CN101780422A - 一种四塔式混合离子交换器树脂体外分离再生方法 - Google Patents

Abstract

一种四塔式混合离子交换器树脂体外分离再生方法，失效树脂从混床底部通过管路、阀门输送至第一塔即树脂分离罐，在树脂分离罐内以水力、风力进行擦洗、分离，阴阳离子树脂被分层，上部阴树脂通过上部阀门和管路输送至第二塔即阴离子树脂再生罐，下部阳离子树脂通过下部阀门和管路输送至第三塔即阳离子再生罐，阴离子树脂在第二塔中用过量碱液再生，阳离子树脂在第三塔中用过量酸液再生，再生后，全部阴离子树脂转为OH型，全部阳离子树脂转为H型，分别从第二、第三塔输送至第四塔即树脂贮存罐；本发明解决了大容量火力发电厂、核电站等高参数工业锅炉、蒸汽发生器冷凝水深度处理(凝结水精处理)的混床树脂体外分离、再生的问题。

Description

一种四塔式混合离子交换器树脂体外分离再生方法

技术领域

本发明涉及的是超大容量、高参数工业锅炉、蒸汽发生器凝结水精处理混床树脂体外分离、再生的方法及装置，可使凝结水精处理混床出水达到极高品质，满足超大容量火力发电厂、核电站等高参数工业锅炉、蒸汽发生器凝结水精处理的要求，具有节能、节水、节约酸耗、碱耗和全自动运行的特点。

背景技术

大型火力发电厂锅炉、核电站蒸汽发生器的高参数蒸汽做功后凝结成凝结水(冷凝水)，必须经过深度处理后，才能被循环使用。目前凝结水处理装置均采用离子交换法，即采用混床(混合离子交换器)对凝结水进行深度处理，统称为凝结水精处理。混床内混合状态的阴、阳离子交换树脂(简称树脂)运行一段时间后失去去除离子的能力，即失效，需要移出混床体外进行分离、再生。本发明即提供了一种能达到极高分离、再生效果的方法。

常规的树脂分离再生装置，目前有2～3台罐体设备组成，或者树脂分离设备兼做再生设备，或者再生设备兼做贮存、混合设备，由于需要功能兼顾，或者存在阴、阳树脂分离不彻底，或者树脂再生过程中互相污染影响再生效果等不足，导致混床出水水质难以满足超大容量火力发电厂、核电站等高参数工业锅炉、蒸汽发生器凝结水精处理要求。

常规火力发电厂对混床出水水质指标是阳导(25℃)≤0.15μs/cm、钠≤3μg/l、氯离子≤3μg/l，假定酸碱再生树脂时都能100％成功转型，混床树脂输送无残留，则所有的交叉污染全部来自于分离再生装置，以此计算，再生装置要求实现阳树脂中阴树脂含量不大66.2％即可。对于该指标，常规再生装置，如2塔、3塔组成的装置，都可以满足。但是，对于超大容量火力发电机组和核电机组，其出水指标期望值是阳导(25℃)≤0.06us/cm、钠≤0.05ppb、氯≤0.1ppb、硫酸盐≤0.1ppb，同样以树脂再生时100％成功转型、混床无残留为假定依据，则再生装置要求实现阳树脂中阴树脂含量小于1.65％。如果考虑常规系统，树脂输送、分离难以避免有一定的残余或不彻底，则会更低，这对于现有常规的2塔、3塔再生装置，是难以满足的。

再生装置产生阴阳树脂交叉污染的可能性主要有几种因素：(1)树脂在分离设备内分离不彻底；(2)分离设备输送至再生设备时，输送过程不彻底，使得输送阴树脂时混入了阳树脂，或者在输送阳树脂时混入了阴树脂；(3)再生设备兼做混合设备，再生好的树脂向混床输送不彻底，混在下一批再生好的单一阳树脂或阴树脂中；(4)部分管路同时用作输送阴树脂和阳树脂，管路内局部管段存有死区留有树脂，混在另一种性质中。本发明可以避免产生上述问题。

混床运行过程中，阳树脂会缓慢降解，产生对热力系统有害的硫酸根等阴离子。由于含量极低，对常规火力发电厂无明显影响，但对目前最新型的1000MW级核电站会产生难以忽略的危害。本发明提供了消除上述问题的方法。

发明内容

本发明目的是：提出一种四塔式混合离子交换器树脂体外分离再生方法及装置——四塔式混合离子交换器，提供一套能满足超大型火力发电厂和核电厂凝结水精处理用混床树脂体外分离、再生装置，由四塔(罐体)设备和必要阀门、管路、监督仪表组成，并能根据使用要求，灵活配置，增加备用树脂量，整套再生装置能全自动运行。

本发明的技术方案是：四塔式混合离子交换器树脂体外分离再生方法，混床失效树脂从混床底部通过管路、阀门输送至第一塔即树脂分离罐，在树脂分离罐内以水力、风力进行擦洗、分离，阴阳离子树脂被分层，上部是阴树脂，下部是阳离子树脂，上部阴树脂通过上部阀门和管路输送至第二塔即阴离子树脂再生罐，下部阳离子树脂通过下部阀门和管路输送至第三塔即阳离子再生罐，阴阳树脂中间分离不彻底的混合树脂层被留在第一塔内，留待与下一批树脂进行处理；阴离子树脂在第二塔中用过量碱液再生，阳离子树脂在第三塔中用过量酸液再生，再生后，全部阴离子树脂转为OH型，全部阳离子树脂转为H型，分别从第二、第三塔输送至第四塔即树脂贮存罐，第四塔采用是贮存和混合功能的贮存罐，阴阳树脂在此彻底混合，经试运行制水合格后贮存，需要时即可输送至混床运行。

在各塔内，以及输送树脂的管路、阀门，不会同时用作输送或留存两种树脂，因此，即使有树脂残留，也不会造成交叉污染。第四塔中即便有残留树脂，虽然两种性质的都残留了，但因为已经是再生好的树脂，不会影响混床内的树脂性能，即不会影响混床出水水质。正常配置时，可以根据需要，在混床底部预铺阴离子树脂层，以吸收阳离子树脂降解产生的硫酸根等阴性离子，防止这些杂质进入运行系统。

四塔式混合离子交换器，包括第一塔树脂分离罐11，第二塔阴树脂再生罐12，第三塔阳树脂再生罐13和第四塔树脂贮存罐14，混床15输出端失效树脂从混床15底部通过管路、树脂分离罐11进口阀门1连接并输送至第一塔树脂分离罐11，第一塔分离罐上部阴树脂通过管路、树脂分离罐11的阀门3连接至第二塔阴树脂再生罐12，下部阳树脂通过管路、树脂分离罐11的下部阀门2、阳树脂再生罐阀门5输送至阳树脂再生罐13；第二塔底部阀门4、第三塔底部阀门6通过管路和树脂贮存罐的阀门7连接第四塔树脂贮存罐14，第四塔设输出底部阀门8。

本发明改进是：在树脂分离罐11连接至第三塔阳树脂再生罐13的管道上串接三通阀门10、三通阀门10的第三路连接的管道接第二三通阀门9及其管路，三通阀门9串接在第三塔底部阀门6至第二塔底部阀门4之间的输出管道上，第二三通阀门9的第三路连接管道接第四塔的底部阀门8输出的管道。

加大第三塔的容积，使之具备阳树脂再生功能的同时，具备混合、贮存和试运行制水功能，即可在不增加总设备数量的情况下，实现一套装置，同时具有处理两套树脂的能力，其实现方法是：在第四塔中贮存有一套再生、混合好的树脂的同时，第一塔对混合树脂进行分离，阴树脂从第一塔通过阀门进入第二塔，并进行再生，阳树脂通过第三塔进行再生，再生好的阴树脂通过再输入第三塔，并在第三塔内与再生好的阳树脂混合。此时，第三塔和第四塔内分别贮存了一套再生、混合好的树脂，根据需要，可以任意选择第三塔或第四塔树脂输入混床运行。

正常配置时，树脂在第四塔内混合后试运行，如果树脂再生不彻底，再生度不够，其出水将难以达到要求，此时，可以将树脂通过第四塔底部阀门输至第一塔，重新进行分离、再生。

在增加一套备用树脂量的特殊配置时，树脂在第三塔试制水时如果发现出水达不到要求，即树脂再生度不够时，也可以通过管路，将第三塔内混合后的树脂，将树脂通过第三塔底部阀门6、阀门9和第一塔阀门1、阀门11，将未能成功再生的树脂输送回第一塔，重新进行分离、再生。

本发明由四塔即四台功能独立的罐体容器通过管路、阀门连接组成，四台容器互相之间功能互不干扰，树脂在输送进入第一塔后直至再生完成输入第四塔，其间没有公用的设备和管路，能彻底杜绝设备内树脂输送不彻底、管路死区树脂残留等因素造成树脂交叉污染的可能。如采用本申请人的树脂分离罐设备，专利号ZL 20052070245.8，此设备采用弧形底板+水帽结构，可以最大限度避免设备底部树脂残留，达到最大的树脂输送率。

如果用于核电站等需要防止阳树脂降解产生的硫酸根等阴离子带入凝结水，可以通过再生装置将部分阴树脂首先输入混床，在混床底部形成阴树脂防护层，吸收上部阳树脂释放的阴离子特性降解物，特别是吸收硫酸根。

所有阀门配用自动阀门，所有树脂输送、分离、再生、混合过程都有在线仪表监督，并配有自动控制设备，可以实现全自动无人值守运行，并能节约再生耗水、耗酸、耗碱和耗能。

本发明的有益效果是：主要以设备树脂分离罐(第一塔，专利设备，专利号：ZL 20052070245.8)为基础，加上阴树脂再生罐(第二塔)、阳树脂再生罐(第三塔)、树脂贮存罐(第四塔)，共四个罐体容器设备，实现对树脂的分离、再生、贮存、传送等功能，配合混床(设备5)，实现离子交换法冷凝水深度处理(凝结水精处理)功能。提供一套能满足超大型火力发电厂和核电厂凝结水精处理用混床树脂体外分离、再生装置，由四塔(罐体)设备和必要阀门、管路、监督仪表组成，并能根据使用要求，灵活配置，增加备用树脂量，整套再生装置能全自动运行。

本发明提供了一种用于对混合离子交换器(混床)的树脂进行体外再生的方法，可解决现有大容量火力发电厂、核电站等高参数工业锅炉、蒸汽发生器冷凝水深度处理(凝结水精处理)的混床树脂体外分离、再生时，树脂分离度、再生度不够，导致混床运行周期低、出水水质差的问题。本发明可以有多种设置，实现不同目标：正常配置时，可以达到最佳运行效果，即分离度最高、出水水质最高，满足超大容量火力发电厂、核电项目对水质最严格极求；采用特别配置时，可以在不增加再生设备数量的情况下，同时处理两套树脂，即增加一套备用树脂，混床出水水质可以满足绝大多数凝结水精处理需要。全套系统采用自动控制，能实现无人值守全自动运行。

附图说明

图1是本发明结构示意图

阀门1-8，第二三通阀门9，三通阀门10、第一塔树脂分离罐11，第二塔阴树脂再生罐12，第三塔阳树脂再生罐13和第四塔树脂贮存罐14，混床15。

具体实施方式

结合附图，发明方案说明如下：

混床失效树脂从混床15底部通过管路、树脂分离罐11进口阀门1连接并输送至树脂分离罐11(第一塔，采用专利号ZL 20052070245.8设备)，用水力、风力进行擦洗、分离，树脂被分层，上部是阴树脂，下部是阳树脂，上部阴树脂通过管路、树脂分离罐11的阀门3连接输送至阴树脂再生罐12(第二塔)，下部阳树脂通过管路、树脂分离罐11的下部阀门2、阳树脂再生阀门5输送至阳树脂再生罐13(第三塔)，阴阳树脂中间分离不彻底的混合树脂层被留在第一塔内，留待下一批树脂进行处理。阴树脂在第二塔12中用过量碱液再生，阳树脂在第三塔中用过量酸液再生，再生后，全部阴树脂转为OH型，全部阳树脂转为H型，分别从第二塔底部阀门4、第三塔底部阀门6通过管路树脂贮存罐的阀门7输送至树脂贮存罐14(第四塔)，第四塔通过底部阀门8输出。第四塔14同时具有贮存和混合功能，阴阳树脂在此彻底混合，经试运行制水合格后贮存，需要时即可输送至混床运行。

正常配置下，阳树脂再生罐(第三塔)13的管道上三通阀门10、第二三通阀门9及其管路(见附图云线部分)不作配备。在各台设备内，以及输送树脂的管路、阀门，不会同时用作输送或留存两种树脂，因此，即使有树脂残留，也不会造成交叉污染。第四塔14中即便有残留树脂，虽然两种性质的都残留了，但因为已经是再生好的树脂，不会影响混床内的树脂性能，即不会影响混床出水水质。

特殊情况配置时，树脂分离罐11连接至阳树脂再生罐(第三塔)13的管道上阀门2、阀门5之间串接三通阀门10、三通阀门10的第三路连接的管道接第二三通阀门9连接的管路，第二三通阀门9串接在第三塔底部阀门6至阀门4之间的输出管道上，三通阀门9的第三路连接管道接第四塔的底部阀门8输出的管道，并加大第三塔13的容积，使之具备阳树脂再生功能的同时，具备混合、贮存和试运行制水功能，即可在不增加总设备数量的情况下，实现一套装置，同时具有处理两套树脂的能力，其实现方法是：在第四塔中贮存有一套再生、混合好的树脂的同时，第一塔对混合树脂进行分离，阴树脂从第一塔通过阀门3进入第二塔12，并进行再生，阳树脂通过阀门2、阀门5进入第三塔13并进行再生，再生好的阴树脂通过阀门4、阀门10和阀门5输入第三塔，并在第三塔内与再生好的阳树脂混合。此时，第三塔和第四塔内分别贮存了一套再生、混合好的树脂，根据需要，可以任意选择第四塔或第三塔内树脂输入混床运行。当选择第三塔时，树脂通过第三塔的阀门6和阀门9输送。

正常配置时，树脂在第四塔内混合后试运行，如果树脂再生不彻底，再生度不够，其出水将难以达到要求，此时，可以将树脂通过第四塔底部阀门8和第一塔阀门1、阀门11，将未能成功再生的树脂输送回第一塔，重新进行分离、再生。

特殊配置时，树脂在第三塔内混合后试运行，如果树脂再生不彻底，再生度不够，其出水将难以达到要求，此时，可以将树脂通过第三塔底部阀门6、阀门9和第一塔阀门1、阀门11，将未能成功再生的树脂输送回第一塔，重新进行分离、再生。

阀门9、阀门10、阀门11是三通阀门，在一个时间点，只能选择3个接口中的任意两个接口相通，而与第3个接口隔绝。

正常配置且用于核电站时，为了防止混床内阳树脂降解产生的硫酸根等阴离子进入热力系统凝结水，第二塔向第四塔输送阴树脂时，通过第二塔上罐体外壁设置的树脂界面仪，不一次将树脂全部输送至第四塔，而是控制留存一部分阴树脂在第二塔内，在混床投用需要时，先将第二塔内留存的阴树脂输送至混床，在混床底部形成一层阴树脂层，再将第四塔内混合再生好的树脂输送至混床，然后投运混床，混床运行过程中阳树脂降解产生的硫酸根等阴性离子，可被底部的阴树脂层吸收，而不会泄漏至热力系统凝结水内。

为防止树脂在设备内输送不彻底，第二塔、第三塔、第四塔的底部与第一塔相同，采用相似的弧形底+水帽结构。该结构可以使树脂顺利、彻底输出，而不会有树脂残留。

为实现自动化运行，设置有如下在线监督仪表：(1)在除了第一塔底部树脂出口以外的树脂输送管路上设有监督仪，该监督仪原理是：树脂是以除盐水为介质输送的，当树脂输送未完成时，管路内是树脂与水的混合物，具不透光性，而当树脂输送完毕后，管路内只有除盐水，具有透光性，一旦捕捉到输送介质具有透光性，即停止树脂输送步骤；(2)在第一塔罐体外壁设置树脂界面监督，捕捉第一塔向第三塔输送阳树脂终点(见专利ZL 2005 2 070245.8)，在第二塔罐体外壁设置树脂界面监督，捕捉第二塔向第四塔部分输送阴树脂终点；(3)在第二塔、第三塔下部排水口，设置导电度仪，用以监督树脂再生终点；(3)在第四塔树脂界面上部一定高度(300～500mm)设置液位监督仪，特殊配置时在第三塔同样位置设置同样仪表，用以捕捉混合树脂所需要的液位高度，以实现树脂混合；(4)在第四塔下部出水口设置导电度仪，特殊配置时在第三塔同样位置设置同样仪表，用以监督再生、混合后的树脂试制水是否合格。

本发明所述的高纯度碱液、酸液再生均是现有技术，高纯度的酸和碱都是成熟的商业产品。

Claims (7)

1.一种四塔式混合离子交换器树脂体外分离再生方法，其特征是混床失效树脂从混床底部通过管路、阀门输送至第一塔即树脂分离罐，在树脂分离罐内以水力、风力进行擦洗、分离，阴阳离子树脂被分层，上部是阴离子树脂，下部是阳离子树脂。上部阴树脂通过上部阀门和管路输送至第二塔即阴离子树脂再生罐，下部阳离子树脂通过下部阀门和管路输送至第三塔即阳离子再生罐，阴阳树脂中间分离不彻底的混合树脂层被留在第一塔内，留待与下一批树脂进行处理。阴离子树脂在第二塔中用过量碱液再生，阳离子树脂在第三塔中用过量酸液再生，再生后，全部阴离子树脂转为OH型，全部阳离子树脂转为H型，分别从第二、第三塔输送至第四塔即树脂贮存罐，第四塔采用是贮存和混合功能的贮存罐，阴阳树脂在此彻底混合，经试运行制水合格后贮存，需要时即可输送至混床运行。

2.根据权利要求1所述的四塔式混合离子交换器树脂体外分离再生方法，其特征是加大第三塔的容积，使之具备阳树脂再生功能的同时，具备混合、贮存和试运行制水功能，即可在不增加总设备数量的情况下，实现一套装置，同时具有处理两套树脂的能力，其实现方法是：在第四塔中贮存有一套再生、混合好的树脂的同时，第一塔对混合树脂进行分离，阴树脂从第一塔通过阀门进入第二塔第二塔，并进行再生，阳树脂通过第三塔进行再生，再生好的阴树脂再输入第三塔，并在第三塔内与再生好的阳树脂混合。此时，第三塔和第四塔内分别贮存了一套再生、混合好的树脂，根据需要，可以任意选择第三塔或第四塔树脂输入混床运行。

3.根据权利要求1所述的四塔式混合离子交换器树脂体外分离再生方法，其特征是树脂在第四塔内混合后试运行，如果树脂再生不彻底，再生度不够，其出水将难以达到要求，此时，可以将树脂通过第四塔底部阀门输至第一塔，重新进行分离、再生。

4.根据权利要求2所述的四塔式混合离子交换器树脂体外分离再生方法，其特征是特殊配置时，树脂在第三塔内混合后试运行，如果树脂再生不彻底，再生度不够，其出水将难以达到要求，此时，可以将树脂通过第三塔底部阀门将未能成功再生的树脂输送回第一塔，重新进行分离、再生。

5.根据根据权利要求1所述的四塔式混合离子交换器树脂体外分离再生方法，其特征是正常配置时，可以根据需要，在混床底部预铺阴离子树脂层，以吸收阳离子树脂降解产生的硫酸根等阴性离子，防止这些杂质进入运行系统。

6.四塔式混合离子交换器，连接在混床(15)的树脂输出端，其特征是包括第一塔树脂分离罐(11)，第二塔阴树脂再生罐(12)，第三塔阳树脂再生罐(13)和第四塔树脂贮存罐(14)，混床(15)失效树脂输出端从混床(15)底部通过管路、树脂分离罐(11)进口阀门(1)连接并输送至第一塔树脂分离罐(11)，第一塔分离罐上部阴树脂通过管路、树脂分离罐(11)的阀门(3)连接至第二塔阴树脂再生罐(12)，第一塔分离罐下部阳树脂通过管路、树脂分离罐(11)的下部阀门(2)、阳树脂再生罐阀门(5)连接输送至阳树脂再生罐(13)；第二塔底部阀门(4)、第三塔底部阀门(6)通过管路和树脂贮存罐的阀门(7)连接第四塔树脂贮存罐(14)，第四塔设输出底部阀门(8)。

7.根据权利要求1所述的四塔式混合离子交换器，其特征是在树脂分离罐(11)连接至第三塔阳树脂再生罐(13)的管道上串接三通阀门(10)、三通阀门(10)的第三路连接的管道接第二三通阀门(9)连接的管路，第二三通阀门(9)串接在第三塔底部阀门(6)至第二塔底部阀门(4)之间的输出管道上，第二三通阀门(9)的第三路连接管道接第四塔的底部阀门(8)输出的管道。

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