專利名稱：一種四塔式混合離子交換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及的是超大容量、高參數(shù)工業(yè)鍋爐、蒸汽發(fā)生器凝結(jié)水精處理混床 樹脂體外分離、再生裝置，可使凝結(jié)水精處理混床出水達(dá)到極高品質(zhì)，滿足超大容量火力發(fā) 電廠、核電站等高參數(shù)工業(yè)鍋爐、蒸汽發(fā)生器凝結(jié)水精處理的要求，具有節(jié)能、節(jié)水、節(jié)約酸 耗、堿耗和全自動運(yùn)行的特點(diǎn)。
背景技術(shù)：
大型火力發(fā)電廠鍋爐、核電站蒸汽發(fā)生器的高參數(shù)蒸汽做功后凝結(jié)成凝結(jié)水(冷 凝水)，必須經(jīng)過深度處理后，才能被循環(huán)使用。目前凝結(jié)水處理裝置均采用離子交換法，即 采用混床(混合離子交換器)對凝結(jié)水進(jìn)行深度處理，統(tǒng)稱為凝結(jié)水精處理?；齑矁?nèi)混合 狀態(tài)的陰、陽離子交換樹脂(簡稱樹脂)運(yùn)行一段時間后失去去除離子的能力，即失效，需 要移出混床體外進(jìn)行分離、再生。本實(shí)用新型即提供了一種能達(dá)到極高分離、再生效果的方 法。常規(guī)的樹脂分離再生裝置，目前有2 3臺罐體設(shè)備組成，或者樹脂分離設(shè)備兼做 再生設(shè)備，或者再生設(shè)備兼做貯存、混合設(shè)備，由于需要功能兼顧，或者存在陰、陽樹脂分離 不徹底，或者樹脂再生過程中互相污染影響再生效果等不足，導(dǎo)致混床出水水質(zhì)難以滿足 超大容量火力發(fā)電廠、核電站等高參數(shù)工業(yè)鍋爐、蒸汽發(fā)生器凝結(jié)水精處理要求。常規(guī)火力發(fā)電廠對混床出水水質(zhì)指標(biāo)是陽導(dǎo)(25°C ) ^ 0. 15u s/cm、鈉彡3 u g/ 1、氯離子< g/1，假定酸堿再生樹脂時都能100%成功轉(zhuǎn)型，混床樹脂輸送無殘留，則所 有的交叉污染全部來自于分離再生裝置，以此計(jì)算，再生裝置要求實(shí)現(xiàn)陽樹脂中陰樹脂含 量不大66.2%即可。對于該指標(biāo)，常規(guī)再生裝置，如2塔、3塔組成的裝置，都可以滿足。但 是，對于超大容量火力發(fā)電機(jī)組和核電機(jī)組，其出水指標(biāo)期望值是陽導(dǎo)(25°C) ^ 0. 06us/ cm、鈉< 0. 05ppb、氯< 0. lppb、硫酸鹽< 0. lppb，同樣以樹脂再生時100%成功轉(zhuǎn)型、混床 無殘留為假定依據(jù)，則再生裝置要求實(shí)現(xiàn)陽樹脂中陰樹脂含量小于1.65%。如果考慮常規(guī) 系統(tǒng)，樹脂輸送、分離難以避免有一定的殘余或不徹底，則會更低，這對于現(xiàn)有常規(guī)的2塔、 3塔再生裝置，是難以滿足的。再生裝置產(chǎn)生陰陽樹脂交叉污染的可能性主要有幾種因素(1)樹脂在分離設(shè)備 內(nèi)分離不徹底；(2)分離設(shè)備輸送至再生設(shè)備時，輸送過程不徹底，使得輸送陰樹脂時混入 了陽樹脂，或者在輸送陽樹脂時混入了陰樹脂；(3)再生設(shè)備兼做混合設(shè)備，再生好的樹脂 向混床輸送不徹底，混在下一批再生好的單一陽樹脂或陰樹脂中；(4)部分管路同時用作 輸送陰樹脂和陽樹脂，管路內(nèi)局部管段存有死區(qū)留有樹脂，混在另一種性質(zhì)中。本實(shí)用新型 可以避免產(chǎn)生上述問題。混床運(yùn)行過程中，陽樹脂會緩慢降解，產(chǎn)生對熱力系統(tǒng)有害的硫酸根等陰離子。由 于含量極低，對常規(guī)火力發(fā)電廠無明顯影響，但對目前最新型的1000MW級核電站會產(chǎn)生難 以忽略的危害。本實(shí)用新型提供了消除上述問題的方法。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型目的是提出一種四塔式混合離子交換器，提供一套能滿足超大型火 力發(fā)電廠和核電廠凝結(jié)水精處理用混床樹脂體外分離、再生裝置，由四塔(罐體)設(shè)備和必 要閥門、管路、監(jiān)督儀表組成，并能根據(jù)使用要求，靈活配置，增加備用樹脂量，整套再生裝 置能全自動運(yùn)行。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是四塔式混合離子交換器，包括第一塔樹脂分離罐11，第二塔陰樹脂再生罐12，第 三塔陽樹脂再生罐13和第四塔樹脂貯存罐14，混床15輸出端失效樹脂從混床15底部通過 管路、樹脂分離罐11進(jìn)口閥門1連接并輸送至第一塔樹脂分離罐11，第一塔分離罐上部陰 樹脂通過管路、樹脂分離罐11的閥門3連接至第二塔陰樹脂再生罐12，下部陽樹脂通過管 路、樹脂分離罐11的下部閥門2、陽樹脂再生罐閥門5輸送至陽樹脂再生罐13 ；第二塔底部 閥門4、第三塔底部閥門6通過管路和樹脂貯存罐的閥門7連接第四塔樹脂貯存罐14，第四 塔設(shè)輸出底部閥門8。本實(shí)用新型改進(jìn)是在樹脂分離罐11連接至第三塔陽樹脂再生罐13的管道上串 接三通閥門10、三通閥門10的第三路連接的管道接第二三通閥門9及其管路，三通閥門9 串接在第三塔底部閥門6至第二塔底部閥門4之間的輸出管道上，第二三通閥門9的第三 路連接管道接第四塔的底部閥門8輸出的管道。加大第三塔的容積，使之具備陽樹脂再生功能的同時，具備混合、貯存和試運(yùn)行制 水功能，即可在不增加總設(shè)備數(shù)量的情況下，實(shí)現(xiàn)一套裝置，同時具有處理兩套樹脂的能 力，其實(shí)現(xiàn)方法是在第四塔中貯存有一套再生、混合好的樹脂的同時，第一塔對混合樹脂 進(jìn)行分離，陰樹脂從第一塔通過閥門進(jìn)入第二塔，并進(jìn)行再生，陽樹脂通過第三塔進(jìn)行再 生，再生好的陰樹脂通過再輸入第三塔，并在第三塔內(nèi)與再生好的陽樹脂混合。此時，第三 塔和第四塔內(nèi)分別貯存了一套再生、混合好的樹脂，根據(jù)需要，可以任意選擇第三塔或第四 塔樹脂輸入混床運(yùn)行。本實(shí)用新型四塔式混合離子交換器可進(jìn)行樹脂體外分離再生，混床失效樹脂從混 床底部通過管路、閥門輸送至第一塔即樹脂分離罐，在樹脂分離罐內(nèi)以水力、風(fēng)力進(jìn)行擦 洗、分離，陰陽離子樹脂被分層，上部是陰樹脂，下部是陽離子樹脂，上部陰樹脂通過上部閥 門和管路輸送至第二塔即陰離子樹脂再生罐，下部陽離子樹脂通過下部閥門和管路輸送至 第三塔即陽離子再生罐，陰陽樹脂中間分離不徹底的混合樹脂層被留在第一塔內(nèi)，留待與 下一批樹脂進(jìn)行處理；陰離子樹脂在第二塔中用過量堿液再生，陽離子樹脂在第三塔中用 過量酸液再生，再生后，全部陰離子樹脂轉(zhuǎn)為0H型，全部陽離子樹脂轉(zhuǎn)為H型，分別從第二、 第三塔輸送至第四塔即樹脂貯存罐，第四塔采用是貯存和混合功能的貯存罐，陰陽樹脂在 此徹底混合，經(jīng)試運(yùn)行制水合格后貯存，需要時即可輸送至混床運(yùn)行。在各塔內(nèi)，以及輸送 樹脂的管路、閥門，不會同時用作輸送或留存兩種樹脂，因此，即使有樹脂殘留，也不會造成 交叉污染。第四塔中即便有殘留樹脂，雖然兩種性質(zhì)的都?xì)埩袅?，但因?yàn)橐呀?jīng)是再生好的樹 脂，不會影響混床內(nèi)的樹脂性能，即不會影響混床出水水質(zhì)。正常配置時，可以根據(jù)需要，在 混床底部預(yù)鋪陰離子樹脂層，以吸收陽離子樹脂降解產(chǎn)生的硫酸根等陰性離子，防止這些 雜質(zhì)進(jìn)入運(yùn)行系統(tǒng)。正常配置時，樹脂在第四塔內(nèi)混合后試運(yùn)行，如果樹脂再生不徹底，再生度不夠，其出水將難以達(dá)到要求，此時，可以將樹脂通過第四塔底部閥門輸至第一塔，重新進(jìn)行分
離、再生。在增加一套備用樹脂量的特殊配置時，樹脂在第三塔試制水時如果發(fā)現(xiàn)出水達(dá)不 到要求，即樹脂再生度不夠時，也可以通過管路，將第三塔內(nèi)混合后的樹脂，將樹脂通過第 三塔底部閥門6、閥門9和第一塔閥門1、閥門11，將未能成功再生的樹脂輸送回第一塔，重 新進(jìn)行分離、再生。本實(shí)用新型由四塔即四臺功能獨(dú)立的罐體容器通過管路、閥門連接組成，四臺容 器互相之間功能互不干擾，樹脂在輸送進(jìn)入第一塔后直至再生完成輸入第四塔，其間沒有 公用的設(shè)備和管路，能徹底杜絕設(shè)備內(nèi)樹脂輸送不徹底、管路死區(qū)樹脂殘留等因素造成樹 脂交叉污染的可能。如采用本申請人的樹脂分離罐設(shè)備，專利號ZL 2005 2070245. 8，此設(shè) 備采用弧形底板+水帽結(jié)構(gòu)，可以最大限度避免設(shè)備底部樹脂殘留，達(dá)到最大的樹脂輸送 率。如果用于核電站等需要防止陽樹脂降解產(chǎn)生的硫酸根等陰離子帶入凝結(jié)水，可以 通過再生裝置將部分陰樹脂首先輸入混床，在混床底部形成陰樹脂防護(hù)層，吸收上部陽樹 脂釋放的陰離子特性降解物，特別是吸收硫酸根。所有閥門配用自動閥門，所有樹脂輸送、分離、再生、混合過程都有在線儀表監(jiān)督， 并配有自動控制設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)全自動無人值守運(yùn)行，并能節(jié)約再生耗水、耗酸、耗堿和耗 能。本實(shí)用新型的有益效果是主要以設(shè)備樹脂分離罐(第一塔，專利設(shè)備，專利號 ZL 2005 2 070245. 8)為基礎(chǔ)，加上陰樹脂再生罐(第二塔)、陽樹脂再生罐(第三塔)、樹 脂貯存罐(第四塔)，共四個罐體容器設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對樹脂的分離、再生、貯存、傳送等功能，配 合混床(設(shè)備5)，實(shí)現(xiàn)離子交換法冷凝水深度處理(凝結(jié)水精處理)功能。提供一套能滿足 超大型火力發(fā)電廠和核電廠凝結(jié)水精處理用混床樹脂體外分離、再生裝置，由四塔(罐體) 設(shè)備和必要閥門、管路、監(jiān)督儀表組成，并能根據(jù)使用要求，靈活配置，增加備用樹脂量，整 套再生裝置能全自動運(yùn)行。本實(shí)用新型提供了一種用于對混合離子交換器(混床)的樹脂進(jìn)行體外再生的方 法，可解決現(xiàn)有大容量火力發(fā)電廠、核電站等高參數(shù)工業(yè)鍋爐、蒸汽發(fā)生器冷凝水深度處理 (凝結(jié)水精處理)的混床樹脂體外分離、再生時，樹脂分離度、再生度不夠，導(dǎo)致混床運(yùn)行周 期低、出水水質(zhì)差的問題。本實(shí)用新型可以有多種設(shè)置，實(shí)現(xiàn)不同目標(biāo)正常配置時，可以 達(dá)到最佳運(yùn)行效果，即分離度最高、出水水質(zhì)最高，滿足超大容量火力發(fā)電廠、核電項(xiàng)目對 水質(zhì)最嚴(yán)格極求；采用特別配置時，可以在不增加再生設(shè)備數(shù)量的情況下，同時處理兩套樹 脂，即增加一套備用樹脂，混床出水水質(zhì)可以滿足絕大多數(shù)凝結(jié)水精處理需要。全套系統(tǒng)采 用自動控制，能實(shí)現(xiàn)無人值守全自動運(yùn)行。

圖1是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖閥門1-8，第二三通閥門9，三通閥門10、第一塔樹脂分離罐11，第二塔陰樹脂再生 罐12，第三塔陽樹脂再生罐13和第四塔樹脂貯存罐14，混床15。
具體實(shí)施方式
結(jié)合附圖，實(shí)用新型方案說明如下混床失效樹脂從混床15底部通過管路、樹脂分離罐11進(jìn)口閥門1連接并輸送至 樹脂分離罐11 (第一塔，采用專利號ZL 2005 2 070245. 8設(shè)備)，用水力、風(fēng)力進(jìn)行擦洗、 分離，樹脂被分層，上部是陰樹脂，下部是陽樹脂，上部陰樹脂通過管路、樹脂分離罐11的 閥門3連接輸送至陰樹脂再生罐12 (第二塔)，下部陽樹脂通過管路、樹脂分離罐11的下 部閥門2、陽樹脂再生閥門5輸送至陽樹脂再生罐13(第三塔)，陰陽樹脂中間分離不徹底 的混合樹脂層被留在第一塔內(nèi)，留待下一批樹脂進(jìn)行處理。陰樹脂在第二塔12中用過量堿 液再生，陽樹脂在第三塔中用過量酸液再生，再生后，全部陰樹脂轉(zhuǎn)為0H型，全部陽樹脂轉(zhuǎn) 為H型，分別從第二塔底部閥門4、第三塔底部閥門6通過管路樹脂貯存罐的閥門7輸送至 樹脂貯存罐14(第四塔)，第四塔通過底部閥門8輸出。第四塔14同時具有貯存和混合功 能，陰陽樹脂在此徹底混合，經(jīng)試運(yùn)行制水合格后貯存，需要時即可輸送至混床運(yùn)行。正常配置下，陽樹脂再生罐(第三塔)13的管道上三通閥門10、第二三通閥門9及 其管路(見附圖云線部分)不作配備。在各臺設(shè)備內(nèi)，以及輸送樹脂的管路、閥門，不會同 時用作輸送或留存兩種樹脂，因此，即使有樹脂殘留，也不會造成交叉污染。第四塔14中即 便有殘留樹脂，雖然兩種性質(zhì)的都?xì)埩袅?，但因?yàn)橐呀?jīng)是再生好的樹脂，不會影響混床內(nèi)的 樹脂性能，即不會影響混床出水水質(zhì)。特殊情況配置時，樹脂分離罐11連接至陽樹脂再生罐(第三塔)13的管道上閥門 2、閥門5之間串接三通閥門10、三通閥門10的第三路連接的管道接第二三通閥門9連接的 管路，第二三通閥門9串接在第三塔底部閥門6至閥門4之間的輸出管道上，三通閥門9的 第三路連接管道接第四塔的底部閥門8輸出的管道，并加大第三塔13的容積，使之具備陽 樹脂再生功能的同時，具備混合、貯存和試運(yùn)行制水功能，即可在不增加總設(shè)備數(shù)量的情況 下，實(shí)現(xiàn)一套裝置，同時具有處理兩套樹脂的能力，其實(shí)現(xiàn)方法是在第四塔中貯存有一套 再生、混合好的樹脂的同時，第一塔對混合樹脂進(jìn)行分離，陰樹脂從第一塔通過閥門3進(jìn)入 第二塔12，并進(jìn)行再生，陽樹脂通過閥門2、閥門5進(jìn)入第三塔13并進(jìn)行再生，再生好的陰 樹脂通過閥門4、閥門10和閥門5輸入第三塔，并在第三塔內(nèi)與再生好的陽樹脂混合。此時， 第三塔和第四塔內(nèi)分別貯存了一套再生、混合好的樹脂，根據(jù)需要，可以任意選擇第四塔或 第三塔內(nèi)樹脂輸入混床運(yùn)行。當(dāng)選擇第三塔時，樹脂通過第三塔的閥門6和閥門9輸送。正常配置時，樹脂在第四塔內(nèi)混合后試運(yùn)行，如果樹脂再生不徹底，再生度不夠， 其出水將難以達(dá)到要求，此時，可以將樹脂通過第四塔底部閥門8和第一塔閥門1、閥門11， 將未能成功再生的樹脂輸送回第一塔，重新進(jìn)行分離、再生。特殊配置時，樹脂在第三塔內(nèi)混合后試運(yùn)行，如果樹脂再生不徹底，再生度不夠， 其出水將難以達(dá)到要求，此時，可以將樹脂通過第三塔底部閥門6、閥門9和第一塔閥門1、 閥門11，將未能成功再生的樹脂輸送回第一塔，重新進(jìn)行分離、再生。閥門9、閥門10、閥門11是三通閥門，在一個時間點(diǎn)，只能選擇3個接口中的任意 兩個接口相通，而與第3個接口隔絕。正常配置且用于核電站時，為了防止混床內(nèi)陽樹脂降解產(chǎn)生的硫酸根等陰離子進(jìn) 入熱力系統(tǒng)凝結(jié)水，第二塔向第四塔輸送陰樹脂時，通過第二塔上罐體外壁設(shè)置的樹脂界 面儀，不一次將樹脂全部輸送至第四塔，而是控制留存一部分陰樹脂在第二塔內(nèi)，在混床投用需要時，先將第二塔內(nèi)留存的陰樹脂輸送至混床，在混床底部形成一層陰樹脂層，再將第 四塔內(nèi)混合再生好的樹脂輸送至混床，然后投運(yùn)混床，混床運(yùn)行過程中陽樹脂降解產(chǎn)生的 硫酸根等陰性離子，可被底部的陰樹脂層吸收，而不會泄漏至熱力系統(tǒng)凝結(jié)水內(nèi)。為防止樹脂在設(shè)備內(nèi)輸送不徹底，第二塔、第三塔、第四塔的底部與第一塔相同， 采用相似的弧形底+水帽結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)可以使樹脂順利、徹底輸出，而不會有樹脂殘留。為實(shí)現(xiàn)自動化運(yùn)行，設(shè)置有如下在線監(jiān)督儀表(1)在除了第一塔底部樹脂出口 以外的樹脂輸送管路上設(shè)有監(jiān)督儀，該監(jiān)督儀原理是樹脂是以除鹽水為介質(zhì)輸送的，當(dāng) 樹脂輸送未完成時，管路內(nèi)是樹脂與水的混合物，具不透光性，而當(dāng)樹脂輸送完畢后，管路 內(nèi)只有除鹽水，具有透光性，一旦捕捉到輸送介質(zhì)具有透光性，即停止樹脂輸送步驟；(2) 在第一塔罐體外壁設(shè)置樹脂界面監(jiān)督，捕捉第一塔向第三塔輸送陽樹脂終點(diǎn)(見專利ZL 2005 2 070245. 8)，在第二塔罐體外壁設(shè)置樹脂界面監(jiān)督，捕捉第二塔向第四塔部分輸送 陰樹脂終點(diǎn)；(3)在第二塔、第三塔下部排水口，設(shè)置導(dǎo)電度儀，用以監(jiān)督樹脂再生終點(diǎn)； (3)在第四塔樹脂界面上部一定高度(300 500mm)設(shè)置液位監(jiān)督儀，特殊配置時在第三塔 同樣位置設(shè)置同樣儀表，用以捕捉混合樹脂所需要的液位高度，以實(shí)現(xiàn)樹脂混合；(4)在第 四塔下部出水口設(shè)置導(dǎo)電度儀，特殊配置時在第三塔同樣位置設(shè)置同樣儀表，用以監(jiān)督再 生、混合后的樹脂試制水是否合格。本實(shí)用新型所述的高純度堿液、酸液再生均是現(xiàn)有技術(shù)，高純度的酸和堿都是成 熟的商業(yè)產(chǎn)品。圖中的暗色線條指氣路或再生液的流向管路，也為了使本實(shí)用新型的主題 上更清楚。
權(quán)利要求四塔式混合離子交換器，連接在混床(15)的樹脂輸出端，其特征是包括第一塔樹脂分離罐(11)，第二塔陰樹脂再生罐(12)，第三塔陽樹脂再生罐(13)和第四塔樹脂貯存罐(14)，混床(15)樹脂輸出端從混床(15)底部通過管路、樹脂分離罐(11)進(jìn)口閥門(1)連接并輸送至第一塔樹脂分離罐(11)，第一塔分離罐上部陰樹脂通過管路、樹脂分離罐(11)的閥門(3)連接至第二塔陰樹脂再生罐(12)，第一塔分離罐下部陽樹脂通過管路、樹脂分離罐(11)的下部閥門(2)、陽樹脂再生罐閥門(5)連接輸送至陽樹脂再生罐(13)；第二塔底部閥門(4)、第三塔底部閥門(6)通過管路和樹脂貯存罐的閥門(7)連接第四塔樹脂貯存罐(14)，第四塔設(shè)輸出底部閥門(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的四塔式混合離子交換器，其特征是在樹脂分離罐(11)連接至 第三塔陽樹脂再生罐(13)的管道上串接三通閥門(10)、三通閥門(10)的第三路連接的管 道接第二三通閥門(9)連接的管路，第二三通閥門(9)串接在第三塔底部閥門(6)至第二 塔底部閥門(4)之間的輸出管道上，第二三通閥門(9)的第三路連接管道接第四塔的底部 閥門(8)輸出的管道。
專利摘要四塔式混合離子交換器，連接在混床的樹脂輸出端，包括第一塔樹脂分離罐，第二塔陰樹脂再生罐，第三塔陽樹脂再生罐和第四塔樹脂貯存罐，混床底部通過管路、樹脂分離罐進(jìn)口閥門連接并輸送至第一塔樹脂分離罐，第一塔分離罐上部陰樹脂通過管路、樹脂分離罐的閥門連接至第二塔陰樹脂再生罐，第一塔分離罐下部陽樹脂通過管路、樹脂分離罐的下部閥門、陽樹脂再生罐閥門連接輸送至陽樹脂再生罐；第二塔底部閥門、第三塔底部閥門(6)通過管路和樹脂貯存罐的閥門連接第四塔樹脂貯存罐，第四塔設(shè)輸出底部閥門；本實(shí)用新型解決了大容量火力發(fā)電廠、核電站等高參數(shù)工業(yè)鍋爐、蒸汽發(fā)生器冷凝水深度處理的混床樹脂體外分離、再生的問題。
文檔編號B01J49/00GK201603560SQ20102012420
公開日2010年10月13日 申請日期2010年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月5日
發(fā)明者南曉東, 周谷平, 張偉 申請人:南京中電聯(lián)環(huán)保股份有限公司