凝結水過濾

一、過濾法。凝結水中所含的懸浮物和金屬腐蝕產物，可在混床除鹽前用過濾方法除去，以保證混床設備的有效運行。目前，電廠中使用的過濾設備，有覆蓋過濾器和電磁過濾器兩種。

    1．覆蓋過濾器。凝結水處理的前置過濾設備，多采用纖維素(紙粉)覆蓋過濾器。它的作用是除掉凝結水中的鐵、銅氧化物和一些機械雜質，以保護混床不受污染。

    (1) 結構。覆蓋過濾器可分為本體和過濾元件兩部分，如圖13-11所示。

    *部分是過濾器本體。它是由上封頭8和筒體9組成。

    上封頭的頂部中間位置為出水管，與出水管相連處裝有出水集水漏斗3，集水漏斗上部為空氣集聚區，做為反洗爆膜用。

    過濾器的筒體是由圓筒和錐體焊接而成的。圓筒四面上下對稱共開有八個窺視孔7。在錐體進口上端裝有蘑菇形水分配器1，分配器上開有透水孔，可使水流均勻平穩上升。

    第二部分過濾元件。過濾元件是由濾元2、多孔板和定位圈網組成。

    濾元是由不銹鋼或工程塑料(聚砜)制成的管件，管件外表有許多條凸齒和齒槽。在每條齒槽中開有許多直徑為3毫米的小孔，而這些小孔的齒槽的上下部位是不均勻分布的。上部的孔距大，孔數少；下部的孔距小，也數多。要過濾的水就是從這些小孔進入濾元管內，再流向出水集水漏斗。此外，在濾元凸齒上刻有螺紋，并沿著螺紋繞有直徑為0.4毫米的不銹鋼絲，絲距為0.3毫米。

    多孔板是用上下面均襯有橡膠的鋼板制成，鋼板上有許多孔，濾元的上端就吊裝在多孔板的孔上。這樣，多孔板既可以起固定濾元的作用，又可以起劃分過濾區和出水區的作用。

    定位圈網是用2毫米厚的扁網焊成，網的圈數與多孔板的孔數相對稱。濾元的下端就固定在圈網上，以減少濾元的運行中的擺動。

    (2) 運行操作。覆蓋過濾的運行操作，分為：鋪膜、過濾和反沖爆膜。

    1) 鋪膜。先有鋪料箱內放入一定量的水，再加入濾料，并攪拌成2%左右的懸濁液。然后利用鋪料泵把濾料懸濁液打入灌滿水的過濾器內，當此懸濁液流經濾元時，就有一部分濾料鋪在濾元上，其余懸濁液又回到鋪料箱內。這樣反復循環鋪料，就能在濾元上鋪一層濾膜。一般濾膜厚度為3~5毫米。

    鋪膜的流速應先慢后快：鋪膜開始階段的流速，應保持在2.5~3.0米/時；待濾膜初步形成后，可逐步提高流速至5~10米/時。這可以起壓實濾膜的作用。

    正常情況下，濾料成膜時間為15~20分鐘，從鋪膜開始到壓實完結約需30~40分鐘。

    2) 過濾。當膜鋪完后，將鋪料循環系統轉換至過濾運行，應保持過濾器內有水流動，以防止濾膜因失水而脫落。投入運行前，應排掉系統內和設備內的死角所沉積的濾料，待出水合格后，即可投入運行。

    運行初期，濾膜阻力很小，過濾器的出、入口之間的壓差為0.1~0.5公斤/厘米2。隨著過濾器的運行，濾膜截留的雜質逐漸增加，濾膜也被進一步壓實，其阻力逐漸增大。當過濾器出、入口之間的壓差達到1.5~2.0公斤/厘米2時，或出水的含鐵量超過規定標準時，即認為濾膜失效，應停止運行。

    3) 反沖爆膜。過濾器失效后，應將過濾器從運行系統中隔絕出來，然后采用“空氣自壓縮膨脹法”爆膜。這種方法就是利用集水漏斗上部被壓縮的空氣和濾元上部被壓縮的空氣，突然膨脹來沖擊濾膜，使濾膜破碎脫落，然后清洗濾元。其操作方法如下：

    關閉過濾器出水門，打開進水門，利用進水壓力壓縮過濾器內的空氣，約3~5分鐘后，待過濾器內各部分壓力均勻時，關閉進水門。然后突然全開放氣門、排渣門，進行爆破和排渣。后，利用反沖洗水對濾元進行反沖洗。如果爆膜一次不干凈，還可以重復多次直至濾元基本上沖洗干凈為止。此時，過濾器又處于鋪料前的準備階段。

    我國自行設計和制造的200噸/時纖維素覆蓋過濾器，運行效果比較。當過濾器進水含鐵量在50ppb以下時，其出水中含鐵量均小于10ppb。特別在機組啟動初期，凝結水中雜質較多時，酸辣過濾器更能顯出它在系統中過濾除鐵的重要作用。

    2．電磁過濾器。電磁過濾器是利用電磁作用，除去水中含鐵物質和某些非鐵磁性雜質的一種水處理設備。

    (1) 結構。電磁過濾器是由通水筒體、電磁線圈和屏蔽罩等組成，圖13-12電磁過濾器的結構示意。

    通過筒體1是由奧氏體鋼制成的，筒壁上部有對開的兩個窺視孔2，筒體內的下部是過濾層，過濾層是由軟磁性材料制成的鐵球(直徑6~6.5毫米)所組成，濾層高度為1000毫米。通水筒體內的進水裝置3為支撐鐵球填料的縫隙式布水裝置。它的出水裝置4為直筒插入式結構。直筒段有條形縫隙槽，直筒的下端圓板上開有許多直徑為5毫米的小孔，防止沖洗時，鐵球被沖出。

    過濾器通水筒體插在電磁線圈5中間，線圈外，套有屏蔽罩6，它起著減少設備外部漏磁和幫助線圈抽風散熱作用。

    (2) 運行操作。當電磁線圈通過直流電時，則產生電磁場。電磁場使過濾器筒體內的鐵球磁化，并使鐵球產生很強的磁感應強度。當被處理的水自下而上的通過鐵球層時，水中含鐵物質即被磁化的鐵球所吸著，達到凈化的目的。當電磁過濾器運行一定時間后，鐵球繼續吸著含鐵物質的能力降低，出口水中含鐵量逐漸增加。當出口水中的含鐵量超過一定值時，應停止運行，洗去鐵球表面吸著的含鐵物質。

    清洗時，先關閉出水門，再斷開直流電源并進行去磁，使鐵球和吸著的含鐵物質的剩磁減到小。然后，以較大流量的水自下而上沖洗球層，使小球浮動起來，將已失去磁性的含鐵物質從球的表面脫離開來，隨沖洗水一起排出過濾器。沖洗時間約為20~60秒。沖洗結束后，電磁過濾器又可以再次投入運行。

    操作時應特別注意，電磁過濾器停止運行時，先關閉出水門，后切斷線圈電源；啟動時，先接通線圈的直流電源，再開出水門。

    電磁過濾器的除鐵效果與機組運行工況、啟動前機組停用保護狀況等因素有關。機組在正常運行條件下，除鐵效率在90%以上，出口含鐵量為10ppb以下。

    電磁過濾器的設備小、效率高、操作簡單，可用于較高溫度的水處理。因此，它可以設置在除氧器以后。目前，這種設備在我國電廠中已開始用做凝結水處理的前置過濾器。

二、混合離子交換法

凝結水是由蒸汽凝結而成，雖然它的水質純度比較高，但是仍然不能滿足高參數鍋爐或直流爐對給水水質的要求。為了進一步除去凝結水中的鹽類，常采用混合床離子交換器(即混床)處理。

    目前，在我國凝結水處理系統中，主要是采用H—OH型混床。在用NH3或N2H4處理給水的發電廠中，從運行的經濟性考慮也有用NH4—OH型混床的。

    1．NH4—OH型混床。陽樹脂為RNH4、陰樹脂為ROH的混床，叫做銨-氫氧型混床(NH4-OH型混床)。

    (1) 為什么要采用NH4-OH型混床。在熱力發電廠中為防止汽水系統的腐蝕，常分別在化學補給水管和除氧器下降管的部位向水中加入NH3或N2H4(聯氨)。這些揮發性藥品除一部分發生作用外，其余部分均以NH3的形式進入凝結水中。當這種含NH3的凝結水，通過氫-氫氧型混床時，便同RH樹脂發生下列反應：

RH+→RNH4+H+

    混床中RH樹脂，全部轉換為RNH4以后，凝結水中的就要穿過樹脂層隨水流出。由于出水中有，就會使水的導電度升高。當出水導電度超過標準時，H-OH型混床應停止運行。顯然凝結水中NH3含量較高時，H-OH型混床運行周期很短，再生次數頻繁，酸、堿耗大。為了防止汽、水系統的腐蝕，又不得不向給水中再加NH3，這樣運行很不經濟。

    為了延長混床的運行周期，降低水處理成本，當混床運行到RH樹脂全部轉換為RNH4時，繼續運行。此時交換器內的陽樹脂為RNH4型；因為凝結水中酸根含量很少，所以交換器內的陰樹脂絕大部分仍是ROH。在這種情況下，混床即為NH4-OH型混床。這種混床運行時，其反應按下式進行：

RNH4+Na+→RNa+

ROH+→RHSiO3+OH-

    從上述交換反應中可以看出，采用NH4-OH型混床運行時，有兩個特點：一是出口水中含有NH3(或NH4OH)，因而給水系統中不需要再加氨；二是正常情況下，凝結水中的Na+等金屬離子和等酸根離子含量很少，所以NH4-OH型混床運行周期長。一般NH4-OH型混床比H-OH型混床運行周期增加5~10倍。

    (2) NH4-OH型混床樹脂的再生問題。銨-氫氧型混床的設備和運行操作；與一般混床基本相同。但是，NH4-OH型混床樹脂的再生效果要求較高。為此，我們著重討論一下NH4-OH型混床樹脂的再生問題。

    用NH4-OH型混床處理凝結水，要求樹脂再生必須*。實驗和理論計算表明，再生后的陽樹脂中RNa樹脂的殘留量應在0.5%以下(或者是RNH4樹脂應在99.5%以上)；再生后的陰樹脂中RCl樹脂殘留量應在5%以下(或者是ROH樹脂應在95%以上)。否則，出水多含量和導電度都會較高。

    NH4-OH型混床樹脂再生的順序為：首先是陰、陽樹脂分層，然后陰、陽樹脂分別再生，后分別對陰、陽樹脂進行氨循環。

    *步是使陰、陽樹脂分層*，如果分層不*，當陰樹脂用NaOH再生時，混雜在陰樹脂中的陽樹脂，就會轉變為RNa樹脂，當陽樹脂用HCl再生時，混雜在陽樹脂中的陰樹脂，就會轉變為RCl樹脂，這樣就會降低樹脂再生效果。因此，陰、陽樹脂分層是否*，是提高樹脂再生效果的關鍵問題。

    陰、陽樹脂分層有許多方法，這里我們介紹體外再生浮選法。這種方法是將失效的樹脂從運行的交換器內轉移到的再生器(體外再生器)內，然后向再生器內通入10~16%的*溶液(其比重為1.11~1.18)浸泡，由于陰樹脂的比重小于1.11，所以陰樹脂浮起，由于陽樹脂比重大于1.2，所以陽樹脂沉在NaOH溶液底部。待陰、陽樹脂*分層后，將上部的陰樹脂送至陰再生器內，然后對陰樹脂進行清洗。

    第二步是陽樹脂的酸再生。先清洗陽樹脂，然后將鹽酸(或硫酸)再生液通過被NaOH溶液轉成為RNa的樹脂層，使RNa樹脂轉變為RH樹脂，然后清洗陽樹脂。

    第三步是用0.5~1.0%的氨水，分別對陰再生器內的ROH樹脂層和陽再生器內的RH樹脂層進行循環處理，使陰樹脂層中混有少量的RNa樹脂轉變為RNH4，使RH樹脂轉變為RNH4樹脂。這一步通常稱為氨化處理。

    用NH4-OH型混床運行時，凝結水中不應漏入生水。因為生水含鹽量大，會使混床出水中的增多，引起汽水系統中銅部件的腐蝕。另外，還應有備用的H-OH型混床，用以調節NH4-OH型混床處理后的凝結水的pH值。

    2．無前置空氣擦洗混床。目前，我國凝結水處理系統中已開始采用無前置體外再生空氣擦洗高流速混床。這種混床內裝的是我國生產的大孔型陰、陽樹脂。混床前取消了過濾設備，運行流速為120米/時左右。無前置混床既能除掉凝結水中氧化鐵等懸浮物，又能除掉水中可溶性的鹽類，出水水質較好。用這種設備處理水，在正常情況下，出水導電度為0.09~1.0微姆/厘米，含鈉量為2~3毫克/升，SiO2含量約為5微克/升，含鐵量約為5微克/升。

    無前置空氣擦洗混床與一般體外再生混床相比，在結構上是相同的，僅是在樹脂再生操作中增加了空氣擦洗的工藝，也就是在每次再生前，均對樹脂進行空氣擦洗，以例清除樹脂表面的氧化鐵等懸浮物。

    空氣擦洗是在再生器內進行的。當樹脂從運行的交換器內全部轉移到再生器內以后，將再生器內的水位降至樹脂層上200毫米左右，關閉排水門按以下步驟進行空氣擦洗：

    (1) 全開進空氣門，鼓入壓縮空氣2分鐘左右，關閉進空氣門；

    (2) 開進水門和排水門，以每小時20~30米的流速，從上至下的淋洗樹脂3~5分鐘。

    重復上述空氣擦洗操作，直至淋洗排水澄清為止。

無前置高流速混床，由于取消了前置過濾器，因而簡化了凝結水處理系統，減少了設備操作，也減少了系統的阻力，節省了動力消耗。