粉末树脂覆盖过滤器系统的设计与应用
2010-06-23 13:20:13 阅读6 评论0 字号：大中小
粉末树脂覆盖过滤器系统的设计与应用
河北省电力研究院
王仁雷 龙潇 王二忠 李皞
摘要：介绍粉末树脂覆盖过滤器系统的设计要点，对其在空冷机组应用中出现的一些问题进行分析讨论，并提出相应的解决方法。
关键词：空冷机组；粉末树脂覆盖过滤器；设计；应用
中图分类号：TK264.1 文献标识码：B
近年来在水资源缺乏的北方地区，直接空冷机组由于其{zy1}的节水性能得到了快速发展，目前已经有 10 多台机组投产。针对该类机组的凝结水水质特点，国内一般采用高速阴阳分床系统和粉末树脂覆盖过滤器系统两种精处理工艺。
其中粉末树脂覆盖过滤器系统在山西、河北、内蒙古、陕西等地得到了比较广泛的应用。本文以河北张家口某热电厂 2×300 MW 机组凝结水精处理系统为例，对粉末树脂覆盖过滤器系统的设计及应用中存在的问题进行分析探讨。
1 系统简介
机组凝结水精处理粉末树脂覆盖过滤器系统由北京中电加美公司成套供应，每台机组精处理系统设置两台可处理{bfb}凝结水量的粉末树脂覆盖过滤器，并设置 0～{bfb}可调旁路，两台过滤器一用一备。每套粉末树脂覆盖过滤器系统包括过滤器系统，爆膜、铺膜、反洗系统，废水收集及输送系统。主要设备有 2 台过滤器、2 台保持泵、一台工艺用压缩空气储罐、一台铺膜泵、一台树脂注射泵、一台树脂混合箱及搅拌器、一台铺膜箱、2 台反洗水泵和 2 台废水输送泵和电气及控制系统。滤元及滤料均采用国外进口产品。正常运行时，粉末树脂被铺涂在过滤器内滤元外表面，形成一层树脂滤层。过滤凝结水时，水中悬浮颗粒被拦截，溶解性离子被树脂滤层交换除去，使出水达到设计要求。随着过滤和离子交换的进行，树脂层失去离子交换能力，滤层被逐渐堵塞，当出水电导率、二氧化硅值或过滤器进出口压差等达到设定值时，过滤器失效退出运行，进行爆膜清洗，清洗废水排至废水处理系统处理。系统流程见图。
2 系统设计要点
2.1 过滤过程
过滤器设计压力为3.6 MPa，正常运行温度为 50～70℃。过滤器内有 345 根滤元集中配水，过滤精度约5μm，单台设计流量880 m3/h。运行前滤元表面先铺上滤料，运行时过滤器进水从过滤器的底部总管进入，通过拱形布水板及上端挡板和布水管均匀地通过过滤器滤元。出水通过滤元由外而内将过滤后的水收集在滤元的内部，然后由滤元的底端排入过滤器的底部集水室，{zh1}由底部排水管排出。过滤通量的设计关系到滤元数量、过滤器规格和运行压差等问题。设计通量小，滤元数量就多，过滤器直径增大；设计通量大，滤元数量少，运行压差高，不利于滤元的使用寿命。该电厂单台过滤器的过滤面积为96.3m2，设计通量为9.14m3/(m2·h)。该取值偏大，导致初始运行压差偏高（0.04～0.05MPa）。为了过滤器经济安全运行，建议取7～8m3/(m2·h)为宜。
2.2 铺膜过程
铺膜是将带有滤料的水通过滤元，使滤料在滤元外侧形成均匀滤膜。一般先在树脂混合箱中充入一定量的水，缓慢加入滤料，启动搅拌器，将箱中的水和滤料搅拌成均匀的悬浊液。若滤料为纤维粉，则浓度配为 2%～3%，粉末树脂可配成 4%～5%，以不堵塞树脂注射泵为宜。搅拌时间约为 10～15 min。当树脂搅拌均匀后可开始铺膜。铺膜过程中通过调节树脂注射泵出口门来调节注射流量，注射时间不宜过短，否则会影响铺膜质量，一般控制在 20～25 min。铺膜流速的大小和滤料的干视密度有关，应通过试验来确定（干视密度为 0.25～0.35 g/cm3的滤料， 铺膜流速可选用 2～4 m/h）。合适的铺膜流速、注射时间及铺膜浓度有利于使所有滤元上都覆盖有一层完整均匀的滤膜。该电厂配一台 340 m3/h 的铺膜泵，设计铺膜流速为 3.53m/h，从实际情况看，满足铺膜要求。铺膜的厚度约为 3～5mm，滤料使用量大约为每平方米过滤面积 0.9～1.2 kg 粉末树脂及纤维粉。
2.3 爆膜过程
过滤器开始运行时进出水压差很小，一般为 0.01～0.05MPa，当压差达到 0.175 MPa 时，就需要对过滤器进行爆膜。先用压缩空气爆膜，控制进气压力为 0.4～0.6 MPa，将废树脂粉从滤元上爆炸式地吹洗下来。进气阀应选择快开阀，开启时间控制在 1～2 s，开启太慢会影响爆膜效果，进气时间控制在 5 s，进气量为 10～15 Nm3。气反洗完成后进行水反洗，反洗流量 80 m3/h，反洗时间 1～2 min，利用排水将废树脂粉带出过滤器。一般整个过程需要重复多次才可以将滤元表面洗净。由于滤元比较高，爆膜时的水位控制就显得尤为重要。为了达到较好的爆膜效果，一般采用 3 段式爆膜，即将水位分别放至滤元顶部、距顶部 1/3 处和距顶部 2/3 处等 3 个部位进行爆膜，一般各爆膜 3 次，必要可增加爆膜次数来改善效果。
3 应用中存在的问题分析
3.1 除铁及除盐效果
空冷机组冷却系统面积庞大，且在高真空条件下工作，漏入空气的机会多，导致凝结水溶氧较大，氧腐蚀加剧，系统中腐蚀产物含量大。而粉末树脂过滤器对悬浮物、铁、胶态SiO2等杂质具有较强的过滤和吸附能力，实践表明除铁效率大约为80%～90%，除铁效果明显。
由于采用的滤料为高度再生的阴阳树脂粉末，因此粉末树脂覆盖过滤器具有一定的除盐功效。由于粉末树脂粒径在50μm 以下，大大增加了树脂与水的接触面积和反应速度，单位质量的工作交换容量就明显增大，通常情况下粉末树脂工作交换容量是传统颗粒树脂的 2～3 倍。但由于每次所用树脂总量为 100 kg 左右，仅是高速混床的 1/50，所以总交换容量并不大。即使是使用氢型阳树脂，在凝汽器运行正常时，能进行化学除盐的时间也只有 4～8 h，故无法与除盐时间可达 5～7d 的高速混床相比。但是直接空冷系统没有常规湿冷机组的凝汽器，乏汽直接进入空冷散热器冷凝成水，不存在凝汽器泄漏时冷却水污染凝结水的问题，一般情况下凝结水含盐量比较低，此时该过滤器也能基本满足生产要求。当锅炉给水水质要求高时（如直流炉或核电站），可以在粉末树脂覆盖过滤器后设置高速混床或阴阳分床系统，以达到长时间去除离子杂质的目的。张家口某热电厂直接空冷机组粉末树脂过滤器启动及正常运行期间的进出口水质见表。
表 过滤器启动及正常运行期间典型的进出口水质
3.2 滤料配比
阴阳树脂及纤维粉的配比直接影响运行周期、出水水质、运行压差等指标的变化，尤其是增加阴树脂加入量会明显增大起始压差，铺膜数量也会影响起始压差，但不明显。启动阶段由于悬浮固体高，可选择单独使用纤维粉，也可以选择比例为 2:1 的阳（铵型）阴（氢氧型）混合树脂和纤维粉一起使用，树脂与纤维粉的比率在 1:2～2:1 之间，铺膜量为 0.9～1.2 kg/m2。正常运行阶段，可选择比例为 1:1 的阳 （铵型）阴（氢氧型）混合树脂和纤维粉一起使用，树脂与纤维粉的比率在 4:1～8:1 之间，也可以仅选择比例为 1:1 的阳（铵型）阴（氢氧型）混合树脂，铺膜剂量为 0.9～1.2 kg/m2。
3.3 运行压差
过滤器的运行压差除与过滤流量、铺膜数量、阴树脂量等有关外，还与树脂层污染程度密切相关。机组启动阶段凝结水水质较差，过早投入过滤器会使差压很快超标，所以一般要求凝结水铁含量降到1000μg/L以下，才允许投运过滤
器。另外颗粒很细的树脂粉末对运行水流将产生很大的阻力，影响设备出力，为了防止滤层的水流阻力过大，树脂层就不能铺得太厚。过滤流量越大，压差越大，这是因为大流量情况下树脂层很容易被压实，使压差升高，但此时树脂层
并未失效，当再次降低流量时压差往往降不下来，使得运行周期缩短。因此合适的过滤流量是保证运行周期的一种有效手段，凝结水流量大时可以考虑两台过滤器同时运行或适当开电动旁路。
3.4 运行周期
在凝结水含盐量低，精处理以去除悬浮物和腐蚀产物为主的情况下，由于粉末树脂覆盖过滤器除盐能力较弱，其运行周期（即失效终点）不应根据出水电导率或出水硅含量，而是以进出水压差（大于0.175 MPa）或出水含铁量（大于8μg/L）来确定。按照这个标准每台粉末树脂过滤器的正常运行周期能达到15～30 d。
3.5 运行温度
由于空冷机组的背压比湿冷机组高，所以空冷机组凝结水温度比湿冷机组要高，一般凝结水温度可达 60～70 ℃，比环境温度高出 30～40 ℃。粉末树脂过滤器系统适用于空冷机组很大程度上是基于粉末树脂是一次性使用，不必考虑温度超过 60 ℃出现的阴树脂降解问题。实际上，当水温超过 65 ℃时，强碱阴树脂的降解速度会明显增大。在凝结水水质较好而水温高的情况下，则可以考虑少使用甚至不使用耐温性能差的强碱阴树脂，而单独使用铵型阳树脂与纤维粉作为滤料。这样既能保证凝结水水质，又解决了高温情况下粉末树脂过滤器退出运行的问题。
4 结束语
总之，粉末树脂覆盖过滤器系统具有投资少，操作简单，运行灵活，耐高温等优点。在使用过程中应深刻理解该系统的设计特点，了解系统应用中存在的问题及解决方法，灵活应用，{zd0}限度地发挥粉末树脂覆盖过滤器的长处，使之更好地满足空冷机组凝结水精处理的要求。
参考文献
[1] 施燮钧,王蒙聚,肖作善.热力发电厂水处理[M].中国电力出版社, 1996.
[2] 韩棣传. 粉末树脂覆盖过滤器的机理及使用[J]. 热力发电,2003,(8): 10～12.
[3] 畅武华, 王春生. 粉末树脂过滤器在空冷机组上的实际应用[J]. 山西电力, 2006, (6): 53～56.
[4] 郝晋堂, 尚玉珍. 直接空冷机组化学问题分析和优化建议[J]. 华北电力技术, 2007, (A01): 170～171
河北省电力研究院
王仁雷 龙潇 王二忠 李皞
摘要：介绍粉末树脂覆盖过滤器系统的设计要点，对其在空冷机组应用中出现的一些问题进行分析讨论，并提出相应的解决方法。
关键词：空冷机组；粉末树脂覆盖过滤器；设计；应用
中图分类号：TK264.1 文献标识码：B
近年来在水资源缺乏的北方地区，直接空冷机组由于其{zy1}的节水性能得到了快速发展，目前已经有 10 多台机组投产。针对该类机组的凝结水水质特点，国内一般采用高速阴阳分床系统和粉末树脂覆盖过滤器系统两种精处理工艺。
其中粉末树脂覆盖过滤器系统在山西、河北、内蒙古、陕西等地得到了比较广泛的应用。本文以河北张家口某热电厂 2×300 MW 机组凝结水精处理系统为例，对粉末树脂覆盖过滤器系统的设计及应用中存在的问题进行分析探讨。
1 系统简介
机组凝结水精处理粉末树脂覆盖过滤器系统由北京中电加美公司成套供应，每台机组精处理系统设置两台可处理{bfb}凝结水量的粉末树脂覆盖过滤器，并设置 0～{bfb}可调旁路，两台过滤器一用一备。每套粉末树脂覆盖过滤器系统包括过滤器系统，爆膜、铺膜、反洗系统，废水收集及输送系统。主要设备有 2 台过滤器、2 台保持泵、一台工艺用压缩空气储罐、一台铺膜泵、一台树脂注射泵、一台树脂混合箱及搅拌器、一台铺膜箱、2 台反洗水泵和 2 台废水输送泵和电气及控制系统。滤元及滤料均采用国外进口产品。正常运行时，粉末树脂被铺涂在过滤器内滤元外表面，形成一层树脂滤层。过滤凝结水时，水中悬浮颗粒被拦截，溶解性离子被树脂滤层交换除去，使出水达到设计要求。随着过滤和离子交换的进行，树脂层失去离子交换能力，滤层被逐渐堵塞，当出水电导率、二氧化硅值或过滤器进出口压差等达到设定值时，过滤器失效退出运行，进行爆膜清洗，清洗废水排至废水处理系统处理。系统流程见图。
2 系统设计要点
2.1 过滤过程
过滤器设计压力为3.6 MPa，正常运行温度为 50～70℃。过滤器内有 345 根滤元集中配水，过滤精度约5μm，单台设计流量880 m3/h。运行前滤元表面先铺上滤料，运行时过滤器进水从过滤器的底部总管进入，通过拱形布水板及上端挡板和布水管均匀地通过过滤器滤元。出水通过滤元由外而内将过滤后的水收集在滤元的内部，然后由滤元的底端排入过滤器的底部集水室，{zh1}由底部排水管排出。过滤通量的设计关系到滤元数量、过滤器规格和运行压差等问题。设计通量小，滤元数量就多，过滤器直径增大；设计通量大，滤元数量少，运行压差高，不利于滤元的使用寿命。该电厂单台过滤器的过滤面积为96.3m2，设计通量为9.14m3/(m2·h)。该取值偏大，导致初始运行压差偏高（0.04～0.05MPa）。为了过滤器经济安全运行，建议取7～8m3/(m2·h)为宜。
2.2 铺膜过程
铺膜是将带有滤料的水通过滤元，使滤料在滤元外侧形成均匀滤膜。一般先在树脂混合箱中充入一定量的水，缓慢加入滤料，启动搅拌器，将箱中的水和滤料搅拌成均匀的悬浊液。若滤料为纤维粉，则浓度配为 2%～3%，粉末树脂可配成 4%～5%，以不堵塞树脂注射泵为宜。搅拌时间约为 10～15 min。当树脂搅拌均匀后可开始铺膜。铺膜过程中通过调节树脂注射泵出口门来调节注射流量，注射时间不宜过短，否则会影响铺膜质量，一般控制在 20～25 min。铺膜流速的大小和滤料的干视密度有关，应通过试验来确定（干视密度为 0.25～0.35 g/cm3的滤料， 铺膜流速可选用 2～4 m/h）。合适的铺膜流速、注射时间及铺膜浓度有利于使所有滤元上都覆盖有一层完整均匀的滤膜。该电厂配一台 340 m3/h 的铺膜泵，设计铺膜流速为 3.53m/h，从实际情况看，满足铺膜要求。铺膜的厚度约为 3～5mm，滤料使用量大约为每平方米过滤面积 0.9～1.2 kg 粉末树脂及纤维粉。
2.3 爆膜过程
过滤器开始运行时进出水压差很小，一般为 0.01～0.05MPa，当压差达到 0.175 MPa 时，就需要对过滤器进行爆膜。先用压缩空气爆膜，控制进气压力为 0.4～0.6 MPa，将废树脂粉从滤元上爆炸式地吹洗下来。进气阀应选择快开阀，开启时间控制在 1～2 s，开启太慢会影响爆膜效果，进气时间控制在 5 s，进气量为 10～15 Nm3。气反洗完成后进行水反洗，反洗流量 80 m3/h，反洗时间 1～2 min，利用排水将废树脂粉带出过滤器。一般整个过程需要重复多次才可以将滤元表面洗净。由于滤元比较高，爆膜时的水位控制就显得尤为重要。为了达到较好的爆膜效果，一般采用 3 段式爆膜，即将水位分别放至滤元顶部、距顶部 1/3 处和距顶部 2/3 处等 3 个部位进行爆膜，一般各爆膜 3 次，必要可增加爆膜次数来改善效果。
3 应用中存在的问题分析
3.1 除铁及除盐效果
空冷机组冷却系统面积庞大，且在高真空条件下工作，漏入空气的机会多，导致凝结水溶氧较大，氧腐蚀加剧，系统中腐蚀产物含量大。而粉末树脂过滤器对悬浮物、铁、胶态SiO2等杂质具有较强的过滤和吸附能力，实践表明除铁效率大约为80%～90%，除铁效果明显。
由于采用的滤料为高度再生的阴阳树脂粉末，因此粉末树脂覆盖过滤器具有一定的除盐功效。由于粉末树脂粒径在50μm 以下，大大增加了树脂与水的接触面积和反应速度，单位质量的工作交换容量就明显增大，通常情况下粉末树脂工作交换容量是传统颗粒树脂的 2～3 倍。但由于每次所用树脂总量为 100 kg 左右，仅是高速混床的 1/50，所以总交换容量并不大。即使是使用氢型阳树脂，在凝汽器运行正常时，能进行化学除盐的时间也只有 4～8 h，故无法与除盐时间可达 5～7d 的高速混床相比。但是直接空冷系统没有常规湿冷机组的凝汽器，乏汽直接进入空冷散热器冷凝成水，不存在凝汽器泄漏时冷却水污染凝结水的问题，一般情况下凝结水含盐量比较低，此时该过滤器也能基本满足生产要求。当锅炉给水水质要求高时（如直流炉或核电站），可以在粉末树脂覆盖过滤器后设置高速混床或阴阳分床系统，以达到长时间去除离子杂质的目的。张家口某热电厂直接空冷机组粉末树脂过滤器启动及正常运行期间的进出口水质见表。
表 过滤器启动及正常运行期间典型的进出口水质
3.2 滤料配比
阴阳树脂及纤维粉的配比直接影响运行周期、出水水质、运行压差等指标的变化，尤其是增加阴树脂加入量会明显增大起始压差，铺膜数量也会影响起始压差，但不明显。启动阶段由于悬浮固体高，可选择单独使用纤维粉，也可以选择比例为 2:1 的阳（铵型）阴（氢氧型）混合树脂和纤维粉一起使用，树脂与纤维粉的比率在 1:2～2:1 之间，铺膜量为 0.9～1.2 kg/m2。正常运行阶段，可选择比例为 1:1 的阳 （铵型）阴（氢氧型）混合树脂和纤维粉一起使用，树脂与纤维粉的比率在 4:1～8:1 之间，也可以仅选择比例为 1:1 的阳（铵型）阴（氢氧型）混合树脂，铺膜剂量为 0.9～1.2 kg/m2。
3.3 运行压差
过滤器的运行压差除与过滤流量、铺膜数量、阴树脂量等有关外，还与树脂层污染程度密切相关。机组启动阶段凝结水水质较差，过早投入过滤器会使差压很快超标，所以一般要求凝结水铁含量降到1000μg/L以下，才允许投运过滤
器。另外颗粒很细的树脂粉末对运行水流将产生很大的阻力，影响设备出力，为了防止滤层的水流阻力过大，树脂层就不能铺得太厚。过滤流量越大，压差越大，这是因为大流量情况下树脂层很容易被压实，使压差升高，但此时树脂层
并未失效，当再次降低流量时压差往往降不下来，使得运行周期缩短。因此合适的过滤流量是保证运行周期的一种有效手段，凝结水流量大时可以考虑两台过滤器同时运行或适当开电动旁路。
3.4 运行周期
在凝结水含盐量低，精处理以去除悬浮物和腐蚀产物为主的情况下，由于粉末树脂覆盖过滤器除盐能力较弱，其运行周期（即失效终点）不应根据出水电导率或出水硅含量，而是以进出水压差（大于0.175 MPa）或出水含铁量（大于8μg/L）来确定。按照这个标准每台粉末树脂过滤器的正常运行周期能达到15～30 d。
3.5 运行温度
由于空冷机组的背压比湿冷机组高，所以空冷机组凝结水温度比湿冷机组要高，一般凝结水温度可达 60～70 ℃，比环境温度高出 30～40 ℃。粉末树脂过滤器系统适用于空冷机组很大程度上是基于粉末树脂是一次性使用，不必考虑温度超过 60 ℃出现的阴树脂降解问题。实际上，当水温超过 65 ℃时，强碱阴树脂的降解速度会明显增大。在凝结水水质较好而水温高的情况下，则可以考虑少使用甚至不使用耐温性能差的强碱阴树脂，而单独使用铵型阳树脂与纤维粉作为滤料。这样既能保证凝结水水质，又解决了高温情况下粉末树脂过滤器退出运行的问题。
4 结束语
总之，粉末树脂覆盖过滤器系统具有投资少，操作简单，运行灵活，耐高温等优点。在使用过程中应深刻理解该系统的设计特点，了解系统应用中存在的问题及解决方法，灵活应用，{zd0}限度地发挥粉末树脂覆盖过滤器的长处，使之更好地满足空冷机组凝结水精处理的要求。
参考文献
[1] 施燮钧,王蒙聚,肖作善.热力发电厂水处理[M].中国电力出版社, 1996.
[2] 韩棣传. 粉末树脂覆盖过滤器的机理及使用[J]. 热力发电,2003,(8): 10～12.
[3] 畅武华, 王春生. 粉末树脂过滤器在空冷机组上的实际应用[J]. 山西电力, 2006, (6): 53～56.
[4] 郝晋堂, 尚玉珍. 直接空冷机组化学问题分析和优化建议[J]. 华北电力技术, 2007, (A01): 170～171
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