离子交换设备与运行

1、锅炉与锅炉房设备施工 教案模块三：锅炉房工艺系统及辅助设备单元八：锅炉的水处理技术.4离子交换设备与运行学 院 内蒙古建筑职业技术学院 院 （部） 机电与暖通工程学院 教 师 王思文 离子交换设备与运行教学目的通过课程教学，挖掘学生潜在创造力，激发学生的工程设计能力。以工作任务形式组织学生进行项目训练，培养学生团队意识，组织协调能力、创新思维能力，沟通交流能力，自我学习能力、分析问题和解决问题的能力。通过学习，学生能够对锅炉房工艺系统及辅助设备有更全面的理解。教学目标能力（技能）目标知识目标素质目标1 能运用锅炉用水评价指标。 2 能分析各种水处理技术的特点。1 掌握锅炉用水评价指标及水中杂质

2、的危害。2 熟悉各种水处理技术的原理。3 掌握各种水处理技术的工作过程。1挖掘学生潜在创造力，激发学生的自主学习积极性；2培养学生的与人交流、与人合作的能力，培养学生解决问题、自我学习能力。任务与案例任务：根据教学内容，能够熟悉各种水处理技术的工作原理及特点。案例：1. 利用课堂教学进行深入学习。 2. 校内锅炉房水处理设备。重点难点及解决方法重点：1.锅炉水处理技术的原理及特点。 难点：无。 参考资料锅炉与锅炉房设备 夏喜英主编 哈尔滨工业大学出版社锅炉及锅炉房设备杜渐主编 中国电力出版社工业锅炉设备 丁崇功主编 机械工业出版社工具与媒体计算机、打印机、录像、课件、图纸、笔、橡皮、专业相关资

3、料等。授 课 教 案一、钠离子交换设备及其运行(一) 固定床离子交换器是指运行时交换器中的交换剂层是固定而不流动的，一般原水由上而下经过交换剂层，使水得到软化，简称固定床。固定床交换器常用的规格用筒体的直径表示。有500mm-2000mm等多种，交换剂层高有、2m及。固定床离子交换按其再生运行方式不同，可分为顺流再生和逆流再生两种。1. 顺流再生钠离子交换器及其运行顺流式再生是指交换运行时再生液的流动方向和原水流动方向相同，一般均由上向下。1) 结构 顺流再生固定床离子交换器结构如图所示。 钠离子交换器1进水阀 2排水阀 3分配漏斗 4法兰 5环行管 6喷嘴 7排水阀 8软水出水阀 9冲洗水进

4、水阀 10三通 11泄水帽 12集水管 13排气管 14排水管 15排气阀 16泄水管它由交换器壳体、进水装置、再生液分配装置、底部排水装置和顶部排气管等组成。2) 顺流再生离子交换器运行操作（见图）。a. 软化 目的：使原水软化。过程：上进下出。操作：阀门1和2开起，其余阀门关闭。要求：应定时对水质进行化验；当出水硬度达到规定的允许值时，应立即停止软化。b. 反洗 目的：松动软化时被压实了的交换剂层，同时带走交换剂表层的污物和破碎的交换剂颗粒。为还原创造条件过程：下进上出。操作：阀门3和5开起，其余阀门关闭。要求：反洗强度以不冲走完好的交换剂颗粒为宜，一般为15m/h，反洗时间一般为1015

5、min。 顺流再生离子交换器操作示意图c. 再生目的：使失效的交换剂恢复交换能力。过程：再生液下进上出。操作：阀门4和6开起，其余阀门关闭。要求：再生流速一般为48m/h。d. 正洗 正洗的目的是清除交换剂中残余的再生剂和再生产物。废盐液放尽后，开始正洗，正洗水耗通常为36m3/m3树脂，正洗速度为68m/h，正洗时间为3040min，正洗后期阶段的含盐分的正洗水可送入反洗水箱贮存起来，供下次反洗使用，以节省用水量和耗盐量。正洗结束后，又可开始软化。3) 顺流再生固定床的优缺点优点是结构简单，运行维修方便，水质适应性强。缺点是再生盐液耗量大。2. 逆流再生钠离子交换器及其运行逆流式再生是指再生

6、时再生液的流向和原水软化运行时的流向相反。通常盐液从交换器下部进入，上部排出。新鲜的再生液总是先与交换器底部尚未完全失效的交换剂接触，使其得到很高的再生程度，随着再生液继续向上流动，交换剂的再生程度逐渐降低，当再生液与上部完全失效的交换剂接触时，再生液仍具有一定的“新鲜性”，再生液被充分利用。在软化运行时，水中钙、镁离子含量随着水流向下越来越少，而下部交换剂的再生程度很高，因此，交换反应仍能持续进行下去，使交换器的出水水质较好。综上所述，逆流再生离子交换具有出水质量高、盐耗低等优点，所以被广泛采用。在逆流再生时，由于再生液是从交换剂下部进入的，当再生液流速较高时，会使交换剂层产生扰动现象。这样

7、，交换剂层上下层次被打乱，称为乱层。如果发生乱层现象，就失去了逆流再生的特点。为了防止乱层，逆流再生交换器在结构上和运行上都有一些相应的措施。在结构上，在交换剂表面层设有中间排水装置，使向上流动的再生液或冲洗水能均匀地从排水装置排走，而不使交换剂层发生扰动，另外在交换剂表面铺设150200mm厚的压实层，可用2530目的聚乙烯白球或直接用失效树脂作为压实层。压实层还可以起过滤的作用，把水中带进的悬浮物挡住，保护交换剂。 压缩空气顶压法是从交换器顶部送入0.03的压缩空气，这是防止乱层的理想措施，但需增加空压机设备。 1) 压缩空气顶压法逆流再生操作步骤如下：a. 小反洗 交换器运行失效时停止运

8、行，反洗水从中排装置引进，经进水装置排走，以冲去积聚在表面层及中排装置以上的污物。反洗流速控制在510m/h，时间35min，如图所示。b. 排水 开起空气阀和再生液出口阀，放掉中排管上部的水，使压实层呈干态，如图所示。c. 顶压 关闭空气阀和排再生液阀，开起压缩空气阀，从顶部通入压缩空气，并维持0.030.05MPa顶压，如图所示。d. 再生 在顶压情况下，开起底部进再生液阀门，使再生液以25m/h的流速从下部送入，随适量空气从中排装置排出，如图所示。再生时间一般为4050min。e. 逆流冲洗 当再生液进完后，关闭再生阀门，开启底部进水阀，在有顶压的状态下进行逆流冲洗，从中排装置排水，如图

9、所示。时间一般为3040min。 f. 小正洗 停止逆流冲洗和顶压，放尽交换器内的剩余空气，从顶部进水，由中间排水装置放水，以清洗渗入压实层中及其上部的再生液，如图所示，流速1015m/h，时间约为10min。g. 正洗 水从上部进入，由下部排放，如图所示，直到出水符合给水标准，即可投入运行。气顶压法逆流再生操作示意图a）小反洗 b）排水 c）顶压 d）再生e）逆流冲洗 f）小正洗 g）正洗一般交换器在运行20个周期之后，要进行一次大反洗，以除去交换剂层中的污物和破碎的交换剂颗粒，此时从交换器底部进水，从顶部排水装置排水。由于大反洗松动了整个交换剂层，所以大反洗第一次再生时，再生剂用量要加大一

10、些。2) 浮动床浮动床水处理是固定床逆流再生的另一种形式，它是树脂层(也称床层)的运行和再生两种工况交替循环的过程，如图所示。浮动床工作示意图a) 运行状态b)再生状态1-上部分配装置2-床层3-下部分配装置在运行状态时，原水由底部进入浮动床，经下部分配装置后，均匀地进入床层，靠上升水流将整个树脂层以密实的状态向上浮起至顶部(称为成床)，同时水在向上流动的过程中完成离子交换反应，处理后的合格水经上部分配装置引出本体外。当交换剂层失效后，停止进水使树脂层整体下落(称为落床)，停止运行。 再生时，再生液由上部进入，经上部分配装置均匀地自上而下流过床层，进行再生。然后，再用合格的水自上而下继续进行清

11、洗，直至出水合格为止。a. 浮动床离子交换器结构。浮动床本体结构如图所示。 浮动床壳体一般是钢制的，出力不大时也可用玻璃钢或有机玻璃制造。在壳体上设有视镜，以观察床层的运行情况。壳体内有如下装置。浮动床离子交换器本体结构1-上部配水装置2-惰性树脂层3-体内取样装置4-树脂层5-水垫层6-下部配水装置a) 上部配水装置。其作用是收集处理好的水、分配再生液和清洗水。常用的有多孔板、多孔管及弧形管等几种形式。b) 下部配水装置。其作用是分配待处理的进水和汇集废再生液。常用的有石英砂垫层(多用于大型浮动床)、多孔板拧水帽和环形管等几种形式。c) 惰性树脂层。其作用主要是防止破碎树脂堵塞滤网、提高水流

12、分配的均匀性和采用阻力较小的大网眼滤网。 由于惰性树脂的湿真密度小于1g/cm3，在浮动床充满水后自动浮到顶部，且下表面平整，运行时不会和离子交换树脂混层，用水力装卸离子交换树脂时，也不会跟出。 惰性树脂层的高度一般为200mm。d) 床层和水垫层。位于上、下分配装置间，在运行状态时，床层在上部，水垫层在下部；在再生状态时，床层在下部，水垫层在上部。 床层(树脂层)高度，一般为1.53.0m。 水垫层的作用：一是作为床层体积变化时的缓冲高度；二是使水流或再生液分配均匀。水垫层的高度应适中，水垫层过高，易使床层在成床和落床时产生乱层现象；水垫层过低，则床层膨胀时，没有足够的缓冲高度，会使树脂受到

13、挤压，产生结块、破碎、清洗时问长、运行阻力大等不良现象。水垫层高度以50100mm为宜。b. 浮动床运行。浮动床的运行操作自交换剂层失效开始，依次分为落床、再生、置换和正洗(水流向下清洗)、成床(起床)、顺洗(水流向上清洗)及制水等程序，如图所示。浮动床运行操作程序a) 落床b)再生c)置换和正洗d）起床、清洗和制水a) 落床。浮动床交换剂层运行失效后，关闭原水进水阀和净化水出水阀树脂依靠自身重力逐层下落，称为落床。b) 再生。落床后，开启再生液进口阀和倒U形管(为防止再生时空气进入树脂层而设，倒U形管顶端应高于交换器上封头50100mm)上的排废液阀，使再生液自上而下流经床层，与交换剂进行还

14、原反应，产生的废液由倒U形管排出。浮动床再生不会引起树脂乱层，所以，能保证出水质量和周期制水量稳定。 浮动床再生时的参数：再生时间为3060min；钠型离子交换浮动床，NaCl(再生液)质量分数为34，盐液流速57m/h；氢型离子交换浮动床，酸液质量分数为23，酸液流速为36m/h。c) 置换。再生液进完后，关闭再生液进口阀，稍开正洗水进口阀，用与进再生液相同的流速进行置换，置换时必须使用处理后的水，置换废水仍由倒U形管排出，置换时间一般为2030min。d) 正洗。置换完毕后，关闭排废液阀，全开正洗水进水阀和下部排水阀，进行正洗，通过调整排水阀的开度，使正洗水流速控制在1015m/h；正洗时

15、间一般为1530min。e) 起床、清洗和运行。正洗结束后关闭正洗水进口阀和下部排水阀，开启下部进水阀和上部排水阀，用高流速水将整个树脂层平稳地托起，称为起床(或称为成床)。为了保证起床时树脂呈压实状态和不乱层，水流速度要高，一般控制在2030m/h，起床时间为23min。树脂起床后，即可调整至正常流速进行清洗，一般清洗时间为35min，清洗到出水合格后，即可开启浮动床出水阀，关闭上部排水阀，投入运行，运行流速为1020m/h。f) 树脂清洗。浮动床运行一段时间后，在树脂内截留了较多的悬浮杂质及破碎树脂。为此，树脂需要定期清洗。由于交换器内基本充满了树脂，没有反洗空间，必须将部分或全部树脂卸入

16、专用的体外清洗罐内清洗。一般运行1520周期清洗一次。 清洗好的树脂送回交换器内再生，第一次再生时再生剂用量是正常再生剂用量的l2倍，以保证达到原来的出水质量和周期制水量。(二) 流动床离子交换器原水的处理和交换剂的再生，分别在不同的容器内进行，该装置称为流动床离子交换器。流动床离子交换器的交换、再生、清洗等过程是以逆流、悬浮形式进行的，没有周期性的“起床”、“落床”等工序，全部过程都具有连续性，完全实现了连续供水。图11一17所示为双塔式流动床离子交换器及其工艺流程。流动床离子交换器及其工艺流程1-交换塔2-再生清洗塔3-树脂喷射器4-再生液制备槽5-原水流量计6-清洗水流量计7-再生液流量

17、计8-再生液泵1. 流动床离子交换器工艺流程1) 交换流程。流动床交换塔通常由三块塔板分隔成四个区间，每块塔板上设有浮球装置及若干个过水单元，原水从塔底进入交换塔后均布上升，穿过塔板上的过水单元，与从塔顶送人并通过浮球装置逐层下落的树脂进行逆流、悬浮状态下的离子交换，原水被软化后从塔顶溢流槽排出，送入软化水箱，供锅炉使用；失效树脂落入塔底，靠水喷射器送至再生清洗塔(上半部分为再生段、下半部分为清洗段)顶部。 塔板中央浮球装置的启闭依靠水动力自动实现。交换时，浮球被上升水流顶起，使树脂从上而下沿塔板逐级下落；而停止交换时，浮球靠自重下落，关闭锥孔，树脂停止运动。每个过水单元有56个水孔，孔的上方装有覆盖面积较大的盖板，在任何工况下都能阻挡树脂穿过水孔下落。2) 再生流程。输送至再生清洗塔顶的失效树脂，从上而下流经回流斗(如输送的失效树脂量过多，由回流斗自流返回交换塔底部)、储存斗(失效树脂浸泡在储存斗内废再生液中，进行预处理)后进入再生段，与自下而上的再生液进行逆流、悬浮再生，逐步恢复交换能力。再生液由再生段底部进入，沿再生段向上流动，与失效树脂进行离子交换反应后，变成废液，由储存斗上部的废液管排出。3) 清洗流程。经过再生后的树脂，依靠自重下落至清洗段，