双室“浮动－满室床”脱盐水处理工艺的制作方法

专利名称：双室“浮动－满室床”脱盐水处理工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及锅炉脱盐水处理工艺。
国内目前大部分锅炉水处理装置仍采用固定床顺流或逆流再生工艺，尤其是电力系统目前仍有85％以上的水处理装置采用该工艺。该工艺是原水经过阳床、脱碳塔、脱碳水池、阴床、混床、脱盐水箱而得到脱盐水。
以下是该工艺有关技术内容的描述1、阳床、阴床结构采用的是浮动床或满室床。“浮动床”最典型的代表是“双室双层浮动床”。下室装填弱酸型(阳床)或弱碱型(阴床)树脂，上室装填强酸型(阳床)或强碱型(阴床)树脂。“双室双层浮动床”具有运行流速高、床层阻力小、出水品质好、再生剂消耗低的优势。但其下室装填的弱酸或弱碱型树脂只能去除部分水中的离子，其大部分残余离子还要靠上室装填的强酸或强碱树脂去除。因此，上室树脂在数量和高度上有很严格的要求。在运行、降床、再生过程中“双室双层浮动床”的树脂层易产生扰动、乱层，导致树脂利用率下降，影响出水水质，使周期产水量降低。其存在的主要缺点还有酸、碱消耗高(大部分酸、碱比耗高达3.0～5.0)，自耗水率高等。
2、国内水处理有90％以上的装置阳床采用盐酸作再生剂。硫酸也可以作为阳床的再生剂，其性能价格比是盐酸的2.5倍，就是说在同样产水量的情况下，使用硫酸会比使用盐酸再生费用低很多，对一套装置来说，仅耗酸费用就可产生年几十万的经济效益。因此，从市场经济的角度，为降低生产成本，要优先考虑用硫酸作再生剂。但硫酸用作再生剂，一直未能得到顺利实施的原因是分步再生技术不过关，有风险，设计难度大，操作水平要求高。
3、系列式二级脱盐水处理装置，为适应二级脱盐水用量有时不稳定的要求，一般在阴床出口至混床入口之间设一数千立方米的一级脱盐水箱，并须设加压泵站，该两项投资一般在百万元以上，且占地面积很大，电耗高。系列式脱盐水处理装置，为适应一级脱盐水用量有时不稳定的要求，一般在阳床出口至脱碳塔入口之间设一气动流量调节阀，因脱阳离子水呈酸性，对气动流量调节阀材质要求严格，因而调节阀价格昂贵，一般每只在几十万元左右。
4、当浮动床(阳床和阴床)进出水压差增大，交换柱产水量明显降低，表明树脂层内碎树脂与污垢积聚，应对树脂进行反洗，以恢复浮动床的运行能力。
目前，国内树脂反洗技术主要有以下三种(1)水—气反洗法a.移出树脂水—气反洗法需将树脂全部由交换柱移至清洗罐内进行反洗。
b.排除积水使清洗罐内积水排至树脂层面以上100mm处。
c.空气反洗d.反洗用原水对树脂进行反洗，以树脂层膨胀60～100％控制反洗强度。
e.移回树脂用清水将清洗罐内树脂移回至交换柱内。
(2)体内抽气反洗技术a.排除积水将柱内积水排至树脂层面以上50～100mm处。
b.开启树脂阀使上下筒体间形成树脂通道。
c.抽气擦洗可用水射器或真空泵抽气，抽气量约为10升/米2.秒，擦洗时，维持筒内真空度300～400mmHg柱。
d.水反洗同水—气擦洗法的工序。
e.降落树脂关闭进水，使树脂自由降落全部落入筒体内。
f.冲洗上筒体通过上筒体顶部环形多孔管道进水，冲洗上筒体内壁的树脂白球，使之落入下筒体。
g.关闭树脂阀，准备再生。
(3)水清洗工艺a、移出树脂将50％的树脂移至清洗罐内。
b、反洗c、移回树脂，准备再生。
以上三种工艺，因交换柱和反洗器均在同一平面上，故普遍存在的主要缺陷是树脂反洗后，均不能完全返回交换器(“壁角”现象)，因此，阴、阳树脂反洗器不能共用而必须分设，即增加了建设投资，又需浪费大量的反洗用水。
5、系列式除盐工艺，阴床、阳床再生时，几乎是同时再生。阳床再生废液需加碱中和，阴床再生废液需加酸中和。酸碱中和后，其PH值仍小于7，需加碱或氨再中和，使制水成本提高，造成氨—氮污染。
6、系列式一级脱盐水处理装置，以阳床漏Na+、阴床漏SiO2为交换终点，分别用电导仪和SiO2检测仪自动检测，当电导高于10us/cm或SiO2含量超过0.2PPm时，为系列失效终点，此时装置由运行状态降床后转入再生等待状态。该脱盐水处理终点控制装置是由安装在阳床与脱碳塔间连接管路上的钠表以及阴床处理水出口管路上的电导仪和硅表组成。其技术缺陷是在线SiO2检测仪价格昂贵，检修维护量大，其运行条件要求很苛刻，须定期从国外进口标准检测溶液，且经常发生检测滞后，水质超标现象，严重困扰着装置的安全生产。
本发明的目的是提供一种双室“浮动-满室床”脱盐水处理工艺，克服现有技术存在的不足，降低投资和运行成本，节约酸、碱和再生水，提高产水量，运行安全可靠。
本发明的双室“浮动-满室床”脱盐水处理工艺，原水经过阳床、脱碳塔、脱碳水池、阴床、混床、脱盐水箱，其特征在于阳床、阴床采用双室“浮动-满室床”，该“浮动-满室床”上室采用满室床，下室采用浮动床，阳床采用硫酸作再生剂并采取分步再生工艺，阳床、阴床树脂采用高位反洗方式，阳床、阴床的再生废液直接排入中和池，整个工艺采用串级流量调节方式，脱盐水终点控制采用阳床优先失效方式；所述阳床硫酸分步再生工艺，阳床的上室为强酸阳树脂，下室为弱酸阳树脂，第一步进入阳床上室的再生液浓度为0.7~1.5％，第二步浓度为2~5％，阳床下室始终保持再生剂的浓度为0.4~0.7％；所述高位反洗方式，阳床和阴床的树脂出入口分别通过树脂管线与反洗塔的底部连通，反洗塔的底部出口高于阳床和阴床的树脂顶端，反洗塔的顶部设置有排水管及连接原水管道；所述串级流量调节方式，由安装在阴床出口至混床入口之间或阴床入口的气动流量调节阀和阳床出口至脱碳塔入口之间的自力式流量调节阀组成，该自力式流量调节阀由安装在脱碳水池中的浮球和阀体安装在阳床出口进脱碳塔前的管路上的蝶阀间连接组成；所述阳床优先失效方式，是在阴床处理水出口管路安装一电导仪，阴床的强碱阴树脂用量高于根据原水中阴离子含量计算出的强碱阴树脂量的1～3％。
所述硫酸分步再生工艺进入阳床上室的再生液的流速最好为4~8米/小时。
进入阳床的硫酸为稀硫酸，浓硫酸经过稀释工艺进入阳床，本发明提供一种如下工艺包括一硫酸稀释罐，硫酸稀释罐底部通过连接管与一管路连接，该管路的一端为进水端，另一端为稀释硫酸出口端，硫酸计量罐通过硫酸管线连接到硫酸稀释罐底部的连接管上，在硫酸管线上有计量泵，泵的酸压大于硫酸稀释罐中水的静压，各管线上设置有阀门，硫酸稀释罐底部的连接管与管路的连接点为喷射泵，管路的稀释硫酸出口端连接阳床。
所述自力式流量调节阀由浮球和蝶阀通过轴连接而成，蝶阀包括阀体、阀体内的阀板，阀板连接横向轴、横向轴垂直连接一竖向轴，竖向轴与浮球连接。
本发明在上述的基础上还可以采用现有技术已采用的在阳床和阴床上设计的宝塔侧缝式水帽技术，利用该技术可以减小床层压力，使水的流速平稳。
以下分述各组成内容的技术方案一、对于双室“浮动-满室床”，下室为浮动床，上室为满室床。
下室浮动床可以同现有技术的方式，树脂的充填度一般在60~80％，上室满室床的充填度为100％。
上室和下室的树脂仍然是水处理用的各种树脂。但为减少床层阻力，最好选择较大粒径(0.6~1.25mm)的浮动床均粒树脂。
结构形式基本同双室浮动床的结构形式。其使用方法不变。
水经过阳床和阴床进行处理，决定出水水质关键在上室，适当提高上室充填度后，减少了上室树脂在停运降床、投运起床时树脂层的扰动，可充分发挥树脂的交换能力，提高产水量。层态的稳定又保证了逆流再生时离子交换反应较大的推动力，可使强型树脂得到充分再生。
以下是在运行、再生及水质条件不变的情况下，对阴、阳床上室进行了三种不同树脂充填度的生产实验，数据如下
从以上数据比较来看，提高上室充填度，合理调整强弱树脂比例，可大大提高产水量，降低消耗。
采用双室“浮动-满室床”的优点是(1)对原水适应范围广，特别对含盐量较高的原水更适用。含盐量小于1000mg/l均可采用。
(2)运行流速高、动态范围大，可在20~50m/h的范围内运行。
(3)出水品质高，正常运行时，电导在0.4us/cm，SiO21-3PPb。
(4)树脂利用率高、周期产水量大。
(5)再生剂消耗低，接近于理论量的极限。
(6)设备结构简单，操作安全可靠。
(7)树脂降床时，不产生乱层现象，因而再生效果好、自耗水率低。
(8)对环境污染小，最大限度地降低了排放水体的含盐量，社会效益巨大。
二、硫酸分步再生工艺上室为强酸阳树脂，下室为弱酸阳树脂，阳床采取分步再生工艺，第一步进入阳床上室的硫酸浓度为0.7~1.5％，最好是1.5％，最后一步浓度为2~5％，最好为3％，阳床下室始终保持再生剂的浓度为0.4~0.7％，最好为0.7％。
上述进入阳床上室的硫酸在第一步与最后一步之间可以分多步加入，每一步的浓度在第一步与最后一步之间。至于分几步，从理论上来说，没有限制，但从实际工艺操作是否便于控制，一般最多总共分4步即可。但最好是分两步。
当进入阳床上室的硫酸分两步时，第一步进入阳床上室的硫酸浓度为0.7~1.5％，最好是1.5％，第二步浓度为2~5％，最好是3％。
硫酸分步进入阳床上室，每一步加硫酸的量按硫酸总量平均分配即可，或多少有一点浮动也可。流速在4~8米/小时，浓度低时，相对流速高一些。浓度高时，相对流速低一点。
分两步再生时，第一步进入阳床上室的再生液的量为40~60％，第二步余量。
硫酸分步再生工艺设置的硫酸浓度与充填的树脂组成无关。
上行制水周期结束后降床，新鲜硫酸由上部进入，首先经过上室压缩层部分的树脂，即强酸阳树脂，这部分树脂得到了充分的再生，从而保证了出水质量。经过强酸阳树脂的再生剂再进入下室弱酸阳树脂。由于强酸树脂需要较高浓度的再生剂硫酸，而弱酸树脂不需要那么高的浓度，故在进入下室后的再生剂加原水稀释。这样既保证了硫酸的有效利用，又减少了中和废水所用的药品。为防止产生CaSO4沉淀，采用了分步再生技术。
硫酸分步再生工艺，使硫酸成为运行安全可靠的工业化阳床再生剂。取代盐酸，大大降低生产成本，在再生过程中不会产生硫酸钙沉淀。也使管线和设备易采取保护措施，降低使用成本。
三、树脂高位反洗工艺采用的是水清洗工艺，工艺步骤同现有技术。高位设置反洗装置，使树脂能够通过树脂管线很容易地移回交换柱，避免了“壁角”现象，一套装置只要设置一个反洗塔，就能满足使用要求，并可节约大量的反洗用水。反洗塔最好是底部为圆锥形，上部为圆柱形。反洗塔底部最好高于阳床和阴床的树脂顶端0.5米以上。
四、再生废液等当量自中和工艺采用硫酸作阳床再生剂，而且利用分步再生工艺，将再生废液直接排入一中和池，阴床的再生废液也直接排入该中和池，混匀后排放便可达到排放标准，其排放要求是废液的PH为6～9。
五、串级流量调节工艺在阴床出口至混床入口之间或阴床入口管路上设置的气动流量调节阀，不需要再设脱盐水箱和加压泵，新建一套装置可节约投资百万元以上，解决了系列式脱盐水装置运行流量不能自动调节的难题，降低了工人的劳动强度，使装置运行更加平稳稳定.
自力式流量调节阀，解决了阳床出口至脱碳塔入口之间气动流量调节阀价格昂贵的难题，仅需投资几千元。
该调节装置的设计指导思想是利用水不可压缩并能传递压力的原理，在阴床出口或入口安装气动调节阀，在脱碳水池额定液位高度安装自力式流量调节阀，阀体装在阳床出口进脱碳塔前的管路上，从后往前逐级往前串着调节，当阴床调节阀阀位开度一定时，阴床出口的流量就确定了，这样，阴床入口、脱碳水泵出入口流量也确定了，脱碳水池液位也就确定了。自力式流量调节阀的开度受脱碳水池液位控制，阳床出入口流量也是定值，整个系统是密闭、平衡、稳定的。
六、脱盐水终点控制工艺通过提高阴床的强碱阴树脂设计余量，使其交换失效终点控制在阳床之后，使水处理控制装置省去了钠表和硅表，不需要在线SiO2检测仪及人工检测分析。每新建一套脱盐水装置可减少一次性投资十五万元左右，可减少二名专职化验分析人员。减轻了操作人员的劳动强度，省去了定期从国外进口标准溶液，提高了脱盐水处理装置的安全可靠性，并能使二级脱盐水的生产批量得到显著提高。齐鲁石化公司第二化肥厂两醇脱盐水应用该装置后，使二级脱盐水的生产批量由4万吨提高到10万吨，效果显著。
所有技术方案有机结合为一个整体系统，通过采用这些技术方案，大大提高了脱盐水处理技术水平，能够有效地降低投资和运行成本，节约酸、碱和再生水，提高产水量，运行安全可靠。效益分析1400#单元每年供精制水113万吨，改造后年节约93％硫酸290T，节约45％NaOH260T，节约再生水14.7万吨，年节约费用113.6万元。
本发明在1400#脱盐水装置的运行与日本栗田公司原设计值的比较如下
下面结合实施例


图1为本发明的工艺流程示意图；图2为双室“浮动-满室床”结构示意图；图3为用浓硫酸作再生剂的分步再生工艺流程图；图4为阳床、阴床树脂高位反洗方式示意图；图5为阳床、阴床再生废液等当量自中和工艺示意图；图6为串级流量调节工艺示意图；图7为自力式流量调节阀机构示意图；图8为图7是俯视图；图9为阳床优先失效脱盐水终点控制工艺流程图；如图2，图中S1原水入口S2水出口S3树脂出入口S4稀释水入口S5压力表S6树脂出入口S7压力表M1、M2、M3、M4分别为人孔该双室浮动-满室床在上室与下室之间增加了稀释水管，其它同双室浮动床的结构。它是阳床以硫酸为再生剂，硫酸采用分步再生工艺而设计的。第一步进入阳床上室的硫酸浓度为1.5％，第二步浓度为3％，下室始终保持硫酸的浓度为0.7％。为适应该分步再生工艺，在上室和下室之间增加稀释水。稀释水管上的孔分布均匀，孔径只保证水出来，不能使树脂进去。
如图3，是运用浓硫酸为再生剂，将其进行稀释的示意图。图中1再生泵 2转子流量计 3硫酸稀释罐 4浮球 5通气管 6连接管 7管路 8喷射泵 9硫酸管线10计量泵 11硫酸计量罐 12阳床再生泵1是将脱盐水根据需要送入管路7和硫酸稀释罐3中。硫酸稀释罐3底部通过连接管6与管路7上的喷射泵8连接。硫酸计量罐11通过硫酸管线9与连接管6连接，连接点靠近硫酸稀释罐底部。在硫酸管线上有计量泵10。计量泵10的扬程为10米，硫酸稀释罐3离地面1.5米(可以是1～3米)，由于计量泵的酸压高于硫酸稀释罐中水的静压，酸与水在管线中混合，设计硫酸管线与连接管6的连接点处硫酸的稀释浓度为10％，在喷射泵处的管路上硫酸的稀释浓度为3％，稀释后的硫酸送入阳床12。由92％的硫酸分梯度依次稀释为10％、3％，依此计算水和酸的流量。
在各连接管路上都设置有阀门。
按照上述技术方案，将浓硫酸分梯度逐步稀释为较低浓度的硫酸。
由图2和图3进行结合，送入阳床的硫酸浓度已经稀释为3％，分步再生的第一步是硫酸浓度为1.5％，因此，3％的硫酸再进行稀释为1.5％，进入阳床上室。
如图4，图中13反洗塔 12阳床 14阴床 15排水管 16原水冲洗管线 17树脂管线反洗塔底部高于浮动-满室床上室树脂0.5米以上。反洗塔上部为圆柱形，下部为有0.3％坡度的圆锥型，顶部设置有排水管15和原水冲洗管线16。阳床和阴床分别通过各自的树脂管线17与反洗塔的底部连接。为了有利于树脂进出入，树脂进出入口管最好采用偏心异径管。
按水清洗工艺，当清洗阳床树脂时，将下室的树脂通过树脂管线移到反洗塔中，从阳床底部通过原水冲洗树脂，达到要求后，停止反洗，反洗塔中的水由排水管排除，再通过原水冲洗管线用水将树脂沿树脂管线移回到阳床中，准备再生。然后再将上室的树脂按同样的方法进行反洗。阴床树脂的反洗同样。
如图5，按照本发明所述的具体操作方式进行阳床和阴床再生。阳床的再生废液的PH为4~7，阴床的再生废液PH为7~11。阳床的再生废液和阴床的再生废液全部贮存在中和池，中和池底部带有空气管，由中和泵大循环，通入空气进行空气搅拌，使废液混合均匀，经检测PH值后自动排放。
如图6，图7、图8，图中12阳床 18脱碳塔 19脱碳水池 20浮球 21自力式流量调节阀 22脱碳水泵 14阴床 23气动调节阀 24阀体 25阀板 26横向轴27竖向轴 28轴套 29法兰如图6在阴床出口管路上设置气动调节阀23，代替了现有技术在此设置的脱盐水箱和加压泵站。在阳床出口进脱碳塔前的管路上安装自力式流量调节阀21代替现有技术在此设置的气动流量调节阀。
自力式流量调节阀21由浮球20和安装在阳床出口进脱碳塔前的管路上的蝶阀通过轴连接组成，其结构形式如图7和图8所示。蝶阀由阀体24、阀体内的阀板25组成，阀板连接横向轴26、横向轴垂直连接竖向轴27，竖向轴27与浮球20通过轴套28固定连接。法兰29将自力式流量调节阀固定在脱碳水池上。当脱碳水池处于额定液位时，阀板25堵死阀体内的通道。当脱碳水池中的水位降低时，浮球下落，带动横向轴转动。从而使阀板转动，阀板的开合位置，决定了通过阀体的流量大小。
该调节方式是从后往前逐级串着调节，当阴床调节阀阀位开度一定时，阴床出口的流量就确定了，这样，阴床入口、脱碳水泵出入口流量也确定了，脱碳水池液位也就确定了。整个脱盐水装置系统是密闭、平衡、稳定的，并大大降低了脱盐水系统的投资和运行成本。
如图9，图中12阳床 18脱碳塔 14阴床 30电导仪 A酸再生剂 B原水 C废液 D废气 E风机 F碱再生剂 G脱碳水泵阳床和阴床以及脱碳塔都是不变的，只是将阴床的上室强碱阴树脂用量提高，比根据原水中阴离子含量计算出的强碱阴树脂量高1～3％。去掉阳床和脱碳塔之间的钠表和阴床处理水出口管路上的硅表，只设置一个电导仪。当电导仪高于10us/cm时，为阳床失效终点，此时阴床尚未失效。整个装置(包括阳床和阴床)由运行状态降床后转入再生等待状态。
权利要求
1.一种双室“浮动-满室床”脱盐水处理工艺，原水经过阳床、脱碳塔、脱碳水池、阴床、混床、脱盐水箱，其特征在于阳床、阴床采用双室“浮动-满室床”，该“浮动-满室床”上室采用满室床，下室采用浮动床，阳床采用硫酸作再生剂并采取分步再生工艺，阳床、阴床树脂采用高位反洗方式，阳床、阴床的再生废液直接排入中和池，整个工艺采用串级流量调节方式，脱盐水终点控制采用阳床优先失效方式，所述阳床硫酸分步再生工艺，阳床的上室为强酸阳树脂，下室为弱酸阳树脂，第一步进入阳床上室的再生液浓度为0.7~1.5％，第二步浓度为2~5％，阳床下室始终保持再生剂的浓度为0.4~0.7％，所述高位反洗方式，阳床和阴床的树脂出入口分别通过树脂管线与反洗塔的底部连通，反洗塔的底部出口高于阳床和阴床的树脂顶端，反洗塔的顶部设置有排水管及连接原水管道，所述串级流量调节方式，由安装在阴床出口至混床入口之间或阴床入口的气动流量调节阀和阳床出口至脱碳塔入口之间的自力式流量调节阀组成，该自力式流量调节阀由安装在脱碳水池中的浮球和阀体安装在阳床出口进脱碳塔前的管路上的蝶阀间连接组成，所述阳床优先失效方式，是在阴床处理水出口管路安装一电导仪，阴床的强碱阴树脂用量高于根据原水中阴离子含量计算出的强碱阴树脂量的1～3％。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于所述双室“浮动-满室床”下室浮动床树脂的充填度为60～80％，上室满室床的充填度为100％。
3.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于所述硫酸分步再生工艺进入阳床上室的再生液的流速为4~8米/小时。
4.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于进入阳床的硫酸为稀硫酸，浓硫酸经过稀释工艺进入阳床，该工艺包括一硫酸稀释罐，硫酸稀释罐底部通过连接管与一管路连接，该管路的一端为进水端，另一端为稀释硫酸出口端，硫酸计量罐通过硫酸管线连接到硫酸稀释罐底部的连接管上，在硫酸管线上有计量泵，泵的酸压大于硫酸稀释罐中水的静压，各管线上设置有阀门，硫酸稀释罐底部的连接管与管路的连接点为喷射泵，管路的稀释硫酸出口端连接阳床。
5.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于所述自力式流量调节阀由浮球和蝶阀通过轴连接而成，蝶阀包括阀体、阀体内的阀板，阀板连接横向轴、横向轴垂直连接一竖向轴，竖向轴与浮球连接。
全文摘要
双室“浮动－满室床”脱盐水处理工艺,其特征在于阳床、阴床采用双室“浮动－满室床”,该“浮动－满室床”上室采用满室床,下室采用浮动床;阳床采用硫酸作再生剂并采取分步再生工艺;阳床、阴床树脂采用高位反洗方式;阳床、阴床的再生废液直接排入中和池;整个工艺采用串级流量调节方式;脱盐水终点控制采用阳床优先失效方式。本发明能够有效地降低投资和运行成本,节约酸、碱和再生水,提高产水量,运行安全可靠。
文档编号C02F1/42GK1376639SQ01107920
公开日2002年10月30日 申请日期2001年3月28日 优先权日2001年3月28日
发明者彭森, 徐砚平, 李升泰, 席文洪, 罗兴玉, 吴刚, 朱传芳, 左继功, 王秋生, 姜蕾 申请人:中国石化集团齐鲁石油化工公司