大到小使阴阳树脂分离直至出现分界面，分界面上部为阴树脂，下部为阳树脂，再分别输送至阴、阳再生塔进行再生，剩下的混脂层留至下一次树脂再生时参与分离。高塔分离装置如图1所示。

树脂分离为再生过程至关重要的一步，若分离不彻底，再生时会产生交叉污染而降低树脂再生度，影响高速混床周期制水量和出水水质。树脂分离后，要求分离塔内阴树脂在阳树脂层内的体积比小于0.1%，阳树脂在阴树脂层内的体积比小于0.07%。影响分离效果的因素主要为树脂粒径和分离流量[3]。

图1高塔分离装置示意

3.1.1 阴、阳树脂粒径控制问题分析

采用高塔分离设备对失效的阴、阳树脂进行水力反洗和自由沉降分离，分离效果取决于树脂自由沉降的速度，而自由沉降的速度与阴、阳树脂的粒径密切相关，该厂阴、阳树脂相关技术指标如表2所示。

表2树脂技术指标

阳树脂的有效粒径和湿真密度远大于阴树脂，均一系数符合相关标准要求的小于1.4，自由沉降时能形成良好的阴、阳树脂分界面[4]。如果大颗粒阴树脂的沉降速度大于小颗粒阳树脂的沉降速度，分离塔内就会出现树脂沉降速度交叉区，交叉区内的阴、阳树脂不能实现完全分离，用NaOH对阴树脂再生，夹杂的阳树脂会转变成钠型树脂，用HCl对阳树脂再生，夹杂的阴树脂会转变成氯型树脂，这种由于分离不彻底而造成的再生交叉污染会严重影响高速混床的产水水质[5]。因此，需要提高同类型树脂颗粒的均匀度，树脂的均一系数必须小于1.4[4]，尽量缩小2种树脂的沉降速度交叉区，满足最大颗粒阴树脂沉降速度小于最小颗粒阳树脂沉降速度才可能将树脂完全分离。

3.1.2 树脂分离流量控制问题分析

采用不同流量对树脂进行反洗分层是保证树脂分离彻底的重要步序。反洗过程中要逐渐调整底部进水流量，保证阴、阳树脂分层时不发生紊乱，减少树脂的交叉污染，在首次分离过程中每5 min打开阳树脂排出阀脉冲，脉冲时以防止阳树脂在底部结块沉积，底部进水流量随着逐次分离而逐渐减小，树脂能够较好的膨胀，逐次分离结束后能够看到清晰的阴、阳树脂分界层。反洗分层过程中流量控制变化如图2所示。

图2反洗流量控制随时间的变化

3.2 树脂输送

3.2.1 阴、阳树脂输送问题分析

树脂在分离塔分离好后，先将上部的阴树脂输送至阴再生塔，采用分离塔上部大流量和底部小流量同时进水的方式，将阴树脂输入阴再生塔，此时上部进水流量为35 m3/h，下部进水流量为5 m3/h，只要上下进水流量控制得当，由于中间混脂层的存在，输送阴树脂可以取得不错的效果，阴树脂中混杂的阳树脂体积比可以达到标准规定的小于0.1%[3,6]。

在阴树脂排出阀下约200 mm为混脂层，输送完阴树脂后，若阴、阳树脂分界面不再清晰，需要对分离塔内剩余树脂进行二次分离，采用与首次分离相同的方式可使阳树脂与剩余的阴树脂产生较为明显的分界层。

阳树脂输送至阳再生塔是分离过程中较为关键的一步。在输送树脂前先打开分离塔底部进水阀和顶部排气阀，采用小流量进水，直至从顶部排气阀出水再进行阳树脂的输送，分离塔满水能够有效防止阳树脂输送过程中上部大流量进水使混脂层中的阴树脂漂浮而松动混脂层。经过试验，未满水的情况下就进行阳树脂的输送，输送完成后的阳树脂在阳再生塔内反洗后会出现3～5 cm高的阴树脂层。阳树脂能够彻底分离的另一个关键因素是上部和底部进水流量大小的分配。

现场试验过程中，当上部进水流量为46～50m3/h，底部进水流量约为5 m3/h时，输送时间约为330 s，从窥视孔可以看到，阳树脂在输送后期会出现乱层现象，一部分阴树脂会随着阳树脂进入阳再生塔中，反洗后阳树脂上部有5 cm高的阴树脂层。这是因为上部大水流推动树脂层向下移动，底部通过水帽进入的小流量进水起到托脂作用，而上下进水都要从分离塔底部穹型孔板中心的阳树脂排出阀流出，底部水帽的托脂水流相对于高速向下的水流在没有上升多少就转为向下流动，树脂层呈现锥斗状，随着锥斗状的混脂层整体下移，会导致混脂层穿透阳树脂排出阀进入到阳再生塔中，如图3(a）所示[7]。

当上部进水流量为41～45 m3/h，底部进水流量约为10 m3/h时，输送时间约为340 s，从窥视孔可以看到，阴、阳树脂分界面呈波浪状态，阳再生塔反洗分层后仍然有少量阴树脂进入阳再生塔。这主要是因为托脂流量较大破坏了树脂的分层状态，粒径相对较小的阳树脂进入到上部阴树脂层中，粒径相对较大的阴树脂进入到下部的阳树脂层中，树脂分层面的波动使部分阴树脂随着阳树脂进入到阳再生塔中，如图3(b）所示[8]。

当上部进水流量为36～40 m3/h，底部进水流量约为5 m3/h时，输送时间约为350 s，从窥视孔可以看到，阴阳树脂分界面缓慢有序下降，阳树脂在阳再生塔内反洗后基本没有阴树脂，传送效果较好，如图3(c）所示。

3.2.2 树脂输送终点的判断

由于阴树脂出口位置固定，正常情况下阴树脂排出管下方约200 mm为混脂层，因此阴树脂输送至阴树脂排出管中间位置时输送结束。首次分离效果的好坏和阳树脂体积决定阴、阳树脂界面上移或下移，分界面上移会使阴再生塔中混有阳树脂，分界面下移虽然阴树脂分离较彻底，但是阳树脂输送过程中会有阴树脂进入阳再生塔，再生数次后会发现每套混床中阴、阳树脂比例发生较大变化。

阳树脂输送终点在分离塔最下部窥视孔的中部。采用界面检测仪来控制输送终点能起到较好效果，当树脂层高度下降到界面检测仪的位置时，检测仪利用光的反射原理发生动作，阳树脂输送结束，保证了再生前后树脂总量基本不会发生变化。分离塔内约1.2 m3混脂层树脂留给下一次树脂再生时进行分离[9]。

图3不同流量下树脂传送情况

3.3 树脂再生

分离后阴、阳树脂分别在阴再生塔和阳再生塔内进行空气擦洗，随着污染程度的降低，空气擦洗次数逐渐减少，擦洗干净后分别进NaOH和HCl进行置换再生，阴树脂再生过程如式（1）所示，阳树脂再生过程如式（2）所示[10-12]。

式中：R为阴、阳树脂的官能团；X为失效阴树脂的可交换阴离子；Y为失效阳树脂的可交换阳离子。

再生液置换的流量约为12 m3/h，阴树脂再生液的质量分数为4%，温度为30℃，阳树脂再生液的质量分数为3.8%，温度为常温，再生时间为50min。再生完成后仅由中部进水进行90 min的置换，流量约为27 m3/h。对再生好的树脂从上部进水进行快速漂洗15 min，流量约为44 m3/h，出口底部进气进行空气擦洗5 min，进气量为8.15 m3/min，最后再进行上部进水漂洗10 min，流量约为45 m3/h，直至出水清澈，正洗至出水电导率小于或等于5μS/cm后树脂再生结束。

3.4 树脂混合备用

阴、阳树脂再生完成后需要将阴树脂输送至阳再生塔，阴、阳树脂在阳再生塔混合均匀后再送至高速混床备用。阴树脂输送过程分为气/水合送（上部进气、底部进水）7 min和上部进水淋洗6 min。输送压缩空气压力约为0.3 MPa，输送水流量为10m3/h，上部淋洗进水流量为43 m3/h。

阴、阳树脂在阳再生塔内混合均匀才能保证高速混床的制水周期和出水水质，这就要求阴、阳树脂还必须具备良好混合性能。影响树脂混合效果的是阴树脂中最小粒径颗粒和阳树脂中最大粒径颗粒，通过提高阴、阳树脂各自粒径的均匀性可以达到良好的混合效果，但是最终还是很难混合均匀，常常出现高速混床内上部阴树脂偏多而下部阳树脂偏多的情况，降低了树脂除盐能力。通过采用二次混合的方法可以解决树脂混合不均匀的问题，需要从阳再生塔底部进气8.15 m3/min进行空气混合8min，混合后的树脂送回高速混床备用。

4、运行效果分析

经过以上调试过程以及反复试验，该高速混床运行1个周期的进水水质和产水水质如表3所示。高速混床运行周期达到8 d，制水量达到10.2万m3，满足运行周期大于7 d和制水量大于9.8万m3的设计值，产水水质符合标准要求[13]，节水减排效果达到最佳，经济效益和环境效益得到显著提高。

表3高速混床产水水质

5、结语

(1）高速混床周期制水量少除了水质原因外，还与树脂的再生效果密切相关，阴、阳树脂分离效果是较为关键的因素，通过降低分离过程中阴、阳树脂粒径的影响，改善不同流量对反洗分层的影响，使得阴、阳树脂彻底分离。

(2）分离后的阴树脂一般输送效果较好，阳树脂输送需要关注分离塔是否在满水情况下进行，当上部进水流量为36～40 m3/h，底部进水流量为5m3/h时，阳树脂输送较为彻底。采用界面检测仪来控制阳树脂的输送终点可以保证再生前后树脂总量基本不会发生变化，分离后可以达到阳再生塔中阴树脂含量小于0.1%，阴再生塔中阳树脂含量小于0.07%的要求。

(3）为保证树脂能够再生完全，首次再生液的进量应为计算量的2倍，阴树脂再生时要注意碱液的温度为30℃，可以改善硅酸再生效果并缩短再生时间。

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文章来源:马旭,韩松,倪斌,等.火电厂凝结水精处理系统调试及树脂再生[J].工业用水与废水,2024,55(06):71-75.