本发明涉及发电厂化学制水领域，具体涉及一种除盐混床再生的方法。
背景技术：
除盐水主要是为锅炉制造纯水，特别现是干熄焦锅炉对水质要求较高，现在全国各地多数除盐水处理工艺多为反渗透/混床复合处理系统，除盐水系统所供水质的好坏直接影响干熄焦锅炉及汽轮机的正常生产，稍有疏忽都会给企业生产造成无法估量的损失。其中，混床是除盐水系统工艺的最后一道控制工序，电厂锅炉补给水除盐混床的树脂分层工艺一般采用水力反洗分层：即通过水力由下至上反洗，利用混床中阴阳树脂密度差，自动落床，实现分层的目的。它能去除水中的各种阴阳离子，使得出水电导率控制在0.2μs/cm以下，满足干熄焦系统用水要求。混床在运行过程中，运行一定周期后(一般情况在15-30天，与供水量有关)，树脂交换饱和，需要对阴阳树脂进行再生。再生工作是混床操作的重要操作之一，再生主要是利用适当浓度的酸和碱，在规定的流速下，分别冲刷阳树脂和阴树脂，冲刷到一定时间后使得吸附在树脂上的阴阳离子去除，以达到混床再利用，其再生的进行程度不但对以后制水运行时树脂的工作交换容量、供水水质有着直接的影响，而且再生工作的好坏也直接关系到制水经济性。所以混床再生操作对供水水质及除盐水系统稳定运行起着至关重要的作用。但在操作过程中，存在如下几方面问题：
1、现有的水力反洗分层效果不佳，分层效果较差，严重影响再生效果，通常产水电阻率达不到再生及供水要求；
2、传统再生分层工艺，树脂反洗分层时间较长且进水量大，浪费除盐水，同时再生碱耗量大。
鉴于再生反洗分层工艺直接影响树脂的再生效果和酸碱耗量。因此，根据实际情况对混床再生工艺进行优化十分必要。
技术实现要素：
本发明的目的是为了克服传统再生分层工艺存在的水力反洗分层效果不佳、树脂反洗分层时间较长且进水量大，浪费除盐水，同时再生碱耗量大等缺陷，提供一种除盐混床再生的方法，该方法具有树脂分层效果好、树脂反洗分层时间短且耗水量小，同时可以大大节约再生碱液的消耗量，易于实现工业化实施，经济性好。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种除盐混床再生的方法，该方法包括以下步骤：
(1)降低水位及树脂松动：将混床罐内的液位高度降低至超出树脂层顶端液位高度的1/8至1/6，向混床罐内通入压缩空气，进行连续气洗10-15分钟；
(2)树脂分层：向混床罐内通入反洗水，控制反洗水通入流量为60-70t/h，待树脂层顶端液位高度膨胀至混床罐的上部观察窗可视范围内，以每分钟反洗水通入流量降低3-4t/h的速率，将反洗水通入流量调整至20-30t/h，并连续反洗15-25分钟，逐渐关闭反洗水进水，确认阴离子交换树脂和阳离子交换树脂分层效果；
(3)树脂再生：向混床罐内进行预喷射去离子水，调整通入再生酸液和再生碱液的浓度和流量，控制所述再生酸液的浓度为3.5-4重量％，通入流量为12-18t/h，所述再生碱液的浓度为3.5-4重量％，通入流量为12-18t/h，使阴离子交换树脂和阳离子交换树脂再生；
(4)置换：保持步骤(3)中去离子水的通入流量，停止通入再生酸液和再生碱液，对再生的阴离子交换树脂和阳离子交换树脂进行置换，至排水中性或电导率不大于5μS/cm；
(5)混脂：向混床罐内通入压缩空气，使阴离子交换树脂和阳离子交换树脂混合均匀，通入时间为3-10分钟；
(6)快速落床：待混脂结束，控制排水流量为80-100t/h，使混合均匀的阴离子交换树脂和阳离子交换树脂快速落床，落床时间为1-3分钟；
(7)正洗：向混床罐内通入正洗水，满水后控制正洗水通入流量为80-100t/h，至洗出水电导率不大于0.15μS/cm。
本发明的发明人通过深入研究发现，在除盐混床再生过程中，在对树脂层进行水力反洗分层之前，将混床罐内的液位降低至超出树脂层顶端液位高度的1/8至1/6，向所述混床罐内通入压缩空气进行气洗，可以有效使树脂松动，并降低后续反洗步骤的注水压力，增强反洗分层效果，显著缩短反洗分层时间，降低反洗水耗量。并且，当使用水对树脂进行反洗之后，控制再生酸液和再生碱液的浓度和流量，还可以显著降低树脂再生过程再生酸液和再生碱液的消耗量，同时还大大缩短了除盐混床再生时间。除盐混床单个周期制水量高，再生的除盐混床出水水质优良。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明提供了一种除盐混床再生的方法，该方法包括以下步骤：
(1)降低水位及树脂松动：将混床罐内的液位高度降低至超出树脂层顶端液位高度的1/8至1/6，向混床罐内通入压缩空气，进行连续气洗10-15分钟；
(2)树脂分层：向混床罐内通入反洗水，控制反洗水通入流量为60-70t/h，待树脂层顶端液位高度膨胀至混床罐的上部观察窗可视范围内，以每分钟反洗水通入流量降低3-4t/h的速率，将反洗水通入流量调整至20-30t/h，并连续反洗15-25分钟，逐渐关闭反洗水进水，确认阴离子交换树脂和阳离子交换树脂分层效果；
(3)树脂再生：向混床罐内进行预喷射去离子水，调整通入再生酸液和再生碱液的浓度和流量，控制所述再生酸液的浓度为3.5-4重量％，通入流量为12-18t/h，所述再生碱液的浓度为3.5-4重量％，通入流量为12-18t/h，使阴离子交换树脂和阳离子交换树脂再生；
(4)置换：停止通入再生酸液和再生碱液，通入去离子水进行阴离子交换树脂和阳离子交换树脂的置换，所述去离子水的通入流量为12-18t/h，至排水中性或电导率不大于5μS/cm；
(5)混脂：向混床罐内通入压缩空气，使阴离子交换树脂和阳离子交换树脂混合均匀，通入时间为3-10分钟；
(6)快速落床：待混脂结束，控制排水流量为80-100t/h，使混合均匀的阴离子交换树脂和阳离子交换树脂快速落床，落床时间为1-3分钟；
(7)正洗：向混床罐内通入正洗水，满水后控制正洗水通入流量为80-100t/h，至洗出水电导率不大于0.15μS/cm。
根据本发明，步骤(1)中，所述混床树脂松动的具体过程可以包括：打开混床罐的排气阀和正洗排水阀，待混床罐内的液位降低至超出树脂层顶端液位高度的1/8至1/6时，关闭混床罐的排气阀和正洗排水阀，打开混床罐的进压缩空气阀，通入压缩空气，进行连续气洗10-15分钟，使混床罐内部的树脂松动。
根据本发明，由于在通入压缩空气之前，预先放水，使混床罐内的液位降低至超出树脂层顶端液位高度的1/8至1/6，这样可以有效降低压缩空气的注入压头，并且不影响树脂的松动效果，以较低的压强通入压缩空气，便能显著增加阴离子交换树脂和阳离子交换树脂之间的空隙。
在本发明中，所述压头指流体在流动时因有流速而具有的速度压头。
根据本发明的一种具体的实施方式，步骤(1)中，所述混床罐的罐高为2.50米，内径为2.20米，可以待所述混床罐内的液位高度降低至超出树脂层顶端液位高度15-20cm，再通入压缩空气即可显著降低后续通入反洗水所需的压强。
根据本发明的一种具体的实施方式，步骤(1)中，向混床罐内通入压缩空气的过程中，所述压缩空气的压强可以为0.5-0.7MPa，通入流量为10-15m3/(m2·S)，便可有效增加阴离子交换树脂和阳离子交换树脂之间的空隙。
根据本发明，步骤(2)中，向混床罐内通入反洗水的过程包括：待步骤(1)通入压缩空气过程结束之后，当树脂开始下降时，向混床罐内通入反洗水。
根据本发明，步骤(2)中，所述树脂分层的具体过程可以包括：待步骤(1)气洗结束，混床罐内树脂松动，关闭混床罐的进压缩空气阀，打开混床罐的反洗进水阀，通入反洗水，调节反洗进水阀开度，控制反洗水通入流量为60-70t/h，待树脂层顶端液位高度膨胀至混床罐的上部观察窗范围内，以每分钟反洗水通入流量降低3-4t/h的速率，将反洗水通入流量逐渐调整至20-30t/h，并连续反洗15-25分钟，至阴离子交换树脂和阳离子交换树脂分层。由于反洗初期，阴离子交换树脂和阳离子交换树脂之间的空隙较小，为了增强反洗效果，使树脂充分膨胀，最大限度地增大由下至上流经树脂层的反洗水与树脂的接触面积，所需反洗压头较高，反洗水流量较大，需要达到60-70t/h；待所述树脂充分膨胀，阴离子交换树脂和阳离子交换树脂开始自动沉降落床，此时可以缓慢减低反洗水流量，以每分钟反洗水通入流量降低3-4t/h的速率，将反洗水流量逐渐调整至20-30t/h，并连续反洗15-25分钟，反洗后期，在树脂落床过程中，阴离子交换树脂和阳离子交换树脂密度不同，阳离子交换树脂密度较高，阴离子交换树脂密度较低，二者逐渐沉降后，阴离子交换树脂在上，阳离子交换树脂在下，在本发明控制的反洗水的流量范围内，可以获得显著的树脂分层效果。
根据本发明的一种具体的实施方式，步骤(2)中，将反洗水通入流量由60-70t/h调整至20-30t/h的时间可以为10-20分钟，这样有利于保持反洗水的注入压头均匀降低，不会影响阴离子交换树脂和阳离子交换树脂的沉降速率。
根据本发明，对于不同阳离子类型的阳离子交换树脂的密度排列顺序如下：
H+＜NH4+＜Ca2+＜Na+＜K+
对于不同阴离子类型的阴离子交换树脂的密度排列顺序如下：
OH-＜Cl-＜CO32-＜HCO3-＜NO3-＜SO42-
通常，传统的除盐混床再生方法树脂分层效果不佳，为了进一步增强树脂的分层效果，传统方法中所述树脂分层的过程还包括：向混床罐内通入反洗水之后，向所述混床罐内通入稀释碱液，使阳离子交换树脂充分转化为Na离子型阴离子交换树脂，使阴离子交换树脂充分转化为OH离子型阴离子树脂，从而增加阴阳离子交换树脂密度差，提高阳离子交换树脂的沉降速度，降低阴离子交换树脂的沉降速度，从而改善分层效果。然而通过本发明提供的方法，在对树脂层进行水力反洗分层之前，将混床罐内的液位降低至超出树脂层顶端液位高度的1/8至1/6，再向所述混床罐内通入压缩空气进行气洗，可以有效使树脂松动，并降低后续反洗步骤的注水压力，增强反洗分层效果，可以直接使树脂分层效果明显，完全可以省去传统工艺通入稀释碱液的步骤。
根据本发明，所述步骤(3)的树脂再生的具体过程可以包括：首先，打开混床罐的再生酸液喷射器进水阀和再生碱液喷射器进水阀，启动去离子水泵，预喷射去离子水，控制所述再生酸液喷射器进水阀和再生碱液喷射器进水阀的开度，保持去离子水流量为12-18t/h，随后开混床罐的再生酸液计量箱出酸气动门和再生碱液计量箱出碱气动门，向混床罐内通入再生酸液和再生碱液，控制所述再生酸液的浓度为3.5-4重量％，通入流量为12-18t/h，所述再生碱液的浓度为3.5-4重量％，通入流量为12-18t/h，保持混床罐内液位高度在混床罐的上部观察窗范围内，当混床罐内液位高度保持不变，使阴离子交换树脂和阳离子交换树脂再生。
根据本发明，步骤(3)中，所述树脂再生的过程还包括：确认步骤(2)中阴离子交换树脂和阳离子交换树脂分层后，将混床罐内的液位高度降低至超出树脂层顶端液位高度的1/24至1/12，再通过去离子水泵向混床罐内进行去离子水的预喷射。
根据本发明的一种具体的实施方式，步骤(3)中，所述混床罐的罐高为2.50米，内径为2.20米，确认步骤(2)中阴离子交换树脂和阳离子交换树脂分层后，将混床罐内的液位高度降低至超出树脂层顶端液位高度5-10cm，再通过去离子水泵向混床罐内进行去离子水的预喷射。
根据本发明，在所述步骤(3)的树脂再生过程中，向所述混床罐内通入再生酸液和再生碱液时，所述再生酸液和再生碱液的浓度均优选为3.5-4重量％，所述再生酸液和再生碱液的通入流量均优选为14-16t/h(例如15t/h)。这样不但可以显著缩短树脂再生耗时，还可以大大节约后续除盐步骤中的淡水消耗量。如果所述再生酸液和再生碱液的浓度低于3.5重量％，则会影响树脂的再生效果，导致再生树脂的运行周期显著降低；如果所述再生酸液和再生碱液的浓度高于4重量％，虽然树脂的再生效果不受影响，但是会造成树脂再生耗时增多，以及后续置换步骤中的淡水消耗量增大。
根据本发明，步骤(3)中，向混床罐内通入再生酸液和再生碱液的时间优选为35-45分钟(例如40分钟)，这样可以提供足够的时间使阴离子交换树脂和阳离子交换树脂充分反应再生。
根据本发明，步骤(3)中，在所述树脂再生过程中发生离子交换，所述离子交换反应式如下：
阳离子交换树脂反应R-Na++H+→R-H++Na+
阴离子交换树脂反应R-Cl-+OH-→R-OH-+Cl-
根据本发明，步骤(3)中，对于强酸性阳离子交换树脂可以用HCl、H2SO4、NaCl和Na2SO4中的至少一种的水溶液(再生酸液)再生；对于弱酸性阳离子交换树脂可以用HCl或H2SO4的水溶液(再生酸液)再生；对于强碱性阴离子交换树脂可以用NaOH或NaCl的水溶液(再生碱液)再生；对于弱碱性阴离子交换树脂可以用NaOH、Na2CO3和NaHCO3中的至少一种的水溶液(再生碱液)再生。
根据本发明，为了避免盐离子的存在影响再生树脂的效果，步骤(3)树脂再生过程中产生的盐离子应当及时除掉，因此本发明所述的除盐混床再生过程中还包括步骤(4)中的置换操作，所述置换操作的具体过程可以包括：停止通入再生酸液和再生碱液，通入去离子水对再生的阴离子交换树脂和阳离子交换树脂进行置换，保持步骤(3)中再生酸液和再生碱液的通入流量(即12-18t/h)，使去离子水分别对再生的阴离子交换树脂和阳离子交换树脂层进行清洗，至排水中性或电导率不大于5μS/cm，表面盐离子已经除尽。
根据本发明，步骤(4)中，所述置换时间优选为40-50分钟(例如45分钟)，这样可以保证将盐离子最大限度地除掉。
根据本发明，再生树脂在投入运行前必须将分层的树脂重新混合均匀，通常采用从树脂层的底部通入压缩空气的办法使阴离子交换树脂和阳离子交换树脂搅拌混合。步骤(5)中，所述混脂的具体过程可以包括：打开混床罐的进压缩空气阀，向混床罐内通入压缩空气，使阴离子交换树脂和阳离子交换树脂混合均匀。
根据本发明的一种具体的实施方式，步骤(5)中，向混床罐内通入压缩空气的过程中，所述压缩空气的压强优选为0.5-0.7MPa，通入流量为10-15m3/(m2·S)，通入时间优选为5-10分钟，便可使再生的阴离子交换树脂和阳离子交换树脂混合均匀，并且不至于磨损树脂。
根据本发明，待步骤(5)中混脂结束后，需要使混合均匀的阴离子交换树脂和阳离子交换树脂快速落床，所述快速落床的具体过程可以包括：关闭进压缩空气阀，打开正洗排水阀，并将开度调至最大，控制排水流量为80-100t/h，使混合均匀的阴离子交换树脂和阳离子交换树脂快速落床，所述落床时间优选为1-3分钟(例如2分钟)。这样可以有效防止步骤(5)中混合均匀的阴离子交换树脂和阳离子交换树脂由于落床速率过慢而重新分层，影响混脂效果。
根据本发明，在使用再生并混合均匀的树脂进行制水之前，还需要对步骤(6)落床的树脂进行正洗。步骤(7)中，所述正洗的具体过程可以包括：打开混床罐的正洗进水阀和正洗排水阀，向混床罐内通入正洗水，控制正洗水通入流量为80-100t/h，至洗出水电导率不大于0.15μS/cm，便可保证出水水质优良稳定。
根据本发明，步骤(7)中，向混床罐内通入正洗水的时间优选为15-30分钟，这样可以有效防止树脂中残留的再生酸液和再生碱液和再生产物与混合后的树脂交换，进一步降低残留的再生酸液和再生碱液和再生产物对出水水质的影响。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
以下实施例中，混床罐的罐高为2.50米，内径为2.20米，阴离子交换树脂采用强碱性阴离子交换树脂，型号为201×7MB；阳离子交换树脂采用强酸性阳离子交换树脂，型号为001×7MB。
以下实施例中，出水电导率通过HONEYWELL公司型号为UDA2182的电导率仪测得。
以下实施例中，除盐混床再生的一个周期为30天。
实施例1-4和对比例1-4
(1)降低水位及树脂松动：降低混床罐内的液位高度，向混床罐内通入压缩空气，进行连续气洗；
(2)树脂分层：向混床罐内通入反洗水，待树脂层顶端液位高度膨胀至混床罐的上部观察窗范围内，逐渐降低反洗水的注入流量，逐渐关闭反洗水进水，确认阴离子交换树脂和阳离子交换树脂分层效果；
(3)树脂再生：向混床罐内进行预喷射去离子水，调整通入再生酸液和再生碱液的浓度和流量，向混床罐内通入再生酸液和再生碱液，使阴离子交换树脂和阳离子交换树脂再生；
(4)置换：向混床罐内通入去离子水，至排水中性或电导率不大于5μS/cm；
(5)混脂：向混床罐内通入压缩空气，使阴离子交换树脂和阳离子交换树脂混合均匀；
(6)快速落床：混脂后开启正洗排水阀，并将正洗排水阀的开度快速调至最大，使再生树脂快速落床；
(7)正洗：向混床罐内通入正洗水，至洗出水电导率不大于0.15μS/cm。
各实施例和对比例中，各步骤操作参数如表1所示。
测试例
分别测试按照实施例1-4和对比例1-4的方法再生后的除盐混床的单个周期制水量、单个周期再生酸液的消耗量、单个周期再生碱液的消耗量、单个周期反洗分层用水消耗量(t)以及每次混床再生所需时间，测试结果如表2所示。
表1
表2
通过表2的结果可以看出，本发明提供的方法具有经济性好、实用性强、操作简单可控等优点。采用本发明提供的方法使除盐混床再生的过程中，树脂分层效果明显，还可以显著降低树脂再生过程的再生酸液和再生碱液的消耗量以及树脂反洗分层过程的耗水量，同时还大大缩短了除盐混床再生时间。并且再生后的树脂质量好，除盐混床单个周期制水量高，再生的除盐混床出水水质优良。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。