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浅谈三塔式流动床在我厂的应用

旷俊良

概论：本文主要对我厂现行的三塔式流动床系统、设备以及运行中存在问题的原因和解决方法进行探究，对该系统的一些管理经验和办法做一个简要的介绍。
关键词：软水 三塔式流动床 硬度 浊度 管理

1.前言
软化水是指将水中硬度（主要指水中钙、镁离子）去除或降低一定程度的水。水在软化过程中，仅硬度降低，而总含盐量基本不变。我厂主要的软化水制备设备有三（四）塔式流动床，全自动软化器等。本文主要对我厂现行的三塔式流动床软水制备系统、设备以及对其在运行中存在问题的原因和解决方法进行探究，对该系统上的一些管理经验和办法做一个简要的介绍。同时，与四塔式流动床、全自动软化器做一个简要的比较，从而看出三塔式流动床在我厂运用的优越性。
2.1我公司现用的软水设备情况
2.1.1自备水站
·四塔式流动床水处理装置2套，单套处理能力60m3/h
·FLECK全自动软化水设备1套，单座处理能力60m3/h
主要供给炼钢，一部分送至3#发电锅炉。
2.1.2 950原水泵房
·全自动软化水设备1套，单座处理能力60m3/h，出水硬度≤0.03mmol/L
·全自动软化水设备1套，单座处理能力30m3/h，出水硬度≤0.05mmol/L
·5#发电机组凝结水约60~70 m3/h
主要供给高线和950板带的加热炉，2套全自动软化水设备是相应设计的，但由于5#发电机组凝结水的加入，以及950板带厂的长时间停产，导致2套全自动软化水设备停用，且有大量软水节余。
2.1.3二轧软水站
·全自动软化水设备2套，单套处理能力60m3/h
主要供二轧、三轧加热炉。
2.1.4 4#发电循环泵房
·三塔式流动床水处理装置2套，单套处理能力30m3/h
·四塔式流动床水处理装置1套，单套处理能力40m3/h
主要供给4#发电锅炉、5#发电锅炉。
2.2我公司所有软水处理系统原水均使用资江河河水，其水质情况如下：（表1）
指
标
日
期

PH
碱度mg/l
硬度mg/l
浊度NTU
氯化物mg/l
电导率 μs/cm
5月10日
7.82
73.96
111.99
65.1
54
407
6月14日
9.94
92.4
107.98
17.19
63
819
7月12日
10.24
28.64
89.75
3.48
80
336
8月2日
10.1
76.36
159.99
4.53
89
395
9月13日
7.92
66.82
105.4
4.15
49
395
2.3我公司目前软水制备主要工艺流程：
在软水制备工艺中，河水一般在适当投加凝聚剂后经由机械过滤器除去水中大部分悬浮物和泥沙，然后在机械过滤器的出水上投加杀菌剂经由活性炭过滤器流至软化器，软化器所产出的合格软水统一储存在软水池，随时为用户备用。
絮凝剂：加快水中悬浮物和胶状物质的絮凝沉降。
杀菌灭藻剂：杀菌灭藻，避免因为藻类生长而造成后续设备处理能力的下降或丧失。
河水
机械过滤器
活性炭过滤器
软水池
软化器
凝聚剂
用户
杀菌剂

3.软水处理设备（软化器）
软化水设备，即降低水硬度的设备，主要除祛水中的钙、镁离子，软化水设备在软化水的过程中，不能降低水中的总含盐量。下面主要以动力厂4#发电机组循环泵房的三塔式流动床为例来做介绍。
3.1三塔式流动床软水设备系统由交换塔、再生塔、清洗塔、溶盐器、循环泵、喷射器等组成。它是利用钠型阳离子交换树脂去除水中钙镁离子，降低原水硬度，以达到软化硬水的目的，避免碳酸盐在管道、容器、锅炉产生结垢现象。它的主要特点是不需要停床再生和清洗，可以不间断地连续供水，适应当前大多数单位不停机生产的需要。三塔式流动床设备系统流程如下图：

三塔式流动床软化水设备流程系统图
清洗塔
再生液高位槽
再生塔
交换塔
溶盐池
去软水池
流量计
喷射器
盐液泵
软水循环泵
分水缸
河水

3. 2主要技术参数
·运行流速：20-30m3
·入口水压：0.18-0.6Mpa　
·工作温度：1-55℃
·出水残余硬度：≤0.03mmol/L
·树脂型号：001×7强酸性离子交换树脂
·再生剂（NaCl）耗量：76g/mol
·进水水质要求：悬浮物≤5mg/L、活性氯≤0.3mg/L、含铁量≤0.3mg/ 硬度≤5mmol/L
3. 3技术原理
3.3.1离子交换
在交换塔内，树脂与原水相遇时，水中的钙(Ca2+)、镁(Mg2+)等离子与树脂(NaR)进行反应，去除水中的钙镁盐类，使硬水变为软水，其反应过程为：
Ca2+ + 2NaR→Ca R2 + 2Na+
Mg2+ + 2NaR→Mg R2 + 2Na+
离子交换树脂是一种聚合物，带有相应的功能基团。一般情况下，常规的钠离子交换树脂带有大量的钠离子。当水中的钙镁离子含量高时，离子交换树脂可以释放出钠离子，功能基团与钙镁离子结合，这样水中的钙镁离子含量降低，水的硬度下降。硬水就变为软水，这是软化水设备的工作过程。
当树脂上的大量功能基团与钙镁离子结合后，树脂的软化能力下降，可以用氯化钠溶液流过树脂，此时溶液中的钠离子含量高，功能基团会释放出钙镁离子而与钠离子结合，这样树脂就恢复了交换能力，这个过程叫作“再生”。由于实际工作的需要， 软化水设备的标准工作流程主要包括：工作(有时叫做产水)、反洗、吸盐(再生)、慢冲洗(置换)、快冲洗五个过程。
实际生产中，原水从交换塔下部进入，树脂从交换塔上部落下，树脂与原水反向交流，进行离子交换，原水逐渐软化，变成合格的软水，从塔上部经出水管输出，流入软水储槽送给使用设备。一般情况下，采用一级钠离子交换（即三塔式流动床），交换率99.6%，出水残余硬度<0.03 mmol/L。
3.3.2树脂再生
与原水交换后的树脂恢复成为饱和树脂,饱和树脂在一定的动力作用下送入再生塔,在再生塔内与再生剂——盐水进行置换反应,恢复交换能力。
实际系统中，当树脂从交换塔上部下落、充分吸附水中的钙镁离子、到达塔下部时达到饱和，这时，树脂在设备位差压力和管道的引流下被送到再生塔上部，与塔下逆向上升的再生剂进行交流置换，还原成新生树脂。
3.3.3树脂清洗
经过再生的树脂恢复交换能力后，同样在一定的动力作用下送入清洗塔，用软水清洗掉再生剂，再通过喷射器将树脂送回交换塔继续使用。
具体过程：由再生塔吸送过来的新生树脂，由清洗塔上部进入塔内，由分水缸压出的软水由清洗塔下部向上流动，与新生树脂交流洗涤，直到树脂落入塔底部完成清洗；这时，一路从分水缸引出的软化水经过喷射器，产生足够的吸送作用，将清洗塔底的树脂输送到交换塔上部，进入交换循环。
3.3.4连续生产循环
（1）、再生剂准备：将再生用盐放入熔盐池盐仓，化盐水经循环泵打入高位槽，再经水管落入盐仓，通过反复循环达到饱和，由位差送入再生塔。
（2）、树脂交换再生：树脂在交换塔内从上向下沉降并完成交换过程，再通过吸送管的作用，先进入再生塔恢复交换能力，后进入清洗塔清洗脱盐，再通过喷射器打入交换塔上部接续交换循环。
（3）、软水产出：在系统中加入离子交换树脂和再生用盐，接通循环泵电源，启动系统并开启原水管阀门，原水经流量计从交换塔下部进入，与下行中的树脂实现离子交换，软水从塔顶源源不断地产出，送入软水储槽，完成连续生产循环。
3.4三塔式流动床出水水质情况及用户用水标准

表2 4#发电机组三塔式流动床出水水质情况
指
标
日
期

PH
碱度mg/l
硬度mmol/l
浊度NTU
氯化物mg/l
电导率 μs/cm
5.10 7:45
8.49
129.42
0.020
3.02
4.2
587
6.14 8:15
8.42
120.18
0.012
4.29
10
443
7.12 7:43
8.13
95.46
0.0068
2.5
8.7
338
8.2 7:45
7.82
76.36
0.0076
2.69
29
399
9.13 8:45
7.85
66.82
0.0096
2.71
未检出
428

表3 各软水用户用水标准
项
目
锅
炉
压
力

PH
油mg/l
硬度mmol/l
浊度NTU
全铁mg/l
电导率 μs/cm
依据标准
P≤1.0
7.0～9.0
≤2.0
≤0.030
≤5.0
≤0.30
——
GB1576----2008《工业锅炉水质》
1.0＜P≤1.6
7.0～9.0
≤2.0
≤0.030
≤5.0
≤0.30
≤550
1.6＜P≤2.5
7.0～9.0
≤2.0
≤0.030
≤5.0
≤0.30
≤500
2.5＜P≤3.8
7.5～9.0
≤2.0
≤0.005
≤5.0
≤0.10
≤350
注：1、我单位氯化物控制≤50mg/l；2、我厂目前不具备全铁的检测化验能力；3、软水含油多次化验结果为0
4.软水设备运行中常见的问题及处理方法
4.1 硬度升高
总的来说，软化器出水硬度升高的原因是原水中的钙镁离子与树脂中的钠离子交换不完全、不彻底而造成的。造成不完全交换一般有三种原因：
·再生液氯化钠浓度过低：加大氯化钠投加量，增加再生液浓度。在软水处理中，对再生液浓度的要求一般为饱和溶液。操作时的标准是见盐不见水，即让熔盐池盐位高于水位，水在盐层内形成暗流。
·树脂再生时间过短、再生不完全：对三（四）塔软化器而言，一般可以减少再生树脂阀开度或降低射水器水压减缓再生树脂进入交换塔的速度。同时，也可适当减少饱和树脂进入再生塔的量。
·处理量过大、超出了树脂的处理负荷：降低系统进水量。自动床可在系统设置中调低产水量参数。
4.2 浊度升高
·原水浊度过高，超出系统处理能力：一般洪峰时期河水的浊度会突然提高，资江河水变成极其浑浊的黄（红）色，此时的软水浊度一般会较高，可以通过加大凝聚剂投加量，有效的降低这一指标。经过多年运行经验和化验数据，如预沉池及机械过滤器运行正常，我厂制备的软水浊度一般均可控制在5NTU以下。
·预沉池排污不及时：加强对预沉池沉泥的检查，及时排污。
·机械过滤器失效：及时更换介质。
4.3氯化物升高
·再生液过量：适当降低再生液氯化钠浓度
·系统泄漏，再生液进入软水系统：对系统进行检查，各段水质进行检测，及时处理
·原水氯化物含量过高：对水中氯化物的去除，目前一般采用的处理方法有电渗析和反渗透，动力厂1#2#发电机组即有2套反渗透系统，在其他软水处理系统中，对水中氯化物的去除基本没有专门的设备。但应该提到的是，前端处理的机械过滤器如果是活性炭的话，对氯化物是有一定的吸附作用的。在我单位，目前主要依靠前端的絮凝沉降和活性炭过滤器来控制这一指标。
5.动力厂对软水制备系统的管理
5.1加强技能培训，严格按标准化操作。
5.2严格化验制度：班组每2小时至少对软水制备系统出水水质情况进行取样检测，并根据化验结果及时采取有效措施。在水质出现异常时，必须缩短取样化验间隔时间，根据具体情况可定为1小时/次或30min/次，直至系统恢复正常。
5.3严格监测制度：由监测对软水制备单位进行每周最少一次的不定期取样监测，凡发现水质指标一项不合格，根据严重程度处50元以上罚款，直至恢复正常。
5.4积极进行系统改造：一方面是对原水工艺系统进行改造，以确保为软水系统供应水质较为稳定的水源；另一方面就是对软水器出水管进行改造，加装排放管，不合格的水经由排放管回到原水中在处理，避免不合格水流向用户。
5.5动力厂软水水质主要控制指标：硬度≤30μmol/L（一度曾定为20） 氯化物≤50mg/L
6.我厂使用的其他软化器
6.1四塔式流动床
所谓四塔是在三塔式流动床的基础上增加一个交换塔形成四塔式流动床，其特点是原水经二级离子交换，即树脂经二级交换塔重复利用，从而提高树脂利用率，保证出水水质。
6.2全自动软水器(钠离子交换器)
钠离子交换器出水管上的传感流量计随机收集输出水量信息并及时输入电脑，经储存、运算后，发出指令给多路通伺服阀或电磁阀进行相应的操作。同时，又把相关信息同步反馈回微电脑 系统需要再生时，电脑控制电磁阀切断出水管通路，预置程序的定时启动，使反洗－－吸盐－－冲洗－注水等工艺准确无误的进行操作。微电脑可根据用户的需要进行优化预置。可随机显示：周期设定出水量、剩余水量、单位小时水流量、周期耗盐量、每次再生的时刻和当前工作的模式。满足运行中的不同需求，任何时候都可以将全自动软水器运作切换为人工手动再生，以满足软水处理设备运行工况的不同要求。
7.结束语
综上所述，我们可以发现，三塔式流动床出水水质稳定，各项指标基本符合用户需求，能满足我厂各生产工艺的需求。它相对于四塔式流动床占地面积小，由于三塔比四塔少一个交换塔，安装、维护成本也相对较低。而全自动软水器虽然占地面积最省，操作也相对简单，但如果微电脑控制发生故障，维修难度大，维修费用也高。更重要的是我厂目前在这一块的技术力量尚有所欠缺。而三塔式流动床在我厂运用多年，对常见问题的处理已经基本上能够自主处理，可以更好的给用户提供稳定、达标的软水。所以，就我厂目前的生产需要、用地情况以及技术力量，三塔式流动床应该是最为合适的软化设备。

参考文献
1 金熙 工业水处理技术问答（第四版） 化学工业出版社 2010
2 郑书忠 水处理药剂及其应用（第一版） 中国石化出版社 2003
3 宋业林，宋襄翎 水处理设备实用手册 中国石化出版社 2004
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